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

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陈树君
许少阳
陈树海
刘明宇
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    • B21J15/02—Riveting procedures
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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

本发明公开了一种基于PLC的摩擦塞铆焊接系统，涉及焊接装备领域。该焊接系统包括塞铆焊接机械装置、伺服驱动系统、主控系统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。所述的主控系统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。摩擦塞铆焊接系统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。该焊接系统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的摩擦塞铆焊接系统
技术领域
本发明涉及焊接装备领域，具体涉及一种基于PLC的摩擦塞铆焊接系统。
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的摩擦塞铆焊接系统。该焊接系统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系统，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的摩擦塞铆焊接系统，包括塞铆焊接机械装置、伺服驱动系统、主控系统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，并反馈给伺服驱动系统。所述的旋转电机、膜片联轴器、旋转轴实现了设备的旋转。
所述的伺服驱动系统由伺服供电模块、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。
所述的主控系统由控制器、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的摩擦塞铆焊接系统，实现了超高强钢和铝合金的焊接，采用光栅尺和伺服系统，实现了双闭环控制，保证了焊接精度。
附图说明
图1为本焊接系统中塞铆焊接机械装置整体结构示意图
图2为本焊接系统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为本焊接系统整体构成示意图
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为本焊接系统整体构成示意图，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系统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的摩擦塞铆焊接系统，其特征在于，包括塞铆焊接机械装置、伺服驱动系统、主控系统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、伺服焊接系统以及主控系统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；所述的主控系统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系统；所述的伺服驱动系统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所述的伺服驱动系统，其特征在于，伺服驱动系统由伺服供电模块、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所述的主控系统，其特征在于，主控系统由控制器、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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