自动化点焊控制系统设计毕业论文目 录引言11 研究综述21.1 研究自动化焊接发展意义21.2 国外研究现状、发展动态22 自动化点焊技术概述52.1 现代点焊自动化技术特点52.2 自动化点焊设备种类及结构组成52.3 点焊的基本原理与参数选择52.3.1 点焊焊接参数62.3.2 焊接参数间相互关系及选择83 可编程控制器概述103.1 PLC定义103.2 PLC的产生113.3 PLC的结构113.3.1 中央处理单元(CPU)123.3.2 存储器133.3.3 I/O模块133.3.4 电源133.3.5 PLC系统的其他设备133.4 PLC的机构类型143.5 PLC的工作原理143.6 PLC的基本性能指标154 点焊控制系统总体方案设计174.1 系统设计要求174.2 机械结构的设计174.2.1 床身结构设计184.2.2 焊抢结构的选择184.3 动力装置的选择194.3.1 伺服电机194.3.2 步进电机194.3.3 伺服电机与步进电机系能比较204.3.4 步进电机驱动器214.4 传动系统的设计244.4.1 丝杆的选择254.5 传感器的选择254.6 气缸的选用264.7 夹具设计294.8 焊接电源机箱294.9 控制I/O表304.10 三维模型简图315 点焊控制系统的实现325.1 控制系统简图325.2 点焊过程流程图325.3 焊接控制的实现336 制作模型图和控制电路板346.1 数模的模拟346.1.1 CATIA软件简介346.1.2 模拟仿真346.2 PCB制作流程346.3 硬件系统356.3.1 硬件控制系统的准备356.3.2 制作板时注意事项356.4 触摸屏的制作366.5 系统的整体调试376.5.1 调试效果377 结论38谢 辞40参考文献41附 录42附录1 PLC接线图42附录2 逻辑流程图43附录3 程序梯形图45 .专业.专注. 引言自动化焊接技术是先进制造技术的重要组成部分，随着电子技术、计算机技术、数控技术、传感器技术以及机器人技术的高速发展。自动化焊接已向数控化、智能化、专机化、精密化、大型化发展，尤其在汽车、航空航天、石油化工、建筑、船舶工业等领域应用尤为重要。根据自动化程度，自动化焊接设备可分为以下三类：（1）刚性自动化焊接设备可称为初级自动化焊接设备，其大多数是按照开环控制的原理设计的。虽然整个焊接过程由焊接设备自动完成，但对焊接过程中现场信息的波动不能进行闭环的反馈系统，不能随机纠正可能出现的偏差。（2）自适应控制自动化焊接设备自适应控制的焊接设备是一种自动化程度较高的焊接设备，它配用传感器和电子检测线路，可以对运动轨迹进行调整，并对主要的焊接参数进行实行闭环的反馈控制。整个焊接过程将按预先设定的程序和工艺参数自动完成。（3）智能化自动焊接设备它利用各种高级的传感元件，并借助计算机软件系统，数据库和专家系统具有识别、判断、实时检测，运算、自动编程、焊接参数存储和自动生成焊接记录文件的功能。焊接自动化具有焊接质量好、安全可靠、效率高、降低人工强度等特点。焊接自动化焊接设备按照功能分可以分为三大类：通用型自动焊接机设备、专用型自动焊接机设备、焊接机器人。按照焊接方式分为气焊机、弧焊机、点焊机。专用型焊接设备是提高焊接生产率、保证产品焊接质量的有效手段、适用于批量上产。目前，我国的焊接自动化技术在以下方面已达到广泛的应用，并不断的继续发展其特点有：（1） 机电一体化模块集成技术。（2） 基于PLC的整机数控技术。（3） PID算法实时控制技术。（4） 全位置自动化焊接技术。现在，我基于三菱PLC设计一台汽车部件自动化点焊机设备。