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1、消音金刚石锯片基体电阻点焊机自动控制系统1课题来源本课题来源为实际生产实践中，消音金刚石锯片基体电阻点焊机自动控制系统的设计。2研究的目的和意义在消音金刚石圆锯片的生产过程中，其基体的焊接水平是锯片质量保证的先决条件。普通焊接方法难以将三明治式结构的复合锯片基体可靠高效的焊接起来，现设计的焊接自动控制系统可以使其三合一，而且能使焊接部分与非焊接部分硬度均匀一致，而且全自动工作台的旋转和进退运用采用了步进电动机及驱动器控制，保证较高的定位精度，控制中心采用的PLC和触摸式液晶显示屏，可以实现平面复杂焊点的全自动焊接。在提高效率减少工人的劳动强度的同时，提高了复合消音金刚石锯片基体焊接的产品质量，
2、从而提高产品的经济效益，也使企业的技术和管理自动化水平提高。3国内外的研究现状和发展趋势电阻点焊是一种焊接质量，生产效率高，易于实现机械化、自动化的焊接方法，因此自19世纪末问世以来得到了迅速的发展，广泛应用于航空航天、汽车制造、轻工家电等行业。特别是近年来，随着汽车工业等现代化大批量生产企业的不断增加，电阻点焊方法在整个焊接领域中的比例也在增加，而且其应用领域也在不断扩大。我国电阻点焊行业经过40多年的发展壮大，目前已形成一批有一定规模的企业，可以基本满足国民经济的需求。随着我国改革开放和企业与产品结构改革的不断深化，原有的1500家电焊机专业和兼业制造厂、辅机具制造厂中， 停产、半停产、转
3、产以及资产重组的约占50%；一批电焊机制造的新兴企业“异军突起”，部分合资和民营企业的业绩尤为突出。目前，电焊机行业各类企业的总数仍保持在900家左右，其中：原机械部定点企业38家(含骨干企业2家，重点企业6家)，设有焊接设备专业的大专院校35个，与焊接设备有关的各部委和地方所属设计研究院（所）30余个，以及设有焊接专业的中等专业学校10余个。根据我国经济发展的总体趋势,今后几年内我国的年钢总产量及钢材进口量基本保持稳定,因而以钢产量来核算国内市场对电焊机产品的需求量不会有大的出入。单市场对产品的需求将随着焊接技术、工艺的发展和生产的机械化、自动化水平的提高而变化，特别是各类产品的构成比，如交
4、流弧焊机的比重明显下降，自动、半自动焊机，特别是CO2焊机，专用成套焊机的需求量有显著的增加。电焊机产品的进口量将持续增大，其进口总值仍占国内市场总额的50%左右；国产电焊机的出口额历年来都不超过生产总值的6%。随着新产品开发能力和生产水平的提高，引进产品国产化和规模化的实现，特别是外资、合资企业的发展和民营企业的迅速崛起，不仅其出口量会有较大的增长，而且出口的地域也由目前的中东、南亚和非洲等发展中国家，扩大到美国、欧洲等工业发达国家。随着科学技术的飞速发展，电焊机早已超越了原来的定义范围。时至今日，点焊机的门类是如此之多，相关技术又是如此繁荣，以至于世界没有任何一个厂家可以生产所有品种规格的
5、焊机和制造焊机所有的零部件。因此，一般企业仅生产集中结构相近的焊机，并非“大而全”“小而全“地什么零部件都作。特别是一些成套用的精密或大型机械部分，均由其他企业（有的甚至跨国）配套生产后总装而成。这种既有专业化分工，又有密切横向合作的方式，不但有利于节省有限的人力，物力、和资金，缩短交货周期，还有利于“扬长避短”、“精益求精”。因此，在行业中进行专业化分工与合作，对行业结构调整是十分必要的。对于控制中心的可编程控制器（PLC）和触摸式液晶显示屏来说，他们的应用也是非常的广泛。PLC的发展至今，已有30余年的历史，随着半导体技术、计算机技术和通信技术的发展，工业控制领域已有了翻天覆地的变化，PL
