伺服系統(tǒng)在機座角板焊接中的應(yīng)用

針對人工焊接機座角板出現(xiàn)的尺寸偏差、勞動強度高等弊端，采用伺服控制系統(tǒng)進行仿真設(shè)計專用夾具，可實現(xiàn)半自動化操作，有效提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，減輕了操作者的勞動強度。

機座角板焊接是一道重要的生產(chǎn)工序，其目的是將角板通過凸焊機焊接固定在機殼上，使電機得以安裝在風(fēng)扇總成的風(fēng)罩上。機座角板的分布有三等分均布的，也有非三等分分布的（如下圖）。傳統(tǒng)的焊接方法是： 操作者將機殼放入根據(jù)機座焊接高度定制的焊接夾具中，將角板放置在帶有磁鋼的夾具定位塊內(nèi)貼住機殼；將帶有機座的焊接夾具置于凸焊機的焊接電極上；踩下腳踏開關(guān)，凸焊機焊接；手動旋轉(zhuǎn)夾具到下一個角板焊接位置，重復(fù)步驟3，直至焊完所有角板；取下夾具，將焊好的機座取出，完成一次機座角板的焊接操作。

機座示意圖

由于人工轉(zhuǎn)動夾具，操作者在焊接時頂住夾具的作用力大小不同，會造成角板軸向定位存在誤差。同時，整個操作過程操作者要重復(fù)轉(zhuǎn)動多次，致使操作者勞動強度較高。種種問題影響了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，因此我們設(shè)計了一套半自動角板焊接夾具來解決上述問題。

根據(jù)機座角板焊接工序的特點，需要能夠按要求重復(fù)轉(zhuǎn)動固定的角度，故我們采用了伺服電機來控制焊接時的轉(zhuǎn)動角度。伺服電機帶有信號反饋，精度高，并且能提供足夠的轉(zhuǎn)矩帶動夾具的轉(zhuǎn)動。同時，使用單軸數(shù)控系統(tǒng)控制伺服驅(qū)動器，利用單軸數(shù)控系統(tǒng)的編程功能，我們編制出一套程序來模擬人工焊接時的動作順序，實現(xiàn)了焊接自動化。為了保證焊接質(zhì)量，我們設(shè)計了角板焊接座，用來安放夾具，實現(xiàn)分度轉(zhuǎn)動、上下浮動、卸料等功能。從而較好地解決了半自動角板焊接夾具與凸焊機的接口，最大化地利用了原有的設(shè)備。

系統(tǒng)硬件設(shè)計

1、系統(tǒng)組成

系統(tǒng)的組成以及運行流程。

2、角板焊接座

角板焊接座的作用是加載并轉(zhuǎn)動工件，提供一個浮動平臺，由伺服電機通過焊接座的齒輪副來控制轉(zhuǎn)動角度。焊接座通過彈簧、導(dǎo)套和導(dǎo)柱能上下浮動，在轉(zhuǎn)動時脫開內(nèi)電極，焊接時壓緊內(nèi)電極，從而避免夾具轉(zhuǎn)動時的擦碰，能有效提高焊接質(zhì)量。與焊接座配套使用的是在原有手工焊接夾具基礎(chǔ)上改進的夾具，它的作用是固定機殼和角板的相對位置。在焊接座上，我們采用帶磁鋼的吸盤來吸住焊接夾具，代替人工的手壓動作，以保證焊接時夾具不致脫落，避免角板軸向尺寸偏差。為了卸料的需要，我們還在焊接座上安裝了卸料機構(gòu)，它通過兩個氣缸聯(lián)接一個卸料環(huán)推動焊接夾具脫離帶有磁鋼的吸盤，完成卸料。

3、伺服系統(tǒng)

伺服電機具有轉(zhuǎn)矩大、精度高、可反饋的特點，可根據(jù)脈沖數(shù)來控制轉(zhuǎn)動角度和轉(zhuǎn)速。我們選用了上海開通數(shù)控有限公司的110HM-8M04030-F 伺服電機，它體積緊湊，轉(zhuǎn)矩達到4N.m。

交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)是控制伺服電機的裝置，我們選用與電機相匹配的KT270全數(shù)字交流驅(qū)動系統(tǒng)。它采用DSP（數(shù)字信號處理器）芯片，加快了數(shù)據(jù)采集和處理速度，使電機運行性能良好。同時，它能夠直接在驅(qū)動器面板上設(shè)置參數(shù)、調(diào)試、監(jiān)視系統(tǒng)狀態(tài)，外觀簡潔，結(jié)構(gòu)緊湊。

