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1、 目录第一章 绪论 3第一节 本课题的研究目的意义 3第二节 本课题研究的基本内容 4第二章 CO保护焊接技术 4第一节 CO焊接的基本原理 4第二节 CO电弧焊接的优点 6 第三节 CO焊接参数的选择 6 第四节 CO焊接的起弧和收弧 8 第三章 旋压轮焊接机设计 10第一节 自动焊机的主要组成部分 10 第二节 控制对象 10第三节 电气控制方式的要求 11 第四节 自动焊机的控制流程 11 第四章 电气系统硬件设计 12第一节 气动回路的设计 12 第二节 步进电机和驱动器 14 一、步进电机 14 二、驱动器 15 第三节 断路器 17 第四节 开关电源 17 第五节 接近开关 18
2、第六节 压力开关 18第七节 热继电器 19第八节 电流传感器 19 第五章 PLC控制设计 19 第一节 选用可编程控制器的优点 20 第二节 PLC的整体结构和工作原理 20第三节 工作过程和控制原理 21 第四节 PLC的选型 23第六章 PLC编程 25 第一节 可编程控制器的编程语言 25 一、梯形图编程 25 二、指令语句编程 26 三、三菱FX1N系列PLC的编程元件及编号 27第二节 焊机软件设计 28 一、关于编程计算 28 二、梯形图 29第七章 结束语 31 第八章 致敬 32 第九章 参考文献 33 第一章 绪论第一节 本课题的研究目的及意义 在现代制造业中，焊接技术起
3、着十分重要的作用，无论是在钢铁、车辆、航空航天、石化设备、机床、桥梁等行业，还是在电机电器、微电子产品、家用电器等行业，焊接技术都是一种基本的、甚至是关键性或主导性的生产技术。近二十年来，随着数字化、自动化、计数机技术、机械设计技术的发展，以及人们对产品的质量要求的提高，焊接质量、美观度等得到了更大的重视。特别是在08年金融危机以后，随着我国劳动成本的增加，以及对工人的身体健康的重视和对提高生产效率的要求，所以，在现代工业生产中，越来越多的焊接生产过程中开始采用自动焊接专机。 自动焊接专机（Automatic welding Special equipment）是为特定的工件和一定形状的焊接接
4、头而专门设计的焊接自动化设备。可以通过电气控制，气动控制和液压控制技术，实现对电动机、气动执行元件、液压执行元件的旋转或移动，实现工件焊缝与焊枪的相对运动，从而自动完成焊接接头的焊接工作。以自动焊接专机为代表的自动控制焊接是一种高效焊接方法，由于整个焊接过程由焊接专机自动完成，工人只需装卸焊件（一些自动化高的自动焊接专机还有自动装卸功能），避免了人工焊接存在的焊接质量良莠不齐，焊接效率相对低下的问题。总所周知，焊接工种是有害工种，长期从事焊接工作对工人健康不利，而使用自动焊接专机能大大降低焊接工作对工人的影响，降低工人的劳动强度。基于以上优点，自动焊接专机获得较强的市场竞争能力，带来巨大的社会
5、效益和经济效益。由于现有某些零件加工企业中的自动焊接专机存在质量与效率问题，这些企业有改进意愿又缺少相应的设计指导理论，所以对其进行研究改进是非常有意义的。现有的部分自动焊接专业采用的电气控制方式与机械结构还有很大的改进空间，例如采用PLC（可编程控制器）等更加高级的电气控制方式，采用步进电机、脉冲编码器等能实现高精度控制的部件应该能大大提高焊接的质量与效率。这也是本课题的主要研究方向。第二节 本课题研究的基本内容本系统研究的主要内容：1) 设计电气硬件图；元器件布置图，接线图；控制流程图；2) PLC梯形图，软件设计；3）设计气压传动回路及控制流程；4）选择合适的电气元件； 第二章 CO保护