汽车行业中电阻焊应用特别的多，尤其汽车箱体支架等，如果人工焊接将会效率低下而且可能焊接不够好，人身不安全等。自动化点焊机设备采用卧式机床结构，主要焊接汽车部件结合，将两块合金板焊接在一起。机床式结构应用已经非常成熟，各个机械结构已模块化，并有专用夹具，容易实现低成本自动化，和复杂的空间焊接。现在我采用一台三菱Fn-2xPLC控制系统通过程序控制三个坐标轴来实现定位，然后通过气缸对焊接位置点焊。程序通过编程器编好来控制电机，旋转工作台可以转动到要焊接的面，通过X、Z轴的控制来定位到要焊接的焊接处，通过电磁阀推动焊枪点焊。本系统可以实现自动焊接也可以手动控制运动，有自检测功能，为了提高效率可以设计自动夹具，有专用的定位基准。1 研究综述1.1 研究自动化焊接发展意义目前，我国已经连续三年成为全球最大的钢材生产和消费国，到现在我钢产量已突破6亿顿，占全球产量的百分之三十多。焊接被誉为是钢铁的“裁缝”，在各个领域中焊接是主要的应用手段。焊接有许多种种类，弧焊、气焊、电阻焊等，现在我所设计的为电阻焊，电阻焊有点焊、缝焊、对焊等。而汽车行业的高速发展带动了焊接技术的发展，点焊在汽车行业应用尤为多，包括汽车车架、箱体盖板、零件结合等。目前在焊接这一领域，国外已经实现机器人来完成焊接的任务。就拿德国的KUKA机器人来说，它可以实现全闭环的控制，能完成空间复杂的焊接任务。全球的机器人占有率，德国和日本占据大部分，而且应用可靠、效率高。在汽车制造和汽车零部件生产企业中的焊接机器人占了全部的焊接机器人的百分之七十六，是我国焊接机器人最主要的用户。我国焊接机器人的应用起步较晚，主要用于汽车、工程机械和摩托车行业。大多数机器人都是从国外引进，故发展受国外的限制。随着国产设备的不断提升，机器人的发展也开始追赶上来。除了机器人，还有很多坐标类型的设备不断在应用，在控制发面能完成较复杂的工作，在点焊中，应用还是非常广。由于电阻焊过程相当复杂，包含了多种影响因素，例如：被焊材料、电流、电极压 力、通电时间、电极端面形状及尺寸、分流、焊点离边缘的距离、板厚、工件表面状态等，而且这些因素之间互相联系，有一定的交互作用。同时，加之焊接过程中熔核的不可见性及焊接过程进行的瞬时性，给焊接质量控制带来较大的困难。为了适 应 新 材 料 、新工艺、新产品在工业上开发应用的需要，以使电阻焊工艺及设备能满足现代化生产的要求，近十年来，各国焊接界在电阻焊工艺和设备控制方面做了大量的工作，主要集中在以下几方面：（1） 电阻焊过程的计算机模拟研究。（2） 新型材料的可焊性研究。（3）电阻焊质量监控方法研究。能够控制焊接过程的问题，将大大提高焊接的质量，这样就保证了零件的牢固性。将在零件设计中也将给予重大的帮助，以减少零件设计复杂而带来难以加工的可能性，让制作工艺更加简单化。1.2 国外研究现状、发展动态焊接自动化行业属于新兴行业，但我国目前处于初级发展阶段 ，与国外的焊接行业相比还存在很大差距。焊接生产过程自动化是包括从备料、切割、组对、焊接到检测等一系列工序的焊接产品生产全过程的自动化，其中核心的工序就是焊接自动化。目前部分焊件是采用点焊方法生产的，现主要研究基于PLC控制实现自动化生产的控制，主要容有：焊接自动化设备结构的组成、机械机构、传感技术、控制技术、焊接自动化控制设计。部分焊接自动化装备还配备了焊缝自动跟踪系统和图像监控系统，确保了焊接过程中的焊接质量。我国焊接自动化装备制造业技术发展呈现出如下趋势： （1） 精密、高效化 焊接自动化装备正朝着高精度、高质量、高效率、高可靠性方向发展。要求系统的控制器以及软件具有较高的信息处理速度，系统各运动部件和驱动控制具有高速响应特性，要求其电气、机械装置具有精确的控制，能够长期稳定、可靠的工作。 （2） 模块化 焊接自动化装备的集成化技术包括硬件系统的结构集成、功能集成和控制技术的集成。现代焊接自动化设备的结构都采用模块化设计，根据不同客户对系统功能的不同要求，进行模块组合。而且其控制功能也采用模块化设计，可以根据用户需求，快速提供不同的控制软件模块，提供不同的控制功能组合。模块化、集成化使系统功能的扩充变得极为方便，实现个性化产品的规模化批量生产，降低成本、缩短交货期。 （3） 智能化 将激光、视觉、传感、检测、图像处理、计算机等智能控制技术应用于焊接自动化装备中，使其能在各种环境复杂、变化的焊接工况下根据焊接的实际情况，自动调整、优化焊接轨迹和工艺参数，实现高质量、高效率的焊接智能控制。智能化的焊接自动化装备，不仅可以根据指令完成自动化焊接过程，而且可以根据焊接的实际情况，自动优化焊接工艺和焊接参数。例如，在焊接大厚度工件时，智能控制系统可以根据连续实测的焊接工件坡口宽度，通过分析、对比、判断自动确定每层焊缝的焊道数、每道焊缝的熔敷量及相应的焊接参数、盖面位置等工艺参数，完成从坡口底部到盖面层的所有焊接。 （4） 柔性化 现代化生产要求同一台设备能够满足同类型不同规格工件的加工，甚至不同类型工件的焊接自动化加工，同时由于大型焊接自动化成套装备或生产线一次投资相对较高，因此在设计这种焊接装备时需要尽量考虑柔性化，形成柔性制造系统，以充分发挥装备的效能，满足同类产品不同规格工件的生产需要。焊接自动化装备将广泛采用工业机器人，标准化、模块化单元，实现多品种、小批量产品的柔性化生产。（5） 网络化 智能接口、远程通信等现代网络技术的发展，促进了焊接自动化装备管控一体化技术的发展。通过网络将生产过程自动控制一体化，利用计算机技术、远程通信等技术，焊接加工过程和质量信息、生产管理等信息通过网络实现数字一体化管理，实现脱机编程，远程监控、诊断和检修。（6） 人性化 焊接自动化装备广泛采用数字化、图形化的人机操作界面，设备拥有专家数据库、控制参数实时显示、人机交互等功能，使设备操作更加容易、更加方便。随着技术的不断完善，数字显示技术在人机交互、控制参数实时监测中将得到普遍。（7） 数控化目前在焊接装备控制系统中，已普遍采用基于PLC可编程控制器等微机的自动化控制系统，对焊接设备进行数字化控制。数控装置带有插补功能，可以更精密的控制轨迹。这不仅提高了焊接设备自动控制功能、精密、效率，确保了焊接质量，改善了操作环境，也为焊接网络化控制提供了条件。焊接设备数控化的关键是合理应用计算机控制器、伺服电动机、焊接传感器，特别是视觉焊缝传感器等先进手段，将其组合在一起实现自动化焊接设备。很多专用型焊接设备也非常重要，能完成批量生产、操作简单、成本较低、安全可靠，所以专用型焊接设备也有非常广阔的空间和发展的前景。经济型点焊机器人主要应用在焊点分布简单，焊接工作量大，焊接劳动强度大、焊接环境恶劣的工作。【11】2 自动化点焊技术概述2.1 现代点焊自动化技术特点当前国外点焊自动化技术主要发展是数控化、高速化、专机化和智能化。主要有专用型的点焊设备和机器人点焊设备，在汽车生产行业点焊技术应用尤为广泛。专用型的点焊设备一般为直角坐标式点焊机，它具有控制简单、生产周期短，成本低等特点。在实际应用中，它的焊接速度平均每个焊点仅需3s钟，在有30个焊点零件中完成一件焊件仅需1分半钟，所以直角坐标式的点焊设备还有有很大的发展空间。而机器人点焊设备在复杂零件的点焊中应用广泛，它具有灵活性好、适应性强、速度快、控制精度高，但成本较高、控制较复杂。它在发达国家的使用几乎随处可见，由于它的控制精度高、速度快、适应性好、在工业生产中占主要地位。2.2 自动化点焊设备种类及结构组成人工点焊一般只有一把焊钳，其劳动强度大、速度比较慢。自动化点焊机的出现