機(jī)械手制作總結(jié)

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自動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手的PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

畢業(yè)論文設(shè)計(jì)

炎黃職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文姓名:學(xué)號(hào)：

機(jī)電系系(院):院專題業(yè):機(jī)電一體化目:自動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手的PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)指導(dǎo)者：指導(dǎo)者：評(píng)閱者：評(píng)閱者：201*年06月炎黃職業(yè)技術(shù)學(xué)院自動(dòng)搬運(yùn)機(jī)械手的PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘要隨著工業(yè)自動(dòng)化的普及和發(fā)展，控制器的需求量逐年增大，搬運(yùn)機(jī)械手的應(yīng)用也逐漸普及，主要在汽車，電子，機(jī)械加工、食品、藥等領(lǐng)域的生產(chǎn)流水線或貨物裝卸調(diào)運(yùn),可以更好地節(jié)約醫(yī)能源和提高運(yùn)輸設(shè)備或產(chǎn)品的效率，以降低其他搬運(yùn)方式的限制和不足，滿足現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)發(fā)展的要求。本機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)主要包括由兩個(gè)電磁閥控制的液壓鋼來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的上升下降運(yùn)動(dòng)及夾緊工件的動(dòng)作，兩個(gè)轉(zhuǎn)速不同的電動(dòng)機(jī)分別通過兩線圈控制電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)小車的快進(jìn)、慢進(jìn)、快退、慢退的運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)；其動(dòng)作轉(zhuǎn)換靠設(shè)置在各個(gè)不同部位的行程開關(guān)(SQ1---SQ9)產(chǎn)生的通斷信號(hào)傳輸?shù)絇LC控制器，通過PLC內(nèi)部程序輸出不同的信號(hào)，從而驅(qū)動(dòng)外部線圈來(lái)控制電動(dòng)機(jī)或電磁閥產(chǎn)生不同的動(dòng)作，可實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的精確定位；其動(dòng)作過程包括：下降、夾緊、上升、慢進(jìn)、快進(jìn)、慢進(jìn)、延時(shí)、下降、放松、上升、慢退、快退、慢退；其操作方式包括：回原位、手動(dòng)、單步、單周期、連續(xù)；來(lái)滿足生產(chǎn)中的各種操作要求。2炎黃職業(yè)技術(shù)學(xué)院目第1章前言1.1設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)1.2設(shè)計(jì)的一般步驟錄44第2章機(jī)械手設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介562.1設(shè)備的控制要求2.2裝置簡(jiǎn)介第3章搬運(yùn)機(jī)械手硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)8893.1機(jī)械手的結(jié)構(gòu)3.2電氣控制的設(shè)計(jì)3.3操作面板及動(dòng)作說明第4章機(jī)械手的PLC控制1010111212131415174.1控制特點(diǎn)4.2系統(tǒng)控制示意圖4.3輸入和輸出點(diǎn)分配表及原理接線圖4.4操作系統(tǒng)4.5回原位程序4.6手動(dòng)單步操作程序4.7自動(dòng)操作程序4.8機(jī)械臂傳送系統(tǒng)梯形圖4.9指令語(yǔ)句表3炎黃職業(yè)技術(shù)學(xué)院第1章前言機(jī)械手是工業(yè)生產(chǎn)中常用的機(jī)械設(shè)備,是現(xiàn)代企業(yè)和建筑工地不可缺少的運(yùn)輸工具,它的動(dòng)作由相應(yīng)的控制系統(tǒng)控制，如采用傳統(tǒng)的繼電接觸控制,由于機(jī)械觸點(diǎn)多,接線復(fù)雜,因而控制裝置體積很大,并且故障率高,可靠性差,動(dòng)作精確度低。而可編程控制器是以中央處理器為核心,綜合了計(jì)算機(jī)和自動(dòng)控制等先進(jìn)技術(shù),具有可靠性高、功能完善、組合靈活、編程簡(jiǎn)單、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，已成為目前在機(jī)械手控制系統(tǒng)中使用最多的控制方式。PLC具有通用性強(qiáng)、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。它的使用大大降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率。PLC在工業(yè)自動(dòng)化控制特別是順序控制中的地位非常重要！本設(shè)計(jì)主要研究?jī)?nèi)容：要求有兩種工作方式：點(diǎn)動(dòng)和自動(dòng)操作；點(diǎn)動(dòng)操作時(shí)，用按鈕單獨(dú)操作機(jī)械上升或下降，右移或左移，夾緊或放松；自動(dòng)操作時(shí)，按下起動(dòng)按鈕，機(jī)械從“原點(diǎn)”開始工作，自動(dòng)完成一個(gè)工作循環(huán)過程，即將工件夾緊后，從A點(diǎn)移動(dòng)到B點(diǎn)放下工件，然后返回“原點(diǎn)”等待下一次操作。1.1設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)用可編程控制器，具有投資省、見效快的特點(diǎn)。