6、焊接技术第一节 CO焊接的基本原理 CO电弧焊接是利用CO作为保护气体的气体保护电弧焊。 CO电弧焊原理如图2-1所示，图中给出了CO焊接所需要的焊接设备和焊接材料。与其他的气体保护电弧焊一样，焊接设备主要由焊枪、送丝机构和平特性直流代能源组成。焊接材料主要由焊丝和CO气体组成。图2-1 CO气体保护电弧焊原理示意图 1-直流焊机 2-送丝机构3-焊枪 4-焊丝盘 5- CO气瓶 6-工件当焊丝与工件短路引燃电弧后，电弧几周围区域得到CO气体保护，避免了熔滴和熔池金属被空气氧化和氮化。同时，在电弧高温下CO气体发生分解： CO=CO+-Q 分解产物的体积比分解前增加了一半，这有利于增强保护效果
7、：另一方面，分解反应是吸热反应，对电弧产生强烈的冷却作用，引起弧柱收缩，使电弧热量集中，焊丝的熔化率高，母材的熔透度大，焊接速度快，能够显著的提高焊接效率。CO保护电弧时，根据焊丝直径和焊接参数的不同，溶滴过渡形式也不同。 （1）细丝（焊丝直径为1.2mm）一般以小电流、低电弧电压的短路过渡进行焊接。这时焊丝端部的溶滴以熔池短路接触的形式向熔池过渡。 （2）中丝（焊丝直径为1.6-2.4mm）大都采用较大电流和较高电压进行焊接，熔池过渡呈现细滴排斥过渡，甚至射滴过渡。这是一种自由过渡形式。 （3）粗丝（焊丝直径为2.4-5mm）常采用大电流和较低电压进行焊接。这时电弧基本上潜入熔池凹坑内，溶滴
8、呈射滴过渡，甚至射流过渡。第二节 CO电弧焊接的优点 由于采用CO作为焊接保护气体，该方法有以下优点： 1） 生产效率高和节省能量。由于该焊接电流密度较大，通常为100-300A/mm,因此，电弧能量集中，焊丝的熔化效率高，母材的熔透深度大，焊接速度快，电弧能量集中，焊丝的熔化效率较高，母材的熔透深度大，焊接速度快，同时，焊接后不需要清渣，是一种高效节能的焊接方法。生产率可比焊条电弧高1-3倍。 2） 焊接成本低。由于CO气体和焊丝价格便宜，对于焊前的准备要求不高，焊后清理和校正工时少：同时，避免了焊条电弧焊中频繁更换焊条的缺点。CO电弧焊接的成本只有焊条电弧焊的40%-50%。 3） 焊接变
9、形小。由于电弧热量集中，热输入低和CO气体具有较强的冷却作用，使焊接工件受热面积小，变形小。特别是焊接薄板时, CO焊接变形比其他焊接方法时的变形小。 4） 对油和锈的敏感性很低。 5） 由于保护气体的氧化性，焊缝中含氢量少，提高了焊接低合金高强度钢抗裂纹的能力。 6） 当CO电弧焊采用短路过渡形式时，可用于立焊、仰焊和全位置焊接。 7) 电弧可见性好有利于观察，使焊丝对准焊缝位置。尤其是在半自动焊时可以较容易地实现短焊缝和曲线焊缝工作。 8) 操作简单，容易掌握。第三节 CO焊接参数的选择 CO电弧焊主要用于焊接低碳钢及低合金钢等黑色金属。在电弧焊接时，由于熔池表面没有熔渣覆盖，CO气流又有
10、较强的冷却作用，因而熔池金属凝固的较快，但其中气体来不及逸出时，就容易在焊缝中产生气孔。 可能产生的气孔主要有3种：一氧化碳气孔、氢气孔、氮气孔。在我国普遍采用H08Mn2SiA焊丝来焊接低碳钢和低合金钢，此焊丝含碳量低，而且有足够的Mn和Si,出去脱氧作用外，剩余部分留在焊缝中，提高了焊缝的力学性能和抗裂性能。 工件壁厚小于3mm，属于薄壁板，焊丝直径1.2mm，一般以短路过渡进行焊接。其特点是电压低、电流小，适合于焊接薄板以及进行全位置焊接。焊接薄板时，生产效率高、变形小。而且操作上容易掌握，对焊工技术水平要求不高。此外由于焊接参数小，焊接过程光辐射、热辐射和烟尘辐射等都比较小。CO焊接薄板时，应保证焊缝成形和不烧穿。显然应减少焊接电流。为保证小电流的焊接稳定，往往采用细焊丝。在这种情况下，如果选用较高的电弧电压，必然获得大滴过渡，由于焊丝端头的大溶滴不断摇摆和电弧斑点的跳动，而使得电弧不稳定和引起焊缝成形不良。为克服这一现象，常对电弧电压降低。直到行程稳定的短路过渡。短路燃弧过程交替变换，燃弧阶段电弧热直接加热焊丝与母材，而短路阶段只在焊丝伸出部分因导电而产生电阻热。可见，在短路焊接过渡焊时，对母材及焊丝的加热过程都有周期性的特点。这就保证了薄板材料在燃弧电流时加热熔化，而在短路时熔池凝固，得到较小的熔深，有利于薄板焊接。表2-1是3种不同直径焊丝的短路过度焊接参数，此时