6、C亦在不断的发展变化之中，PLC正朝着新的技术发展。在制造工业(以改变几何形状和机械性能为特征)和过程工业(以物理变化和化学变化将原料转化成产品为特征)中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。随着电子技术和计算机技术的发生，PC的功能越来越强大，其概念和内涵也不断扩展。上世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为3040%。在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统
7、.近年，工业计算机技术(IPC)和现场总线技术(FCS)发展迅速，挤占了一部分PLC市场，PLC增长速度出现渐缓的趋势，但其在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。同样触摸式液晶显示屏也有着急速的发展，如工业上的触摸控制屏、手机触摸屏、ATM机等都应用到触摸式显示屏。触摸式显示屏能够提供触觉的触摸接口系统依赖于执行器产生触感。执行器和控制技术的发展使得目前的执行器能够支持各种从很小到很大的触摸面板和触摸屏上的触摸反馈，产品范围覆盖了从手机到宽屏触摸监视器等各种产品。目前国际市场上逐渐用复合消音锯片代替烧结锯片、激光锯片及普通金刚石锯片，根据市场调查，复合消音锯片基
8、体国际市场年需求量在447,美元以上，并逐年上升，由于欧美等国家生产成本较高，因此国外公司的基体主要从中国进口。国内近年来要求环保的呼声高涨，也逐步在向具有降噪功能的复合消音锯片过渡，国内市场逐渐增大。因而该项目产品市场前景十分广阔。目前正处于成长期。项目投产后，按年产3O万片的生产能力，产值将过5000万元，将实现利润800万元，同时将上交税收300万元。因此，使用研究开发的自动化点焊机，能够使得复合消音金刚石锯片基体的生产加工的质量和产量都得以提升，带来更多的经济效益。4 研究的主要内容及设计成果的应用价值本课题是以电阻点焊机的控制系统为对象，通过使用PLC和触摸式液晶显示屏来控制电阻点焊
9、机将三明治式结构的复合锯片基体可靠高效的焊接在一起，是其焊接部分和非焊接部分硬度均匀一致。自动化点焊机采用的现场总线技术(profibus-DP)，真正实现了集中管理，分散控制的目的。其主要构成有全自动工作台、控制中心以及相应的程序。其研究的只要内容包括一下几点：（1）现场总线技术管理系统中采用的全数字化通信模式的抗干扰能力强、测量控制精确度高，借助数字双向传输的特点和先进的设备管理软件，可实现参数远程给定，采集丰富的仪表信息，有利设备故障诊断，改善管理状况。（2）全自动工作台全自动工作台主要有旋转伺服机构、进给伺服机构和上升下降机构所组成。工作台的旋转和进退运动采用定位精度高的执行电动机及驱
10、动器控制，提高系统的抗干扰性，满足焊点分布的精确定位要求。（3）控制中心电阻点焊过程是个高度非线性、多参数耦合的过程， 焊接工艺参数是保证焊接质量的前提。然而在焊接过程中焊接质量会随着生产环境(电网电压波动、小边距、分流、装配问隙以及零件结合面洁净程度)的影响而变得不稳定， 特别是在多台焊接工作的环境下， 电网波动导致质量波动更加严重。随着传感器技术的发展， 对焊接状态参数的监控越来越容易并且更加精确， 因此在焊机上装配监测焊接电网电压、焊接电流、电极间压力、焊接热膨胀等传感器成为可能。焊接控制箱采用PLC控制器为核心， 用于控制整个焊接过程以及相关监控参数的采集； 另一方面实时采集反映焊点质
