伺服焊枪点焊PLC控制系统设计

0 序言

　　电阻点焊(RsW)目前已被广泛应用于轿车白车身装配工艺中，它是复杂的电、热、力等因素综合作用的结果。影响点焊质量的因素很多，最主要的因素有焊接电流、焊接时间、电极力等u’2J。焊接电流和时间多是由焊接控制器来调节，通常是采用恒流控制法。

　　电极力在传统的气动焊枪中是由气缸来控制的，由于气压系统所固有的缺陷，无法保证电极力的稳定性;新型的伺服焊枪采用交流伺服电机来控制，电极速度、位置、压力都可以准确地进行控制，因此伺服焊枪可以有效地控制电极力，提高焊点质量同时由于焊接时电极与工件的弹性接触，伺服焊枪能够明显提高电极寿命。

　　目前国外一些汽车制造厂商如丰田、本田公司已经将伺服焊枪用于生产线上进行车身点焊装配。伺服焊枪在车身生产线应用时，被集成在专门的焊接机器人上，由机器人驱动。焊枪上的伺服电机被当作焊接机器人的附加轴，由机器人控制器中专门的伺服单元来控制，机器人控制器上安装点焊软件包，能够实现焊枪定位、与工件软接触、预压、焊接、保压以及电极轴向磨损检测和补偿等功能。随着伺服焊枪成本日趋降低，其必将成为今后车身装配线上最重要的连接设备。

1 伺服点焊PLC控制系统硬件

　　试验系统采用PLC控制器来控制伺服焊枪单一轴，以实现整个点焊过程m。伺服焊枪点焊控制系统主要由伺服焊枪、PM控制系统、焊接控制器等设备组成，它们之间的集成如图1所示。

图1伺服点焊系统集成

　　1.1伺服焊枪

　　伺服焊枪主要由焊接变压器、欧姆龙公司交流伺服电机R88M—w1邸(额定功率1.3 kw，通过电源和伺服编码器电缆与伺服驱动器连接)、滚珠丝杠、上下电极组成。伺服电机使用同步齿形带来带动丝杠旋转，控制实现电极的进给，电机的旋转量和旋转速度决定了电极的进给量和进给速度。

　　1.2 PLc控制系统

　　P比控制系统是整个伺服点焊系统的核心，控制点焊的全过程。主要由PLC主机模块CslH—CPU.65H、4路模拟量I，O模块MAD44、四轴运动控制模块Mc42l和交流伺服驱动器R88D—wTl5H(额定输出功率1.5 kW，与焊枪上的伺服电机相匹配)组成。PLC主机控制整个焊接过程的时序，I/O模块完成与外围设备的信息交互，包括压力传感器信号和焊接完毕信号的输入，焊接程序选通信号的输出等，运动控制器存储编译好的G代码程序并转换成电机插补运动的脉冲信号，伺服驱动器则将运动控制器输出的脉冲信号放大，驱动电机旋转来控制电极进给。

　　1.3焊接控制器

　　焊接控制器采用日本小原公司的焊接控制器I'25，其内部集成了恒流控制模块，当焊接过程中实际电流发生偏差时，控制器会自动调整可控硅触发角，保持焊接电流稳定。此外，焊接控制器还提供了一些常用的外部接口，如焊接允许信号、程序选通信号的输入、焊接保持结束信号的输出等。

2 控制方案设计

　　伺服焊枪一个特有的优势在于它具有压力环控制的同时还具有位置环控制。这样，当工件接触面变形严重以致施加额定焊接压力也无法很好的贴合时，电极的位置环便能保证使工件贴合紧密，减少和抑制焊接过程中的飞溅。

　　2.1 电极位置和速度控制

　　交流伺服电机的旋转量和旋转速度是由输人伺服电机的脉冲数以及脉冲频率来决定的。控制系统中，运动控制器提供了一个通用G代码编程接口，上位机使用cx—M砸0n软件来进行G代码程序的编写、编译和传输，PLC则通过调用G代码程序来控制伺服电机旋转量和旋转速度。

　　经试验标定，在伺服电机带动下电极的进给速度为每脉冲2.5胛，当处于电机原点时，上下电极间的距离为100 r姗，试验中焊接工件为2块l姗厚45号热镀锌低碳钢板。因此设定快速接近工件的子程序P00l如下，使用绝对坐标系。

　　G90

　　G0l X39000 f30000

　　G90表示绝对坐标系，G01表示直线插补，X39000表示x轴方向进给的脉冲数为39 000， F30000表示脉冲频率为30000 m。该子程序的执行时间为39 000，30 000=1.3 s，运行完毕后，运动控制模块输出39 000个脉冲信号，电极向下进给量为39 000×2.5，l 000=97.5 I姗，进给速度为9r7.5，1.3=75 rnlIl，s，执行完毕后，上电极快速接近到工件上表面。