因?yàn)槭褂肞LC控制機(jī)床電氣系統(tǒng)后，可去掉了機(jī)械手的中間繼電器、時(shí)間繼電器、順序控制二極管及電阻，使線路簡(jiǎn)化。同時(shí)，由于PLC的高可靠性，輸入／輸出部分還具有信號(hào)指示，這不僅使電氣故障次數(shù)大大減少，而且還能給準(zhǔn)確判斷電器故障的發(fā)生部位提供了很大的方便。論文從PLC選型開始介紹，并按照設(shè)計(jì)的全過程逐次的介紹了系統(tǒng)資源配置、控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)集調(diào)試的方法、自動(dòng)操作系統(tǒng)流程圖、總程序結(jié)構(gòu)框圖、源程序、程序清單、梯形圖、電氣原理圖。1.2設(shè)計(jì)的一般步驟（1）先要全面的了解被控對(duì)象的機(jī)構(gòu)、運(yùn)行過程等，并明確動(dòng)作邏輯關(guān)系；根據(jù)系統(tǒng)的功能要求選擇PLC的型號(hào)及各種附加的配置，并有規(guī)則，有目的分配輸入輸出點(diǎn)；4炎黃職業(yè)技術(shù)學(xué)院（2）根據(jù)控制及流程要求，對(duì)應(yīng)輸入輸出開發(fā)相應(yīng)的應(yīng)用程序；同時(shí)連接PLC與外部設(shè)備的連線；（3）將編制完成的程序?qū)懭隤LC中，模擬工況運(yùn)行，進(jìn)行調(diào)試及修改；在模擬成功后，接入現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際控制系統(tǒng)中進(jìn)行再次調(diào)試，直至完全通過為止。第2章機(jī)械手設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介每設(shè)計(jì)都要分析被控對(duì)象并提出控制要求：1.詳細(xì)分析被控對(duì)象的工藝過程及工作特點(diǎn)，了解被控對(duì)象機(jī)、電、液之間的配合，提出被控對(duì)象對(duì)PLC控制系統(tǒng)的控制要求，確定控制方案，擬定設(shè)計(jì)任務(wù)書。確定輸入／輸出設(shè)備2.根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，確定系統(tǒng)所需的全部輸入設(shè)備（如：按紐、位置開關(guān)、轉(zhuǎn)換開關(guān)及各種傳感器等）和輸出設(shè)備（如：接觸器、電磁閥、信號(hào)指示燈及其它執(zhí)行器等），從而確定與PLC有關(guān)的輸入/輸出設(shè)備，以確定PLC的I/O點(diǎn)數(shù)。2.1設(shè)備的控制要求設(shè)備應(yīng)具有“正常運(yùn)轉(zhuǎn)”和“強(qiáng)制停止”控制系統(tǒng)設(shè)。有手動(dòng)、單周期、單步和連續(xù)4種工作方式，機(jī)械手在最上面和左邊且放松時(shí)，成為系統(tǒng)處于原點(diǎn)狀態(tài)或初始狀態(tài)。機(jī)械手自動(dòng)控制順序功能圖見圖2-1，機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)過程主要有八個(gè)動(dòng)作即為：原點(diǎn)→下降→夾緊→上升→右移↑↓左移←上升←放松←下降圖2-1機(jī)械手的自動(dòng)控制順序功能手動(dòng)操作時(shí)由按鈕操作對(duì)機(jī)械手的每一種運(yùn)動(dòng)單獨(dú)進(jìn)行控制，在單步操作方式下，從初始步開始，按下啟動(dòng)按鈕X0后，系統(tǒng)轉(zhuǎn)換到下一步，成該步的任務(wù)后，動(dòng)停止工作并在該步，完自再按一下啟動(dòng)按鈕，又往前走一步。如選擇單周期工作方式，按下啟動(dòng)按鈕后，從初始步開始，機(jī)械手按順序功能圖（見圖2-2）的規(guī)定完成一個(gè)周期的工作后，返回并停留在初始步。5炎黃職業(yè)技術(shù)學(xué)院原點(diǎn)→下降→夾緊→上升→右移↓左移←上升←放松←下降圖2-2機(jī)械手的單周期控制順序功能選擇連續(xù)工作方式時(shí)，在初始狀態(tài)按下啟動(dòng)按鈕后機(jī)械手從初始步開始一個(gè)周期一個(gè)周期地反復(fù)連續(xù)工作，按下停止按鈕，并不馬上停止工作，完成最后一個(gè)周期的工作后，系統(tǒng)才返回并停留在初始步。在選擇單周期、連續(xù)和單步工作方式之前，系統(tǒng)應(yīng)處于原點(diǎn)狀態(tài)。如不滿足這一條件，可選擇原點(diǎn)工作方式，然后按回原點(diǎn)啟動(dòng)按鈕，使系統(tǒng)自動(dòng)返回原點(diǎn)狀態(tài)。在連續(xù)工作方式下設(shè)置兩種停車狀態(tài)：正常停車：在正常工作狀態(tài)下的停車。按下停車按鈕，機(jī)械手完成最后一個(gè)周期的工作后，返回原點(diǎn)自動(dòng)停車。緊急停車：在發(fā)生故障或緊急狀態(tài)時(shí)的停車。按下緊急停車按鈕，機(jī)械手停止在當(dāng)前執(zhí)行狀態(tài)。當(dāng)故障排除后，需手動(dòng)回原點(diǎn)。2.2裝置簡(jiǎn)介參照?qǐng)D1機(jī)械手結(jié)構(gòu)圖，機(jī)械手在連續(xù)工作方式下，機(jī)械手按下述順序周而復(fù)始地搬物：如圖2-3）（1）原位狀態(tài)下（機(jī)械手在左、上限位置）按啟動(dòng)按鈕，機(jī)，械手開始下降。2）下降到下限位行程開關(guān)動(dòng)作，下降結(jié)束，機(jī)械手開始夾緊。3）機(jī)械手夾緊工件，直到計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)時(shí)間到，上升運(yùn)動(dòng)開始。4）上升到上限行程開關(guān)受壓動(dòng)作，上升運(yùn)動(dòng)結(jié)束，機(jī)械手開始右移。5）右移到右限行程開關(guān)受壓動(dòng)作，右移運(yùn)動(dòng)結(jié)束，等待工件檢測(cè)信號(hào)。6）待無(wú)工件信號(hào)到來(lái)，機(jī)械手開始下降。7）下降到下限行程開關(guān)受壓動(dòng)作，下降運(yùn)動(dòng)結(jié)束，機(jī)械手開始放松。8）機(jī)械手放松工件，直到計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)時(shí)間到，上升運(yùn)動(dòng)開始。