單軸數(shù)控系統(tǒng)KT700B在整個系統(tǒng)中相當于PLC的功能。它具有輸入輸出功能，自帶液晶屏和鍵盤，可以直接在線編程控制和在線監(jiān)控。通過它進行編程模擬人工操作步驟，可控制半自動角板焊接夾具。

4、電氣系統(tǒng)和氣動系統(tǒng)

主要用來控制輸入和輸出訊號，與凸焊機接口聯(lián)接控制執(zhí)行機構(gòu)運行位置。

系統(tǒng)軟件設(shè)計

1、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置

（1）交流伺服驅(qū)動器的設(shè)置

設(shè)置顯示狀態(tài)為監(jiān)視運行狀態(tài)；設(shè)置控制模式為位置控制模式，以控制伺服電機輸出軸的位置；為了使轉(zhuǎn)動更加平穩(wěn)，設(shè)置適當?shù)募訙p速時間；設(shè)置保護限制，比如最高轉(zhuǎn)速、最高轉(zhuǎn)矩等，以避免異常情況出現(xiàn)導(dǎo)致系統(tǒng)受損；建立工藝文件記錄報警參數(shù)，及時了解系統(tǒng)的故障模式，采取應(yīng)對措施。

（2）單軸控制器的設(shè)置

根據(jù)系統(tǒng)的試運行狀況，調(diào)整各參數(shù)，使其運行穩(wěn)定；設(shè)定系統(tǒng)參數(shù)，定義編程用常量、參考點；設(shè)置電子齒輪比，通過設(shè)置可以將夾具實際轉(zhuǎn)動與脈沖數(shù)建立相應(yīng)關(guān)系，便于控制；設(shè)定系統(tǒng)極值，確保系統(tǒng)穩(wěn)定。

2、程序編寫

程序編寫是基于單軸控制器提供的數(shù)控指令編寫的。指令采用順序排列，根據(jù)人工操作時的順序，編寫程序。用SET指令接受輸出信號，用WAT指令接受輸入信號。SPEED指令控制速度，POS指令控制位置與角度。此外，還可以采用CALL 調(diào)用指令，循環(huán)執(zhí)行相似的命令。

試運行發(fā)現(xiàn)的問題及解決方案

系統(tǒng)組建好后，進行試生產(chǎn)。運行過程符合設(shè)計要求，并按照人工焊接的順序執(zhí)行，定位準確。同時，系統(tǒng)可根據(jù)實際生產(chǎn)要求，調(diào)整運行速度，滿足生產(chǎn)節(jié)拍的要求。但在實際的操作中發(fā)現(xiàn)：夾具與焊接座的制造以及裝配質(zhì)量對系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠運行影響很大。因此，我們對夾具進行了優(yōu)化，并在裝配時進行適當?shù)恼{(diào)整。

起初，夾具易被壓翹頭，導(dǎo)致焊接后產(chǎn)品尺寸偏差大。我們在凸焊機上增加了預(yù)壓裝置，在焊接前先將焊接座壓實，同時增加了護套以提高焊接座的剛度。然而，運行一段時間后發(fā)現(xiàn)，工件難以脫離夾具。于是，我們重新修整夾具，調(diào)整凸焊機上電極的位置，使焊接時工件受力均勻，不會使工件偏移卡死夾具導(dǎo)致難以脫出。同時，調(diào)整卸料氣缸的壓力以及卸料環(huán)與焊接座的間隙，使氣缸頂出時更加順暢。卸料氣缸在卸料時，彈力很大，容易造成夾具彈出時使操作者受傷，同時損壞夾具。我們在工作臺上設(shè)置了緩沖板，夾具在彈出后，先接觸緩沖板減速，提高了系統(tǒng)的安全性。

經(jīng)過一段時間的試運行，角板焊接夾具系統(tǒng)能夠按照預(yù)定要求，完成整個工作任務(wù)。生產(chǎn)出的產(chǎn)品質(zhì)量符合設(shè)計要求，并且避免了人為因素的干擾，降低了操作者的勞動強度。在焊接夾具工作時，操作者可以騰出手進行下一個工件的裝配，提高了生產(chǎn)效率。結(jié)合伺服系統(tǒng)的應(yīng)用，將機電一體化技術(shù)應(yīng)用到實際生產(chǎn)中，能夠給我們帶來更多的便利，創(chuàng)造更大的經(jīng)濟效益。