密封壳体全自动焊接机的研究
仪器信息网 · 2009-03-20 21:40 · 28331 次点击
1引言
为适应电冰箱压缩机大规模生产的需要,我们开发研制了压缩机密封壳体全自动焊接机,实现了密封壳体焊接的全自动化生产要求。该设备采用可编程序控制器(PLC)控制、气压驱动、直流调速、自动气体保护焊、双机械手搬运、仿形靠模等技术,并设置了气压不足、水压不足、断丝、气体保护、料满、仿形轮脱开等各种报警系统,且性能良好,提高了产品质量和生产效率。班产600台。先后在北京、浙江等五家压缩机公司投入使用,其性能达到或超过了意大利同类进口设备,而造价仅为进口设备的四分之一。
2机械传动系统
密封壳体全自动焊接机总体布局。工位1是预装工位,操作者将待焊的压缩机从来料传输线上搬至预装工位(也常用一个三自由度机械手自动完成)。按下启动按扭,双机械手将预装工位上的待焊件搬至加工工位(工位2)的同时,将加工工位上的已焊件搬至卸料工位(工位3)。加工工位的特制气缸完成定心夹紧后,压头将上下壳紧密压严,仿形滑台上的焊枪快进后便开始焊接,与此同时双机械手复位,卸料机构动作。操作者将下一个工件搬至预装工位,按下启动按钮,等待下一个工作循环的开始。
2.1双机械手部件
双机械手部件安装在龙门支架上。它具有快速进退、提落和松夹三个自由度。快速进退速度可达800mm/s。行程终端有缓冲减速和精确的定位装置,以保证快速而又平稳;提落行程设有终端限位装置,起保护活塞部件的作用;松夹机械手是一件特殊结构的气动执行件,如图3所示,体积小、精度高、动作灵活可靠,单侧开合行程为8mm。
2.2工作台旋转部件
工作台旋转由直流电动机(400W、1500r/min)经减速器(i=1∶380)驱动。工作台上部是定心夹具,其结构与双机械手的结构相同;中部安装有仿形凸轮,用来控制焊枪与工件的相对运动轨迹,以形成所需要的椭圆曲线;由于定心夹具使用气压传动,所以最下端是旋转进气接头,通过主轴中心通孔将压力气体送至夹具体气缸。
2.3仿形滑台部件
仿形滑台的结构示意图如图5所示。焊枪安装在焊枪调位装置上,可以沿X、Y方向移动和Z方向转动,用以调节焊枪的最佳倾角和起弧距离,以保证焊缝质量。快进退支架在其气缸的驱动下,可以沿导轨移动50mm,以便于工件的装卸。压缩机上下壳的结合面是一个椭圆,当工件绕其中心转动的过程中,其半径R是一个变值,所以需要焊枪在X方向能有相应的位移,压轮及滑板在仿形凸轮和仿形气缸的控制下,实现所需要的位移,形成椭圆轨迹。
3气压传动系统
该焊接设备除工作台旋转使用了直流电动机外,其余运动均采用气压传动,其中7个气缸为进口件,3个气缸是自行设计制造的。下面对部分元件作一简要说明,双机械手的开合,由FC1和FC2传感器检测,只有当FC1和FC2均为ON时,机械手才处于开合位。压头处装有三个检测传感器FC7、FC8和FC9,FC7和FC9为活塞运动极限位置传感器,FC8为压头工作位传感器。只有当FC8为ON时,才能进行焊接;FC9为ON时,表明定心夹具上没有工件,并立刻报警。
压头回路中装有减压阀,通过该阀可调节压头的压紧力大小,使上下壳体紧密合拢,而不会使定心夹具承受过大压力。
仿形回路中压力继电器的作用是:在维护设备时,通过手动换向阀使焊枪后退;再次投入工作后,应将手动换向阀接通仿形气压;当气压为0时,整机不能投入工作,防止因误操作而发生事故。仿形压头与仿形凸轮的压紧力靠该回路中的减压阀调节。
总回路中也安装了压力继电器,当气压不足时,控制系统报警,停止焊接。系统所采用的换向阀除仿形回路采用手动外,其余各回路均选用电磁换向阀。
4电控系统
控制系统采用西门子的PLC控制,输出均通过中间继电器动作。PLC共有8个输入模块,5个输出模块。输入模块主要包括电源110V输出、手动/自动选择、各种报警输入、双手启动按扭、焊机接通、故障复位、气压检测以及各执行件位置号反馈等。输出模块包括接通焊机、工件计数、正反转延时以及各执行件电磁阀的驱动等。其控制系统结构框图
如前所述,上下壳结合轨迹为一椭圆,为了在整周焊接过程中,保证质量,使焊缝厚度均匀、美观,就必须保证焊点处相对于椭圆中心运动的线速度基本恒定。而当焊点处于短轴或长轴处时,其线速度相差甚大。为了解决这个问题,我们采用了直流调速系统,并且通过实验,选定几个离散点,即选定几种递变速度,即可满足实际生产要求。为此,开发了一套发光二极管检测装置,配合可控硅调速装置,圆满地解决了焊缝轨迹问题。这套检测装置属非接触式,较目前国外设备所用的齿轮齿条电位器式的检测装置,具有性能可靠、寿命长、调速性能好等特点,
仿形滑台在仿形凸轮的控制下,移动其上的遮光板,不同位置遮挡的二极管数量不同,从而转换成不同幅值的电信号,输入到可控硅直流调速装置中,控制直流电机的转速。
5结束语
密封壳体全自动焊接机的研制成功,使电冰箱压缩机的生产向自动化迈进了一步,大大提高了产品的质量和生产率,减轻了工人劳动强度,经济效益和社会效益显著。其机械系统、控制系统的关键技术也适用于各种非圆曲线壳类产品。