6炎黃職業(yè)技術(shù)學(xué)院9）上升到上限行程開關(guān)受壓動(dòng)作，上升運(yùn)動(dòng)結(jié)束，機(jī)械手開始左移。左移到左限行程開關(guān)受壓動(dòng)作，左限運(yùn)動(dòng)結(jié)束，機(jī)械手回到原始狀態(tài)，一個(gè)工作循環(huán)完畢。左左左（8）左左原原（4）右左（1）下降（3）上升（5）下降下左左（7）上升上左左右左左上左左下左左A原（2）夾夾B原（6）放放圖2-3機(jī)械手工作循環(huán)過程圖機(jī)械手的上升和下降、左行和右行由不同繼電器來(lái)控制不同電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)，夾緊和放松由二位四通的電磁閥控制的。氣缸采用QGBQ系列，屬自保持式雙電控閥氣缸，工作壓力為0.15~0.8Mpa，其電磁換向閥有記憶功能，當(dāng)切斷電信號(hào)時(shí)，閥位不變，氣缸活塞位置保持不變，系統(tǒng)不受突然斷電的干擾。圖2-4為機(jī)械手示意圖，機(jī)械手的任務(wù)是將A工作臺(tái)上的工件搬到B工作臺(tái)左左右左上左下左夾夾放放工工工工工工A原圖2-4機(jī)械手結(jié)構(gòu)圖B原7炎黃職業(yè)技術(shù)學(xué)院第三章搬運(yùn)機(jī)械手硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括機(jī)械部分和電氣控制部分的設(shè)計(jì)。3.1機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)其結(jié)構(gòu)如圖31所示SQ4SQ3SQ2BYA2YA3SQ6SQ7SQ8SQ9ASQ1YA1圖31機(jī)械手的結(jié)構(gòu)示意圖圖中設(shè)置9個(gè)行程開關(guān)SQ1SQ9用于檢測(cè)工件、小車、機(jī)械手的位置及機(jī)械手夾鉗的夾緊、放松狀態(tài)，并對(duì)系統(tǒng)實(shí)施控制。其中SQ1為工件是否到位的檢測(cè)開關(guān)；Q2為小車原位檢測(cè)開關(guān)；SSQ3、SQ4分別為機(jī)械手下降上升是否到位檢測(cè)開關(guān)；SQ5、SQ6分別為機(jī)械手夾緊放松檢測(cè)開關(guān)；SQ7、SQ8分別為小車速度轉(zhuǎn)換開關(guān)；SQ9為小車運(yùn)動(dòng)停止開關(guān)。3.2電氣控制的設(shè)計(jì)包括主電路和控制電路的設(shè)計(jì)。主電路由兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)，即慢速電機(jī)和快速電機(jī)，分別拖動(dòng)小車慢行和快行，其控制如下：慢速電動(dòng)機(jī)M1由接觸器KM1、KM2分別控制其正傳和反轉(zhuǎn)；快速電動(dòng)機(jī)M2由接觸器KM3和KM4分別控制其正傳和反轉(zhuǎn)。機(jī)械手的夾緊放松動(dòng)作是由一單電兩位四通電磁閥控制的一個(gè)液壓缸完成的，在通電情況下，機(jī)械手松開，得電時(shí)松開，可以防止在設(shè)備運(yùn)行過程中突然斷電導(dǎo)致的機(jī)械手松開，工件脫落的情況發(fā)生。3.3操作面板及動(dòng)作說明根據(jù)控制和生產(chǎn)工藝的要求，控制操作包括手動(dòng)和自動(dòng)，手動(dòng)又包括手動(dòng)步進(jìn)、回原位操作，自動(dòng)控制包括單步、單周期、連8炎黃職業(yè)技術(shù)學(xué)院續(xù)的操作。故操作方式選擇開關(guān)設(shè)置有五個(gè)檔位。手動(dòng)工作方式下，手動(dòng)動(dòng)作包括上升、下降、放松、快進(jìn)、慢進(jìn)、快退、慢退和復(fù)位，故設(shè)置六個(gè)動(dòng)作看官按鈕。各個(gè)動(dòng)作進(jìn)行的同時(shí)均設(shè)有動(dòng)作指示燈。另外設(shè)有啟動(dòng)停止按鈕。其操作面板如圖32所示：?jiǎn)尾絾��?dòng)回原位單周期手動(dòng)停止連續(xù)原位指示上升下降放松復(fù)位快進(jìn)慢進(jìn)快退慢退圖32機(jī)械手操作面板示意圖9炎黃職業(yè)技術(shù)學(xué)院第4章機(jī)械手的PLC控制4.1控制特點(diǎn)機(jī)械臂電氣控制系統(tǒng)，除了有多工步特點(diǎn)之外，還要求有連續(xù)控制和手動(dòng)控制等操作方式。工作方式的選擇可以很方便地在操作面板上表示出來(lái)。當(dāng)旋鈕打向回原點(diǎn)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)地回到左上角位置待命。當(dāng)旋鈕打向自動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)完成各工步操作，且循環(huán)動(dòng)作。當(dāng)旋鈕打向手動(dòng)時(shí)，每一工步都要按下該工步按鈕才能實(shí)現(xiàn)。以下是設(shè)計(jì)該機(jī)械手控制程序的步驟和方法。4.2系統(tǒng)控制示意圖機(jī)械臂傳送工件系統(tǒng)示意圖，如圖1所示。圖1機(jī)械臂傳送示意及操作面板圖10炎黃職業(yè)技術(shù)學(xué)院4.3輸入和輸出點(diǎn)分配表及原理接線圖表1名稱代號(hào)SB1SQ1SQ2SQ3SQ4SB2SB3SB4機(jī)械臂傳送系統(tǒng)輸入和輸出點(diǎn)分配表輸入X0X1X2X3X4X5X6X7名稱代號(hào)SB5SB6SB7SB8SB9SB10SB11SQ5輸入X10X11X12X13X14X15X16X17名稱代號(hào)YV1YV2YV3YV4YV5EL輸出Y0Y1Y2Y3Y4Y5啟動(dòng)下限行程上限行程右限行程左限行程停止手動(dòng)操作連續(xù)操作夾緊放松單步上升單步下降單步左移單步右移回原點(diǎn)工件檢測(cè)電磁閥下降電磁閥夾緊電磁閥上升電磁閥右行電磁閥左行原點(diǎn)指示11炎黃職業(yè)技術(shù)學(xué)院4.4操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)包括回原點(diǎn)程序，手動(dòng)單步操作程序和自動(dòng)連續(xù)操作程序，如圖3所示。其原理是：把旋鈕置于回原點(diǎn)，X16接通，系統(tǒng)自動(dòng)回原點(diǎn)，Y5驅(qū)動(dòng)指示燈亮。