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        MIG/MAG堆焊非水平工件區(qū)域的自動(dòng)調(diào)高研究

        2018-04-02 07:29:32郭海青牛志剛
        機(jī)械工程與自動(dòng)化 2018年1期
        關(guān)鍵詞:區(qū)域

        郭海青,牛志剛

        (1.太原理工大學(xué),山西 太原 030024; 2.山西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院,山西 長(zhǎng)治 046011)

        0 引言

        堆焊是用電焊或氣焊法把金屬熔化并堆在工具或機(jī)器零件上的焊接法,通常用來(lái)修復(fù)零件磨損和崩裂部分,它作為材料表面改性的一種經(jīng)濟(jì)而快速的工藝方法,越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于各個(gè)工業(yè)部門(mén)零件的制造修復(fù)中。常見(jiàn)的堆焊方法包括焊條電弧堆焊、鎢極氬弧焊堆焊、熔化極氣體保護(hù)焊堆焊、埋弧焊堆焊、電渣堆焊等。本文主要通過(guò)控制熔化極數(shù)控堆焊機(jī)焊槍頭,根據(jù)工件的凹凸特性實(shí)現(xiàn)焊槍頭的自適應(yīng)升降,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)數(shù)控熔化極氣體保護(hù)堆焊在非平面區(qū)的焊接。

        1 調(diào)高的意義

        用熔化極氣體保護(hù)焊在非平面區(qū)域堆焊時(shí),需要在焊接過(guò)程中實(shí)時(shí)檢測(cè)焊接區(qū)域與焊槍運(yùn)行平面的狀態(tài)并予以評(píng)價(jià)。當(dāng)工件平面和焊槍運(yùn)行平面平行時(shí),此狀態(tài)評(píng)價(jià)為水平;工件平面和焊槍平面不平行,沿運(yùn)行進(jìn)給方向看,呈爬坡?tīng)顟B(tài)評(píng)價(jià)為凸,呈下坡?tīng)顟B(tài)評(píng)價(jià)為凹。當(dāng)焊接區(qū)域狀態(tài)呈現(xiàn)為凹凸?fàn)顟B(tài)時(shí),焊槍頭就需要升高或降低以保持焊槍和工件的高度差一致,防止碰撞焊槍頭并保證良好的焊接質(zhì)量。

        2 焊接區(qū)域狀態(tài)檢測(cè)傳感器

        為處理以上問(wèn)題,我們就需要針對(duì)焊接區(qū)域的凸凹狀態(tài)及控制精度要求設(shè)計(jì)專(zhuān)用的焊接區(qū)域狀態(tài)檢測(cè)傳感器(如圖1所示),傳感器由相距40 mm且具有一定高度差(高度差可調(diào)整以實(shí)現(xiàn)狀態(tài)檢測(cè)控制精度)的兩個(gè)機(jī)械式行程開(kāi)關(guān)組成,在運(yùn)行中收集接近開(kāi)關(guān)的開(kāi)合狀況,斷開(kāi)信號(hào)狀態(tài)記為0,閉合信號(hào)狀態(tài)記為1。

        3 焊接區(qū)域狀態(tài)提取及信息化處理

        在焊接時(shí),如果兩個(gè)接近開(kāi)關(guān)皆斷開(kāi),狀態(tài)為0,則該焊接區(qū)域就認(rèn)為是凹狀態(tài);兩個(gè)接近開(kāi)關(guān)皆斷開(kāi),狀態(tài)為1,該焊接區(qū)域就認(rèn)為是凸?fàn)顟B(tài);如果,接近開(kāi)關(guān)SQ2的狀態(tài)為0,接近開(kāi)關(guān)SQ1的狀態(tài)為1,該焊接區(qū)域被認(rèn)為是水平狀態(tài)。焊接區(qū)域狀態(tài)信息真值表如表1所示。

        1-接線(xiàn)柱;2-動(dòng)合觸頭;3-高度調(diào)節(jié)外導(dǎo)套;4-萬(wàn)向球碗;5-復(fù)位彈簧定位板;6-傳感器外殼;7-復(fù)位彈簧;8-調(diào)節(jié)鎖緊裝置;9-萬(wàn)向球

        狀態(tài)凹平滑凸示值(SQ1/SQ2)001011

        4 自動(dòng)調(diào)高的實(shí)現(xiàn)

        4.1 硬件設(shè)計(jì)

        我們用傳感器、主控PLC和焊槍頭升降驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)成整個(gè)硬件控制回路,如圖2所示。本文所選擇的PLC是DVP32EH3,供電為AC220 V,S/S為公共端,本設(shè)計(jì)中使用的是共陰極輸入;焊槍頭升降系統(tǒng)由DCH-205M步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器和兩相130BYG系列混合式步進(jìn)電機(jī)組成,步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器為AC85 V交流供電,步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器的接線(xiàn)方式為共陽(yáng)極脈沖+方向控制。

        4.2 自動(dòng)調(diào)高程序設(shè)計(jì)(僅顯示調(diào)高部分)

        焊接區(qū)域狀態(tài)傳感器動(dòng)合觸頭SQ1對(duì)應(yīng)PLC的軟元件X0,動(dòng)合觸頭SQ2對(duì)應(yīng)軟元件X1,步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器脈沖輸入端對(duì)應(yīng)軟元件Y1,方向輸入端對(duì)應(yīng)軟元件Y2。PLC梯形圖如圖3所示。

        圖2 硬件控制回路

        控制過(guò)程如下:在00狀態(tài)時(shí),PLC中的X0、X1皆處于斷開(kāi)狀態(tài),YI、Y2接通及步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器脈沖端及方向端全得電,電機(jī)開(kāi)始反向旋轉(zhuǎn)可以驅(qū)動(dòng)焊槍下降;在10狀態(tài)時(shí),PLC中的X0處于閉合,而X1處于斷開(kāi)狀態(tài),Y1、Y2皆不得電,步進(jìn)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng),焊槍停止下降,執(zhí)行平面軌跡實(shí)施堆焊;在11狀態(tài),Y1得電,電機(jī)開(kāi)始正向旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)焊槍上升。在整個(gè)控制過(guò)程中,根據(jù)焊接區(qū)域狀態(tài)信息的實(shí)時(shí)變化,電機(jī)處于自適應(yīng)運(yùn)行控制中,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)焊槍的自適應(yīng)調(diào)高。

        圖3 PLC梯形圖

        5 結(jié)束語(yǔ)

        本文討論了數(shù)控熔化極氣體保護(hù)焊在實(shí)施非水平面類(lèi)工件堆焊過(guò)程中的自適應(yīng)調(diào)高的實(shí)現(xiàn)。選擇機(jī)械式行程開(kāi)關(guān)并進(jìn)行有效的組合設(shè)計(jì)而成的區(qū)域狀態(tài)傳感器,結(jié)構(gòu)緊湊,體積小,價(jià)格低廉,能夠盡可能地安裝在焊接部,真實(shí)地反映焊接區(qū)的凹凸?fàn)顟B(tài),配以PLC自動(dòng)控制,能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)感知并根據(jù)感知狀態(tài)自動(dòng)調(diào)整焊槍高度,保證焊接過(guò)程高可靠性自動(dòng)運(yùn)行,極大地提高了堆焊效率,降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

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