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1、1 前言1.1 研究本课题的目的和意义(1)提高焊接质量因为待焊圆筒工件存在下料装配及加工的误差，因此在焊接热过程引起的变形实现是难预料的，所以在焊接过程中，待焊圆筒工件需要平稳，匀速的运动，这样在在焊接速度一定的条件下，就会得到均匀，充分渗透的焊缝，提高焊接质量。由于焊接是一种热加工工艺过程，在焊接过程，一些刚醒较差（如薄板）、尺寸较大的圆筒工件在焊接过程中很可能回产生热变形，或者由于大型圆筒焊件的焊缝开口一致性不好，这样焊道就可能偏离预先设定好的轨迹，这时我们就没法保证高的焊接质量了。在这种情况下，一种自调式运转平稳的焊接滚轮架是急需要的，焊机的焊接速度不尽相同，为得到好的焊接质量，均匀的
2、焊缝，人机交互也是必须要的。(2)改善焊接工人工作条件焊接并不是一个好的工作，焊接过程产生的热、弧光、烟尘的对人体有害的副产物，导致焊接的现场环境非常恶劣，对工人的身体产生很大损害，一般工人会眼疼，头疼，烟尘还会导致不孕不育。在发达国家手工焊占40%左右，而我国手工焊则高达60%以上。采用自调式焊接滚轮架，工人只需将工件放在滚轮架上启动机器，即可离开现场，在焊接完成更换焊件，这段时间工人可以干别的事情，充分利用人力资源，不会造成不必要的浪费。(3)提高生产效率手工焊接的效率是很低的，工人要蹲在那焊一点挪一步，浪费时间。数据显示，工人的实际焊接时间不足工作时间的30%，而且焊接质量和操作者的技术
3、有很大关系，不能维持稳定的焊接质量，而且手工焊接只能是小批量生产，无法满足市场的需求，造成供不应求，降低国家总体生产力4。1.2 我国国内焊接滚轮架的发展状况自从进入二十一世纪，我国市场的的特点和规模都出现了很大的变革，企业的管理和经营也从以前单一的目标是发展开始向科学化、系统化管理转变。如何用专业的眼光来看待焊接滚轮架的发展和市场转变，如何用创新的技术来改良焊接滚轮架的结构，将成为企业未来生存和发展的首要问题。现在我国的焊接滚轮架依然停留在老式的单滚筒滚动来带动焊接转动，这种老式设备轴向窜动频繁，可调性不好，需要人工来进行调节滚轮架的大小。这种模式导致生产效率低下，次品率增高，致使这种焊件在
4、市场上的价格居高不下，浪费人力，浪费资源，拖慢国家生产力。国内有许多好的焊接厂家，如杭州西湖焊接厂，无锡新星焊接设备厂等等，多家比较知名的焊接厂，但是这些厂家的焊接滚轮架大多是从别的国家购买的，我国的焊接材料需求量大，光这一项就致使我国的钱财大量外流，因此市场急需一种新的焊接滚轮架，而且这种滚轮架需要有我国自主研发，这样我国走近世界强国的步伐会更快的。1.3 焊接滚轮架的研究前景展望在研究焊接滚轮架的时候，我发现以前的滚轮架大多都是单滚筒式，这种滚轮架轴向窜动频繁，可滚动焊件的尺寸有限，经常发生因不平衡而引起的焊件掉落，因此这种滚轮架需要事先进行平衡放置，浪费时间。未来的焊接滚轮架只需要将焊件
5、放在上面，便可自动调节平衡，而且使用四个滚轮使焊接的大小变得可调节。左右两组滚轮通过传动机构保持转速一样，有效地防止轴向窜动。滚轮架采用自动调速装置，用单片机控制交流电机，通过指示屏和按键可以有效地控制转速并可以直观的观看转速，适时的调整转速使其和焊接速度保持和谐同步，这样便可以产生均匀的焊缝，提高了焊接质量。采用多级减速机构使转速均匀减小，不会对内部零件造成太大的损坏，两组滚轮通过连杆连接保持同步的转速和转向，防止轴向窜动，不会使焊缝发生偏移，节省了材料，节省了人力，提高了了生产力。滚轮架各个部件都是可拆卸的，方便以后各个零件的拆换，提高滚轮架寿命。1.3.1 滚轮架的工作原理及结构特点及设