再把旋鈕置于手動(dòng)，則X6接通，其常閉觸頭打開，程12炎黃職業(yè)技術(shù)學(xué)院序不跳轉(zhuǎn)（CJ為一跳轉(zhuǎn)指令，如果CJ驅(qū)動(dòng)，則跳到指針P所指P0處）執(zhí)行手動(dòng)程序。之后，由于X7常閉觸點(diǎn)，當(dāng)執(zhí)行CJ指，令時(shí)，跳轉(zhuǎn)到P1所指的結(jié)束位置。如果旋鈕置于自動(dòng)位置，既（X6常閉閉合、X7常閉打開）則程序執(zhí)行時(shí)跳過手動(dòng)程序，直接執(zhí)行自動(dòng)程序。4.5回原位程序回原位程序如圖4所示。用S10~S12作回零操作元件。應(yīng)注意，當(dāng)用S10~S19作回零操作時(shí)，在最后狀態(tài)中在自我復(fù)位前應(yīng)使特殊繼電器M8043置1。4.6手動(dòng)單步操作程序如圖5所示。中上升/下降，移/右移都有聯(lián)鎖和限位保護(hù)。圖左13炎黃職業(yè)技術(shù)學(xué)院4.7自動(dòng)操作程序自動(dòng)操作狀態(tài)轉(zhuǎn)移見圖6所示。當(dāng)機(jī)械臂處于原位時(shí)，按啟動(dòng)X0接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S20，驅(qū)動(dòng)下降Y0，當(dāng)?shù)竭_(dá)下限位使行程開關(guān)X1接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S21，而S20自動(dòng)復(fù)位。S21驅(qū)動(dòng)Y1置位，延時(shí)秒，以使電磁力達(dá)到最大夾緊力。當(dāng)T0接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S22，驅(qū)動(dòng)Y2上升，當(dāng)上升到達(dá)最高位，X2接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S23。S23驅(qū)動(dòng)Y3右移。移到最右位，X3接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S24下降。下降到最低位，X1141炎黃職業(yè)技術(shù)學(xué)院接通，電磁鐵放松。為了使電磁力完全失掉，延時(shí)1秒。延時(shí)時(shí)間到，T1接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S26上升。上升到最高位，X2接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S27左移。左移到最左位，使X4接通，返回初始狀態(tài)，再開始第二次循環(huán)動(dòng)作。在編寫狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖時(shí)注意各狀態(tài)元件只能使用一次，但它驅(qū)動(dòng)的線圈，卻可以使用多次，但兩者不能出現(xiàn)在連續(xù)位置上。因此步進(jìn)順控的編程，起用基本指令編程較為容易，讀性較強(qiáng)。比可4.8機(jī)械臂傳送系統(tǒng)梯形圖如圖7所示。圖中從第0行到第27行為回原位狀態(tài)程序。從第28行到第66行，為手動(dòng)單步操作程序。從第67行到第129行為自動(dòng)操作程序。這三部分程序（又稱為模塊）是圖3的操作系統(tǒng)運(yùn)行的�；卦�位程序和自動(dòng)操作程序。是用步進(jìn)順控方式編程。在各步進(jìn)順控末行，都以RET結(jié)束本步進(jìn)順控程序塊。但兩者又有不同�；卦�位程序不能自動(dòng)返回初始態(tài)S1。而自動(dòng)操作程序能自動(dòng)返回初態(tài)S2。15炎黃職業(yè)技術(shù)學(xué)院16炎黃職業(yè)技術(shù)學(xué)院4.9指令語(yǔ)句表17炎黃職業(yè)技術(shù)學(xué)院總結(jié)搬運(yùn)機(jī)械手的PLC控制課程設(shè)計(jì)是機(jī)電課程當(dāng)中一個(gè)重要環(huán)節(jié)通過了畢業(yè)設(shè)計(jì)使我對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)過程有進(jìn)一步了解，對(duì)機(jī)電產(chǎn)品的有關(guān)的控制知識(shí)有了深刻的認(rèn)識(shí)。因?yàn)槔碚撝�識(shí)學(xué)的不牢固，在設(shè)計(jì)遇到了不少問題，如：遺忘以前學(xué)過的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)。通過理論與實(shí)際的結(jié)合，進(jìn)一步提高觀察、分析和解決問題的實(shí)際工作能力，以便培養(yǎng)成為能夠主動(dòng)適應(yīng)社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)需要的高素質(zhì)的復(fù)合型人才。運(yùn)用學(xué)習(xí)成果，把理論運(yùn)用于實(shí)際，使理論得以提升，形成創(chuàng)新思想。通過此次設(shè)計(jì)過程，鞏固了專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，培養(yǎng)了我綜合應(yīng)用機(jī)械設(shè)計(jì)課程及其他課程的理論知識(shí)和應(yīng)用生產(chǎn)實(shí)際知識(shí)解決工程實(shí)際問題的能力，在設(shè)計(jì)的過程中還培養(yǎng)出了我們的團(tuán)隊(duì)精神，為今后的學(xué)習(xí)和工作過程打下基礎(chǔ)。18炎黃職業(yè)技術(shù)學(xué)院參考文獻(xiàn)[1]郁漢琪、郭建主編.可變程序控制器原理及應(yīng)用.北京：中國(guó)電力出版社，201*[2]楊峰.SMR搬運(yùn)機(jī)械手的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).機(jī)車車輛工藝，1998年第6期：36-40[3]鄧星鐘主編.機(jī)電傳動(dòng)控制。漢：中科技大學(xué)出版社，001武華2[4]言紀(jì)蘭.懂峰.基于PLC控制的搬運(yùn)機(jī)械手的應(yīng)用.機(jī)械工程與自動(dòng)化，201*年4月第2期：156-15819