11、量的状态数据f即焊接电流、热膨胀位移、电极压力)并与上位机进行通信。、其控制中心采用可编程控制器(PLC)和触摸式液晶显示屏，完成工业生产过程的实时控制和生产过程数据信息和控制流程的实时显示，具有友好的人机界面、便于操作，可以实现平面复杂焊点的全自动焊接过程。其控制电气部分包括控制部分和驱动控制部分。可编程控制器PLC完成系统的控制部分输入输出，华中数控HSV一20D驱动器完成对伺服电机的驱动控制，利用继电器间接控制电磁阀即汽缸的工作。可编程控制器对驱动器提供直流电。（4）系统程序其系统控制程序包括主程序、运行程序初始化子程序、汽缸上升子程序、汽缸下降子程序、工件前进后退子程序、工件旋转子程序
12、、工件加工计算子程序和焊接子程序。使用研究与开发的自动化点焊机对复合消音金刚石锯片基体进行点焊后，与手工点焊相比其切割点焊的噪音小很多，自动化点焊的焊点小，熔核深度比较精确，焊接部分的硬度均匀，同时自动化点焊机可一人操作几台设备一起工作，极大的提高了人均产出量，降低了生产成本，大大节省了人工数量，而且便于管理。5工作的主要阶段、进度（1）2011年秋季学期第12周（2011年11月25日前）接受毕业设计任务书，学习毕业设计（论文）要求及有关规定。（2）2010年秋季学期第1318周阅读指定的参考资料及文献（包括5-10万个印刷符号外文资料），基本完成开题报告、外文翻译等任务。（3）2012年春
13、季学期第13周完成方案论证及总体设计（4）2012年春季学期第49周 完成个单元电路设计（5）2012年春季学期第10周提交毕业设计中期报告（6）2012年春季学期第1113周完成原理分析及相关计算（7）2012年春季学期第14周完成毕业设计（8）2011年春季学期第15周（5月26至27日）毕业答辩。6最终目标及完成时间 完成将三明治式结构的复合锯片基体可靠高效地焊接起来使焊接部分和非焊接部分硬度均匀一致的消音金刚石锯片基体电阻点焊机自动控制系统。 完成时间：2012年春季学期第14周。7现有条件及必须采取的措施现有的条件是可以在实验过程中利用学校的设备和实验教室以及相关的图文资料，同时在实
14、验的过程中必须注意要在经过计算和模拟，且在老师的批准后才可以进行实际的实验操作最大限度的保证人身安全，避免学校财务的损失。8协助单位及要解决的主要问题本课题的完成应解决单片机及其他设备的选择和使用，装置的体积以及成本，维修便捷，系统的稳定性、可操作性，应用程序的编写等技术问题，需得到三峡大学和黄敬尧老师的大力支持和帮助。参 考 文 献1 张进秋、陈永力、张中民 可编程控制器原理及应用实例 机械工业出版社.2004.12 李新、张文涛 可编程序控制器在机械手设计中的应用 山东煤炭科技.2002.53 周虹 气动与PLC技术相结合在机械手设计中的应用 液压与气动.2004.34 李春菊、王迎旭 普
15、通机械手PLC与触摸屏全自动控制设计 湖南工程学院学报.2004.35 王迎旭、李春菊、施晚蓉 触摸屏与PLC在全自动双面钻控制系统中的应用 湖南工程学院学报.2004.46 朱光力 三坐标气动机械手控制回路设计 机械设计与制造.2003.27 张万忠、刘明芹 电器与PLc控制技术M北京：化学工业出版社200398 李长龙阻尼降噪机理及消音金刚石锯片的研究D1河北工业大学20049 邹长俊WTO与中国圆锯片基体出口前景U石材10 董继成 用PLC控制生产线自动机械手 中国仪表厂.2004.211 求是科技.PLC应用开发技术与工程实践 人民邮电出版社.2005.112 刘连胜、王英东 PLC和触摸屏控制系统的应用 中国棉花加工.2002.413 蒋少英 PLC控制的机械手 微计算机信息2002.214 胡冰、吴升艳、岳春生 ADS7843触摸屏接口 解放军信息工程学院.2001.1215 Graphic operation terminals F940GOT.Operation manual,MITSUSHI ELECTRLC.