焊接自動化說明書
《船體厚板高效氣電立焊》
學院材料科學與工程
專業材料成型及控制工程
年級 2010
姓名鄔棟權龐傑王飛翔
滕金虎尹金鴿張中奇
2013 年6 月28 日
目錄一．設計背景3
二．自動化系統綜述3
三．研究思路及分工3-4
四．機械設計和圖形繪製4-5
五．電機選擇及引數設定6-7
六．感測器選擇與應用8-10
七．plc程式控制10-14
八．焊接工藝，引數15-19
九．焊機選擇19-20
參考文獻20
一． 設計背景
隨著我國船舶製造領域步伐的加快，大型分段焊接合攏工程也隨之增加，厚板垂直焊縫採用egw（氣電焊）技術代替傳統的人工焊接，在質量提高的同時，生產效率提高了十幾倍 。在一般條件下，氣電立焊單面焊厚度一般在25mm 以下，帶擺動時可焊接到 35mm左右，厚板立縫一次成形是焊接技術的難題。雙面焊可焊接厚板55mm 以下，但是焊接效率降低。
針對nv d36型50mm以上船板焊接的自動化，我們小組設計了高效氣電立焊裝置，採用co2氣保護藥芯焊絲電弧焊，，以實現nv d36級 50mm厚板立縫的多層多道焊接成形技術，並提出了相關厚板的焊接工藝試驗引數。
二． 自動化系統綜述
三． 研究思路及分工
根據我們的立題和實際情況，我們把具體工作分為一下幾方面展開：
1.裝置整體構造分析，機械結構設計:比如，自由度，關節數，各部位之間的協調，可行性穩定性。繪製三維圖。（鄔棟權）
2.電機選擇及引數設定。（龐傑）
3.感測器選擇與應用。（滕金虎）
4. plc程式控制流程圖設計，梯形圖（尹金鴿）
5.焊接工藝，引數（要有分析和具體引數）：焊接方法，過渡形式，坡口選擇，焊接電源，電流電壓，送絲速度，送氣流量，焊絲選擇，焊接速度。（王飛翔）
6.焊機選擇（張中奇）
四．機械設計和圖形繪製
實現立焊需要考慮的機構一般有機架式和攀公升小車式，在常見的小車式基礎上我又對其做了改進。主要是將焊槍操縱臂改為了更為方便的工業機械臂。
焊接機械臂由大臂，連線件，套筒，小臂，焊槍組成。包含4個關節，4個自由度。實現焊槍位置的方便調節。
而且機械臂本身的剛度和承載能力足以支撐起焊槍的運動、焊接過程的進行。而且可以更方便調節焊接姿勢和焊接位置。尺寸大小見立體圖。
焊接機臂豎直方向運動通過鏈結機械臂的車體的運動實現。車體與導軌之間通過齒輪齒條嚙合運動。然後靠感測器的定位完成焊接過程。
軌道長2m，對於超高的焊件，可以焊完一道焊接，再將焊機整體通過磁鐵吸附到焊件上繼續焊接。
五．電機選擇及引數設定
在電機驅動方面，機械人手臂的功能和應用決定了其驅動電路要求體積小、重量輕、控制功能複雜、精度高、工作可靠耐用。關節電機通常採用中小功率的電動機，如直流電動機、無刷直流電動機、步進電動機等。
我們設計的焊接小車的手臂有四個關節，各關節（即各軸）的運動，最終都歸結為相應各軸的驅動電動機的轉動，每個關節需要乙個電動機。
根據相關文獻及實際應用例項，在此選擇maxon公司的ec-max系列大功率直流無刷電動機作為關節驅動，並配有光電編碼器。
maxon無刷電機型號ec-max30 40wat/272768引數：
額定電壓 24v 空載轉速 9270rpm 空載電流 112ma
額定轉速 7210rpm 額定轉矩34.3mnm 額定電流 1.5a
焊機中的送絲電機
15kg送絲機-arr24
產品說明：
送絲電動機調速系統：
小車由控制電路發出訊號控制直流伺服電機，直流伺服電機調速方便，反應速度快。可實現無級變速，能保證小車精確位置移動。
事實上，我們選用了林肯二氧化碳焊機powerplus 650hd 而送絲電動機和驅動小車上下移動的直流伺服電機都已配套。
六．感測器選擇與應用
船體厚板立焊感測器的使用:
1、增量編碼器的使用
2、紅外光電開關感測器的使用
3、電弧接近感測器的使用
增量編碼器
為實現焊接小車的速度控制以及焊接小車的自動停止，
採用增量編碼器進行控制。
選用增量編碼器型號：上海齊屹機電裝置****1024ppr 小型增量編碼器 rotary encoder
基本尺寸： 25/28/30mm外徑。採用連軸器與齒輪軸
相連，與齒輪軸一起轉動。
該系列編碼器每轉動一周將輸出1024個脈衝。
2）自動停止控制
焊接速度：v=0.4m/min,齒輪半徑r=5cm
由公式v=2nπr可得電機帶動的齒輪轉速1.27r/min
若焊接長度為4公尺，則多層焊時每道焊接的時間為10min,齒輪一共轉了12.7r,故編碼器共輸出脈衝19.1x1024=13004.