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200公里橫梁機(jī)械手焊接試驗(yàn)總結(jié)、為了通過200公里動(dòng)車橫梁機(jī)械手焊接可行性的試驗(yàn)，為公司投資建立焊接機(jī)械化生產(chǎn)線提供事實(shí)依據(jù)和數(shù)據(jù)參考，在技術(shù)工程部組織和轉(zhuǎn)向架分廠的安排下，我專職從事了此次焊接實(shí)驗(yàn)的程序編輯工作。程序編制過程中以實(shí)用為基礎(chǔ)，努力創(chuàng)新，以求機(jī)械手焊接程序滿足高效、高質(zhì)量的要求。

為改變以往程序每道、每層均需找點(diǎn)確定的模式，首次采用機(jī)械手平面錯(cuò)層堆焊和環(huán)焊縫錯(cuò)層堆焊的方法，即機(jī)械手僅對(duì)首道焊縫找點(diǎn)，后續(xù)焊道以首道焊軌跡為準(zhǔn)，以固定值偏移，實(shí)現(xiàn)減少找點(diǎn)時(shí)間，使焊接效率達(dá)到最大化，同時(shí)通過對(duì)堆焊形式、偏移量、編程形式的多次試驗(yàn)和改進(jìn)，在達(dá)到效率的前提下，保證焊接質(zhì)量（滿足超聲波探傷的技術(shù)要求）。