6、计方案（1）滚轮架原理及结构特点主、从动滚轮架是独立的，他们可以根据焊件的重量、长度任意组合，使用方便、灵活； 滚轮架靠滚轮组的自由摆动，在规定的范围内自动调节滚轮中心距，适用不同直径的焊件，圆筒形焊件放置平稳； 自调式滚轮架，滚轮对数多，减小了工件对滚轮的压力，避免了工作表面产生的冷作硬化；采用组合式滚轮，钢轮外包橡胶，传动平稳，寿命长，摩擦力大；适用性强，使用广泛；采用交流电机驱动，可调节范围大，速度稳定，用单片机来驱动变频器，变频器连接电机，可实现人机交流5；（2）设计方案设计方案示意图如图1所示。电机51单片机数码管测速装置变频器滚轮架图1 设计方案示意图图1显示的是单片机控制变频器的
7、频率输出来控制电机的转速，数码管可以看出其转速从而通过键盘控制频率输出，从而达到可能控制电机转速的目的，该系统充分体现了人机交互的好处，节省人力物力。2 硬件电路设计本次课题采用的是8051单片机，通过单片机来驱动变频器（外购）。并且该电路模块有A/D转换模块和键盘接口显示模块。8051单片机及格便宜控制简便，而且发展的历史也很长。一个CPU在一个控制电路中就像是一个人的心脏，而其他的外扩控制部分就像是人的各个器官。CPU通过控制各个部件达到控制整个电路的目的，达到人们想要的目的。我设计的单片机任务是：（1）根据焊枪的焊接速度适时调节滚轮的转速；（2）要有方便的键盘来操作，用LED来显示转速，
8、做到人际交流，方便快捷6。硬件电路图如图2所示。图2 控制部分电路图2.1 主控部分设计图3 8051单片机示意图MCS-51系列单片机包括：8位CPU；振荡器和时钟电路；4K/8K字节的程序存储器POM或EPROM；128/256字节的数据存储器RAM；可寻址外部程序存储器和数据存储器各64K字节；20多个特殊功能存储器；1个全双工串行I/O口；32线并行I/O口；23个16位定时器/计时器；56个中断源，2个优先级，同时中断则按优先顺序查询；具有较强功能的位处理能力。8051的P01P07口是双向并行I/O端口，接外扩8155H的AD0AD7，8051的P10P17准双向并行I/O端口。当
9、访问外部存储器时作高8位地址总线时，作准8位I/O口与D/A转换模块的DAC0832的D10D16相连接，Vcc-正常运行和编程时为+5V电源，Vss-电路地电平外接晶振或外接振荡器引脚，XTAL1-接外部晶振的一个引脚，RST/Vpd-RST与Vcc之间接一个电容和在REST与Vss之间接一个电阻时，就可以实现加电复位功能。Vpd为备用电源输入端，及当Vcc掉电时，由此引脚提供备用电源，以保证内部RAM信息；ALE/PROG-ALE，允许地址锁存信号输出。当访问外部存储器时，ALE信号的负跳编将P0口的上的低8位地址送入锁存器 6。2. 2 D/A转换模块设计图4 D/A转换模块引脚图805
10、1配置DAC0832外扩D/A转换器，D/A转换模块选用的是DAC0832，价格便宜,可直接与主机相连接，以这类D/A转换器与MCS-51系列单片机项配置，硬件接口简单，使用方便。CS-接CPU的P26口，片选信号输入端，低电平有效。ILE-接5V电压，允许转换数据输入锁存信号端，高电平有效。WR1-接CPU的WR口，写信号1输入端，低电平有效，由于将转换数据。WR2-也接CPU的WR口，写信号2输入端，低电平有效。XFER-DAC寄存器选通控制信号，低电平有效。D10D17接CPU的P10P17端口。I01、I02-DAC电流输出端。Vcc-提供芯片的电源输入端。他可从+2+15V。最佳工作
11、状态是采用+15V。AGND-模拟量接地端。DGND-数字量接地端。2. 3人机交互模块设计图5 键盘/显示接口框图8051主机通过扩展8155H配置6位LED显示器和4X4按键，如图5所示显示选用共阴极6位LED，有8155H的PA.0PA.5进行阴极位选，叫扫描口。有PB.0PB.7控制各位显示器的自行选段，叫段数数据输出口。采用动态扫描显示方式。其中100X8电阻用于补偿电流，以增强显示器的亮度，而现在的新产品高亮度显示器可省去8个电阻。7407芯片内部架构是1进2出，3进4出，5进6出，9进8出，11进10出，13进12出，75452和7407功能是一样的 但是7407功能更强。2.
