CN111185661A - 一种基于plc的摩擦塞铆焊接*** - Google Patents

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陈树君
许少阳
陈树海
刘明宇
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Beijing University of Technology
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    • B21J15/02—Riveting procedures
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

本发明公开了一种基于PLC的摩擦塞铆焊接***，涉及焊接装备领域。该焊接***包括塞铆焊接机械装置、伺服驱动***、主控***以及人机交互界面四大模块。所述的塞铆焊接机械装置具有旋转和轴向两个自由度，所述的轴向自由度在焊接时提供向下的压力。所述的主控***不断采集焊接时位移量和压力值，以保证实时的对焊接过程进行控制。摩擦塞铆焊接***利用专用铆钉的高速旋转及一定压力穿透上板板料，穿透上板后停止下压，继续旋转产生热量并熔化基层板料，接着在压力的作用下，完成铆钉与基层板料的焊接。该焊接***不仅解决了超高强钢和铝合金的连接问题，而且对焊接时轴向位移做了双闭环控制，保证了焊接精度。

Description

一种基于PLC的摩擦塞铆焊接***
技术领域
本发明涉及焊接装备领域，具体涉及一种基于PLC的摩擦塞铆焊接***。
背景技术
随着制造业的发展，各个行业面临的竞争也越来越激烈。尤其是在汽车制造行业，节能减排成为共同追求的目标。车身轻量化是节能减排和燃油经济的重要途径，受到了汽车制造业的重视。综合考虑经济性、实用性以及轻量化的效果，选用多种材料混合车身成为实现轻量化的重要手段。其中，钢铝混合车身的发展已经成熟。众所周知，电阻点焊由于生产效率高、能耗低、易于实现自动化等优点，成为汽车行业常用的焊接方式，但是电阻点焊对于两种物理性能有巨大差异的材料，无法得到满意的性能。所以在焊接铝合金和钢时通常采用无铆焊接、自穿孔铆接以及旋转攻丝铆接等方式，但是对于超高强钢和热成型钢还是存在一定的问题。
发明内容
针对上述所存在的问题，本发明的目的是提供一种基于PLC的摩擦塞铆焊接***。该焊接***可以解决超高强度钢和铝合金的连接问题，并根据焊接工艺需求提供了一套控制***，提高了焊接精度。
为实现上述目的本发明采用的技术方案为一种基于PLC的摩擦塞铆焊接***，包括塞铆焊接机械装置、伺服驱动***、主控***以及人机交互界面四大模块，各个模块协调工作以完成焊接。
所述的塞铆焊接机械装置由行程电机、行星减速机、同步带轮、旋转电机、旋转轴、膜片联轴器、铆钉头、线性导轨、滚珠丝杆、轮辐式压力传感器、限位开关、接近开关、光栅尺组成。所述的行程电机、行星减速机、同步带轮、线性导轨、滚珠丝杆实现了设备的轴向运动。所述的光栅尺测量轴向位移，并反馈给伺服驱动***。所述的旋转电机、膜片联轴器、旋转轴实现了设备的旋转。
所述的伺服驱动***由伺服供电模块、双轴伺服驱动器组成。所述伺服供电模块由整流单元、逆变单元组成。伺服驱动器的数字量输入接口配置为可接入回零开关、正限位、反限位。通用反馈接口接入光栅尺差分输出信号，电机反馈接口接入伺服电机编码器输出信号。
所述的主控***由控制器、数字输入模块、数字输出模块、模拟量输入模块组成。主要采集焊接过程中压力信号以及位移信号，并发出运动指令。
所述的人机界面模块由直流24V供电电源和触摸屏组成。通过软件编程设计人机交互界面，供焊接时设置工艺参数，观察焊接时运动状态以及压力实时波形。
由于采用了上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
本发明为一种基于PLC的摩擦塞铆焊接***，实现了超高强钢和铝合金的焊接，采用光栅尺和伺服***，实现了双闭环控制，保证了焊接精度。
附图说明
图1为本焊接***中塞铆焊接机械装置整体结构示意图
图2为本焊接***中焊接机械装置整体结构示意图
图3为图1中旋转轴剖视图
图4为本焊接***整体构成示意图
图中：1、旋转电机，2、膜片联轴器，3、旋转轴，4、铆钉头，5、轮辐式压力传感器，6、光栅尺，7、线性导轨，8、滚珠丝杠，9、上限位开关，10、下限位开关，11、机架，12、同步带轮，13行星减速机，14、行程电机。
具体实施方式
下面根据附图对本发明的实施例进一步详述：
图1、图2是塞铆焊接机械装置整体结构示意图，塞铆焊接机械装置包括旋转电机1、膜片联轴器2、旋转轴3、铆钉头4、轮辐式压力传感器5、光栅尺6、线性导轨7、滚珠丝杠8、上限位开关9、下限位开关10、机架11、同步带轮12、行星减速机13、行程电机14。旋转电机1固定于机架11，通过膜片联轴器2将旋转轴3与旋转电机1连接起来，以实现设备的旋转运动。行程电机14与行星减速机13相连，通过同步带轮12带动滚珠丝杠8的旋转，以实现设备的轴向运动。铆钉头4位于旋转轴3的下方，轮辐式压力传感器5位于铆钉头4的正下方，用于检测焊接时的压力。光栅尺6固定于机架11上，测量焊接时的位移，保证焊接精度。线性导轨7位于机架11上，上限位开关9和下限位开关10分别位于线性导轨7的上端部和下端部，用来防止过冲带来对设备的损坏。
图3为图1中旋转轴剖视图，其主要包括止推轴承、旋转轴和旋转轴轴套。旋转轴轴套固定在机架11上，旋转轴位于轴套内部，止推轴承位于旋转轴两端。
图4为本焊接***整体构成示意图，其中包括人机界面、控制器、伺服驱动器、焊接机械装置。人机界面和伺服驱动***都是通过以太网协议与控制器进行通讯。伺服驱动器与焊接机械装置通过电机专用线缆进行连接，伺服驱动器接收电机编码器的反馈信号，但是此反馈方式属于半闭环反馈。故加入了光栅尺来测焊接位移，属于全闭环反馈。