之前機(jī)械手主要從事長(zhǎng)直焊縫的焊接，這看起來(lái)和橫梁組成上各個(gè)組成部分之間平直的焊縫焊接很相似，程序編輯運(yùn)用也很簡(jiǎn)單，在直焊縫上確定兩個(gè)點(diǎn)焊接連接成一條直線而已。從形式上看是這樣的。但是考慮到橫梁上每個(gè)組成座從打底到焊后表面達(dá)到堆焊技術(shù)要求的寬度基本上要進(jìn)行八至十層焊接，而且要達(dá)到超聲波探傷的要求（現(xiàn)在機(jī)械手焊接件最高要求進(jìn)行表面磁粉探傷），我從事機(jī)械手操作已經(jīng)有八年多的時(shí)間，這還是第一此遇到�，F(xiàn)在機(jī)械手所焊接的產(chǎn)品如200公里側(cè)梁，焊接過程一層打底一層封面，分別獨(dú)立，在焊縫上以直線兩點(diǎn)圓弧三點(diǎn)到四點(diǎn)的方式分散上若干點(diǎn)，焊接時(shí)通過機(jī)械手尋找路徑長(zhǎng)短的變化確定焊接起始點(diǎn)，后續(xù)依靠電弧傳感修正沿焊縫軌跡進(jìn)行焊接。而且進(jìn)行類似船形焊接，以利于電弧傳感的準(zhǔn)確性，保證焊接軌跡。而像橫梁上各個(gè)組成座，其長(zhǎng)度短，焊道深而且寬，焊接層數(shù)多，在試驗(yàn)中利用上述編程方式焊接，只適用第一層打底以外，以后各層由于電弧傳感過程中缺少電弧碰觸的參考，焊接行走路徑不規(guī)則，直線度得不到保證，導(dǎo)致試驗(yàn)件超探時(shí)出現(xiàn)大量熔合線的存在，而且程序空間運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，效率低下。如何能夠保證焊接路徑的直線度和各層之間的熔合質(zhì)量，如何發(fā)揮機(jī)械手的優(yōu)勢(shì)實(shí)現(xiàn)效率的提高，即使有八年工作經(jīng)驗(yàn)的我也感到困難和壓力。

從焊接手法上來(lái)說，現(xiàn)有機(jī)械手操作人員手把焊接的經(jīng)驗(yàn)相對(duì)較少，我專門到橫梁班跟師傅們交流，細(xì)心觀察人工焊接過程的控制.并和從日本回來(lái)的師傅們經(jīng)行了大量的交流，通過他們的描述了解日本在橫梁組成機(jī)械手焊接上的方式。找出解決內(nèi)部焊接質(zhì)量辦法和提高工作效率的程序方式.主要還是集中在在程序編輯上，新設(shè)備引進(jìn)時(shí)IGM服務(wù)人員在培訓(xùn)時(shí)考慮到我們當(dāng)時(shí)的生產(chǎn)實(shí)際只教授了上述一種方式，而和日本的多道焊縫一體焊接中間幾乎不停頓相比，現(xiàn)在的程序方式是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。多年的IGM機(jī)械手操作經(jīng)驗(yàn)這時(shí)候是無(wú)從談起。我從新舊IGM操作編程上掌握的程序方式有上述電弧傳感和單點(diǎn)尋找（同樣是在工件上設(shè)置若干點(diǎn)，通過尋找?guī)捉M不同位置的點(diǎn)的位移變化量來(lái)使焊縫上每個(gè)點(diǎn)都做相應(yīng)平移，來(lái)保證焊接軌跡）和帶電弧傳感的2層焊接（像206P那樣簡(jiǎn)單的打底層帶電弧傳感蓋面層模擬打底層軌跡運(yùn)行2層焊接）.對(duì)橫梁組成來(lái)說，單點(diǎn)尋找容易保證每道焊縫的直線度，但效率最低，帶電弧傳感2層焊的方式相對(duì)來(lái)說效率最高，但焊接過程中除打底時(shí)電弧在坡口中行走容易保證直線度以外，無(wú)法保證其它各層的直線度.而且我從試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，超探時(shí)熔合線的存在主要就是焊接中焊道不直，造成焊縫根部與坡口熔合不良。如何將這三種方式整合，在保證焊接內(nèi)部質(zhì)量的前提下實(shí)現(xiàn)多層焊接，提高工作效率？是我這次試驗(yàn)要突破的難點(diǎn)，也是實(shí)現(xiàn)橫梁組成可行性焊接的前提和實(shí)現(xiàn)焊接機(jī)械化的根本。