12、4 I/O扩展模块设计图6 8155H引脚RESET：内部复位信号输入端。在此端出现5us左右宽的脉冲，8155H被初始复位，复位后I/O口充数是输入方式AD0AD7：三态的地址/数据线。地址可以是8155H的RAM单元地址I/O地址。这些地址由ALE的下降沿到8155H的内部地址锁存器。IO/M一名叫的极性决定地址时RAM还是I/O的。8位数据时写入还是独处，取决于WR有效还是RD有效。CE：片选信号线，低电平有效。也由ALE下降沿锁存到8155H内部锁存器。IO/M：8155H的RAM存储器和I/O口选择线，IO/M=0，AD0AD7的地址为8155H 的内部地址锁存器。IO/M引脚的极性
13、决定地址时RAM还是I/O的。8位数据是写入还是读出，取决于WR有效还是RD有效。RD：读选通信号，低电平有效。RD=0、CE=0时，8155H内RAM单元或I/O内容传送到AD07。WR：写选通信号，低电平有效。WR=0，CE=0时，CPU输出到AD07的数据写入8155H的RAM单元或I/O口。2.1.5变频器的选型本课题选的变频器是西门子公司的变频器，其型号，（1）MICROMASTER 410 变频器420这个变频器是通用型变频器，供电电源电压为三相交流电，具有现场总线接口的选件，可用于传送带，材料运输机，泵类，风机和机床的驱动。适用功率 0.12KW至11KW，电压适用200V到40
14、0V，单相交流；200V到400V，三相交流；380V到480V，三相交流。线性V/f控制特性或FCC，内置PI控制器。其输入有3个数字数字输入，1个模拟输入，其输出有1个模拟输出，1个继电器输出。（2）变频器主要特性调试简单；模块化的结构，因而组态具有最大的灵活性；具有三个完全可编程的隔离的数字输入；一个可标定的模拟输入（0V到10V），他也可以作为第四个数字输入来适用；一个可编程的模拟输出（0mA到20mA）；一个完全可编程的继电器输出（30V，直流/5A，电阻负载或250V，交流/2A，感性负载）；采用较高的开关频率时，电机运行的噪声很小（在脉冲的开关频率较高的情况下，额定输出电流要降格
15、适用）；完善的变频器和电动机保护功能。（3）可选项（概览）A级/B级EMC滤波器；线路换流电抗器，输出电抗器；密封盖；对变频器进行参数化的BOP基本操作板；具有多种文本显示功能的高级操作板AOP；通讯模块-PROFIBUS，-DeviceNET；PC连接组合件；控制柜门上安装操作板的组合件；PC调试工具，在windows95/98和NT/2000下运行。（4）国家标准MICROMASTER420变频器符合EU低电压范围的要求；变频器带有滤波器时，也符合EU EMC 规范的要求；MICROMTER420变频器带有CE标志。（5）机械结构的特点模块化设计；工作温度-10C+50C；紧凑型结构，单位空间内的；变频器 kw 数高；电缆连接方便，电源和电动；机接线相互隔离，达到最佳；的电磁兼容性效果；操作板可以与变频器分离安装；控制端子的连接不用螺丝（6）控制性能的特点最新的 IGBT 技术；数字的微处理器控制；磁通电流控制 (FCC)，可以改善动态响应特性，优化电动机的控制；线性 v/f 控制，平方 v/f 控制，多点 v/f 特性(可编程的 v/f 特性)；捕捉再起动；滑差补偿；在电源消失或故障以后自动再起动功能；用于简单过程