Claims (5)

1.一种基于PLC的摩擦塞铆焊接***，其特征在于，包括塞铆焊接机械装置、伺服驱动***、主控***以及人机交互界面四大模块，各个模块协调工作以完成焊接；所述的人机交互界面、伺服焊接***以及主控***都是通过以太网协议进行通讯；所述的人机交互界面主要负责设置焊接工艺参数，并显示实时焊接状态；所述的主控***负责读取人机交互界面设置的焊接参数，并转化为运动指令发送给伺服驱动***；所述的伺服驱动***通过专用电机线缆与焊接机械装置进行连接，驱动位于焊接机械装置上的伺服电机；所述的塞铆焊接机械装置通过伺服电机带动旋转以及轴向运动，来进行焊接。
2.根据权利要求1所述的塞铆焊接机械装置，其特征在于，机械装置由行程电机、行星减速机、同步带轮、旋转电机、旋转轴、膜片联轴器、铆钉头、线性导轨、滚珠丝杆、轮辐式压力传感器、限位开关、接近开关、光栅尺组成；所述的行程电机、行星减速机、同步带轮、线性导轨、滚珠丝杆实现了设备的轴向运动；所述的旋转电机、膜片联轴器、旋转轴实现了设备的旋转；该装置利用专用铆钉的高速旋转及一定压力穿透上板板料，穿透上板后停止下压，继续旋转产生热量并熔化基层板料，接着在压力的作用下，完成铆钉与基层板料的焊接。
3.根据权利要求1所述的伺服驱动***，其特征在于，伺服驱动***由伺服供电模块、双轴伺服驱动器组成；所述伺服供电模块由整流单元、逆变单元组成；伺服驱动器的数字量输入接口配置为可接入回零开关、正限位、反限位；通用反馈接口接入光栅尺差分输出信号，电机反馈接口接入伺服电机编码器输出信号。
4.根据权利要求1所述的主控***，其特征在于，主控***由控制器、数字输入模块、数字输出模块、模拟量输入模块组成；主要采集焊接过程中压力信号以及位移信号，并发出运动指令。
5.根据权利要求1所述的人机界面模块，其特征在于，人机界面模块由直流24V供电电源和触摸屏组成；通过软件编程设计人机交互界面，供焊接时设置工艺参数，观察焊接时运动状态以及压力实时波形。
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