在很久前老機(jī)械手廠方維修時(shí)，我曾經(jīng)和IGM服務(wù)人員談起過“多層焊”的機(jī)械手編程工作方式，但考慮到雖然效率很高，可是在程序編輯時(shí)非常復(fù)雜不容易掌握，應(yīng)用時(shí)對(duì)操作者要求較高，而且工作過程是連續(xù)的，一旦中斷很容易導(dǎo)致焊接過程無(wú)法繼續(xù)的情況，當(dāng)時(shí)的生產(chǎn)也沒有這方面的要求，只是簡(jiǎn)單介紹了一下其焊接時(shí)的過程并沒有涉及到程序的編輯。究竟如何實(shí)現(xiàn)“多層焊接”（其運(yùn)行方式為只確定一條焊縫的軌跡，后續(xù)的多道焊接軌跡以第一層的軌跡為參考，并且可以進(jìn)行方位角度的調(diào)整，運(yùn)行時(shí)不在進(jìn)行找點(diǎn)修正等過程）我憑借對(duì)IGM機(jī)械手性能的了解，根據(jù)206P側(cè)梁焊接程序的編輯方式作為模型，就如何實(shí)現(xiàn)多層錯(cuò)位、有順序的排列焊接，利用廢鋼進(jìn)行了大量的多層焊試驗(yàn)。從根本無(wú)法實(shí)現(xiàn)程序運(yùn)行、運(yùn)行程序但不能按照假想位置焊接、實(shí)現(xiàn)順序焊接但無(wú)法實(shí)現(xiàn)層間引弧收弧的錯(cuò)位，從具有基本的程序模型到如何實(shí)現(xiàn)批量的模型調(diào)用，解決每條平面堆焊焊縫都要進(jìn)行5到6組位置設(shè)置的繁瑣，實(shí)現(xiàn)平面堆焊如何實(shí)現(xiàn)環(huán)焊縫堆焊，等等通過大量的編程嘗試和數(shù)據(jù)調(diào)整，逐步的優(yōu)化，現(xiàn)在已經(jīng)完全掌握了多層焊的程序編輯方式，并且融合進(jìn)了電弧傳感和多層焊的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)如何高效率高質(zhì)量的實(shí)現(xiàn)平焊縫、角焊縫和環(huán)焊縫的多層錯(cuò)層焊接，積累了大量的數(shù)據(jù)和樣板�，F(xiàn)在應(yīng)用的多層焊焊接程序的基本特點(diǎn)是：首先編制一個(gè)樣板焊縫的程序，在樣板焊縫中都是以直線步點(diǎn)的方式確定一條焊縫，然后以這道焊縫為多層焊的第一道焊，在平行確定上所需要的其它2、3、4、5、6.。。。等多道焊縫，在位置上按需要互相覆蓋1/2或1/3，并通過參數(shù)的輸入確定每道焊起始結(jié)尾相對(duì)于第一道焊位置的錯(cuò)移量，（可以在正負(fù)999毫米內(nèi)錯(cuò)移），同時(shí)通過錯(cuò)移量的控制可以實(shí)現(xiàn)分段焊接，并對(duì)每層焊針對(duì)不同的位置輸入相應(yīng)的參數(shù)確定其電流、電壓、焊接速度、擺動(dòng)寬度高度和頻率。同時(shí)在各層焊順序排列的方向設(shè)置上一個(gè)參考點(diǎn)，以確定后續(xù)調(diào)用時(shí)的排列錯(cuò)層方向。然后在工件上進(jìn)行實(shí)際焊接程序編程，只確定第一道焊的位置，并在工作步點(diǎn)中調(diào)用提前編制的樣板焊縫，同樣根據(jù)需要設(shè)置一個(gè)參考點(diǎn)和樣板焊縫中的相對(duì)應(yīng)，可以實(shí)現(xiàn)橫向、縱向任意方向上的多層平行錯(cuò)層覆蓋焊接。環(huán)焊縫同樣如此，只是樣板焊縫編制中只有直線步點(diǎn)，在調(diào)用是要轉(zhuǎn)換成圓弧步點(diǎn)，對(duì)焊槍角度方位的控制要困難和嚴(yán)格很多。