8=13005個 ，當電路計數到13005時，輸出停止訊號，單道焊接工作完成。
紅外光電開關感測器
另外，為了控制焊機的停止，我們準備了第二套方案，就是利用紅外光電開關感測器進行控制。當焊槍運動到指定結束位置時，對射式光電開關將接收不到光訊號，發出焊接結束訊號。
型號:rad20cm
型別:對射式光電開關 npn常開
dc ：5v
體積：20*10*8mm
檢測距離：0-20cm
訊號輸出：高低電平
電弧感測器
為了控制焊接時的弧長，實現均勻的滴狀熔滴過渡，故使用電弧接近感測器。
另外，考慮到立焊時弧長的控制與平焊時有很大不同，很難使用間接式電弧感測器如電磁感應式感測器、電渦流式感測器、視覺跟蹤感測器、雷射雙向跟蹤感測器等進行電弧長度的控制，故主要考慮用直接式電弧感測器進行弧長控制，即利用電弧自身電引數的變化找出焊縫自動跟蹤訊號。
為此我們選用電弧接近感測器 ，當弧長發生變化時，電弧感測器將輸出電壓訊號，控制焊槍運動使弧長恢復。
型號：奧托尼克斯耐電弧接近感測器（dc2線） prat18-5do
電壓波動保護功能，電源逆連線保護功能(dc)
過電流保護功能
壽命長，可靠性高
有紅燈，可辨別動作是否發生
經濟性，容易操作
用途廣泛，可代替 micro 開關，limit 開關
在電源電壓直流10～30v 交流90～250v的範圍內，可以直接驅動200ma以下的負荷
另外考慮到弧長變化時除了電弧電壓發生變化，焊接電流也將隨之變化，故我們也設想通過檢測焊接電流的變化來反映弧長的變化，進而調節焊槍使弧長恢復。檢測電流使用分流器。
七．plc程式控制
plc選型：fxon—24m型
船體立焊自動焊plc系統梯形圖
i/o安排一覽表
自動控制過程：按動啟動按鈕，x0接通，驅動y0使焊槍轉到預先設定的位置（或者用三個按鈕調節上下、左右、前後的焊槍位置，再按下啟動按鈕），通過t0延時3秒，驅動y1和y2接通弧焊電源和焊接指示燈，送氣、送死、引弧等過程開始，延時5秒後t1常開觸點閉合，接通y3驅動焊接小車開始行走，焊接過程開始進行，當小車行走到行程位置，感測器傳輸訊號，x1閉合，繼電器m1接通，m1常閉觸點斷開，弧焊電源停止工作，電流衰減，t2延時2秒後，斷開常閉觸點使焊接小車停止行走，電弧熄滅；t3開始計時，延時5秒後，焊槍調整到初始位置，焊接結束。t4計時是為下一段焊接搭接軌道做時間準備以保證焊接過程的自動連續進行。
船體立焊自動控制流程圖
八．焊接工藝，引數
焊接課程設計說明書
目錄摘要 1 1母材的焊接效能分析 1 1.1母材的成分 1 1.2 母材力學效能和冷彎效能 1 2焊接方法的選擇和分析 1 2.1手工電弧焊的主要特點 2 2.2手工電弧焊工藝和材料 2 2.2.1手工電弧焊工藝 2 2.2.2手工電弧焊材料 3 3焊接裝置及工具的選擇 4 3.1工具型別 4 3...
電路與自動化課程設計報告
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