針對(duì)現(xiàn)在200公里動(dòng)車橫梁工藝要求，在編程時(shí)各個(gè)橫梁組成座全部按同一個(gè)方向焊接并將打底和封面層獨(dú)立開來(lái)，盡可能的減少焊接變形。打底兩層，第一層打底，由于焊接過程都在坡口中運(yùn)行，采用尋找確定焊接起始點(diǎn)，打開電弧傳感，保證焊接過程不偏移，確保底層焊熔合的質(zhì)量，利于達(dá)到超聲波探傷要求。第二層打底，由于第一層打底后坡口深度有限，且靠近圓管邊緣處深度較大，所以在焊接時(shí)與第一層錯(cuò)開，滿足封面層所需要的打底深度和寬度，此時(shí)電弧傳感不僅不能保證焊接時(shí)的直線路徑不偏移反而會(huì)因傳感的存在導(dǎo)致焊接過程電弧不穩(wěn)定，焊道忽左忽右，與第一層焊熔合不良，超探中有熔合線的存在，甚至夾渣。在第二層編程時(shí)根據(jù)找點(diǎn)的位置是否方便，采用尋找兩組點(diǎn)確定直線焊接的方式，和尋找比較有代表性的一組點(diǎn)，采用單點(diǎn)尋找的方式，實(shí)現(xiàn)直線上兩個(gè)點(diǎn)的同時(shí)平移。這兩種方式都比較容易保證第二層焊接時(shí)的直線度和相對(duì)第一層的覆蓋寬度。表面覆蓋層，采用多層焊的編程方式，利用第二層的編程方式確定覆蓋層第一道焊的位置，在焊接工作步點(diǎn)上調(diào)用提前編制好的樣板焊縫，就可以根據(jù)實(shí)際需要實(shí)現(xiàn)3層4層5、6.。。。多層錯(cuò)移覆蓋焊接，并容易保證各層之間相互覆蓋的寬度和高度非常均勻，通過樣板焊縫中對(duì)各道焊層引弧、收弧偏移長(zhǎng)度數(shù)據(jù)的控制，還可以很規(guī)則的實(shí)現(xiàn)焊接長(zhǎng)度偏移，形成類似于打磨用的三角。還可以實(shí)現(xiàn)段焊，進(jìn)行打磨輔助層的焊接。

角焊縫的堆焊在縱向梁和鋼管連接處用到，編程方式同樣采用多層焊，只需要打一層底，后續(xù)的4層堆焊可以一次性焊接完成，編程區(qū)別與平焊堆焊就是樣板焊縫中每道焊的焊槍角度和高度都要進(jìn)行變化。角焊堆焊利用變位器還可以以近似船形焊的位置，采用平面堆焊的方式焊接。環(huán)焊縫的堆焊，也進(jìn)行了大量試驗(yàn)，利用變位器和焊槍的同步動(dòng)作，使整個(gè)焊接過程近似于平面堆焊或者角焊縫堆焊，但由于現(xiàn)有機(jī)械手焊槍的限制，以及變位器和焊槍同步動(dòng)作需要的空間大，焊槍規(guī)則擺動(dòng)困難，導(dǎo)致焊接量有限，而且后續(xù)處理不方便，總體效率底，所以在200公里橫梁工件焊接中沒有采用。

在整個(gè)編程試驗(yàn)和現(xiàn)車橫梁焊接中，突破了程序的編輯方式，困難就主要集中在如何保證各層之間的熔合質(zhì)量，進(jìn)而達(dá)到后續(xù)超聲波探傷的要求上。同時(shí)，在橫梁組成時(shí)，各個(gè)組成件的尺寸控制和間隙大小決定了坡口邊沿的實(shí)際位置，在找點(diǎn)后確定實(shí)際焊接位置的控制上不夠準(zhǔn)確，尤其表現(xiàn)在表面覆蓋層的第一道焊上，這對(duì)表面成形影響不大，但對(duì)覆蓋層和打底層的熔合質(zhì)量有很大影響，直接影響探傷需求。現(xiàn)在的現(xiàn)車編程找點(diǎn)在坡口寬度方向主要以圓管管壁作為參考，其它位置不是無(wú)法尋找就時(shí)沒有管壁作為參考更為準(zhǔn)且，所以要實(shí)現(xiàn)橫梁組成機(jī)械手焊接的批量生產(chǎn)和滿足超聲波探傷要求在橫梁組成時(shí)應(yīng)該考慮尺寸控制對(duì)機(jī)械手找點(diǎn)后確定坡口位置準(zhǔn)確度的影響。同時(shí)，考慮到工廠現(xiàn)有設(shè)備情況，單就橫梁組成平面堆焊利用單軸變位器機(jī)械手焊接的可行性進(jìn)行了驗(yàn)證，通過位置擺放和行走試驗(yàn)，是完全可以實(shí)現(xiàn)的。并且在現(xiàn)在的200公里橫梁組成現(xiàn)車機(jī)械手焊接中進(jìn)行了實(shí)際表現(xiàn)。

此次200公里動(dòng)車橫梁組成機(jī)械手焊接試驗(yàn)，過程較長(zhǎng)，在編程過程中，得到了橫梁班師傅以及技術(shù)工程部和分廠相關(guān)人員的大量幫助和支持，在大量試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，獲得了大量的實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)，更在IGM程序編輯上取得了很大的突破并積累了相當(dāng)珍貴經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)參考，為進(jìn)一步優(yōu)化程序，提高產(chǎn)品質(zhì)量和后續(xù)實(shí)際生產(chǎn)需要以及實(shí)現(xiàn)焊接機(jī)械化奠定了基礎(chǔ)。

劉建樹

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