《基于西门子PLC的一种高空作业吊篮焊接工装控制系统设计》13000字

第一章绪论1.1研究背景及意义伴随着我国建筑业的快速发展，各式各样的高层建筑在我们身边随处可见，外墙涂料、装饰装修、物业管理清洗等高空作业所需要的吊篮已被广大用户使用，传统的用脚手架和大绳高空作业已被吊篮所代替，节约时间、节省费用并且移动方便安全，大大降低工人的劳动强度。如今机械制造业发展极好，焊接技术的水平也随着提高了很多。其在各类产品的生产中被广泛应用，合理的设计工装夹具对提高工作效率和产品的合格率有特别重要的作用。1.2国内外研究现状近年来，国外在焊接工装的研究方面处于世界领先水平。他们已经在住宅建筑、桥梁、救援等诸多领域设计研究出吊篮工装夹具。国内在焊接工装的研究方面发展迅猛。目前，我国对于吊篮焊接工装的要求越来越高，确保焊接工艺、保证焊接精度、提高生产效率、降低生产成本的等方面都被考虑进吊篮焊接工装的设计当中。吊篮无论是在高层建筑救援现场还是在救援现场都表现出极大的优势，这不仅对工作人员的安全有很大的保护作用，而且对提高工作效率效果显著。因此吊篮焊接工装夹具的设计也显得尤为重要。1.3应用价值及应用前景应用焊接夹具，不仅可以极大的提高产品的合格率，而且大大提高了产品的精度和使用寿命。与此同时也是对劳动力的一种解脱，相关工作人员的生命安全就得到了保障。另外，使用焊接夹具，可以节约产品生产资金的投入，使企业在行业发展中获得更好的收益[1]。焊接机器人在机械设备生产过程中的应用是特别重要的，焊接机器人的应用使人工的高强度焊接作业大大降低，有力地促进了焊接技术的快速发展。因此，吊篮工装夹具的合理设计对于实现自动化焊接和提高生产效率有重大意义。

第2章整体方案设计2.1焊接工装项目整体设计思路本项目主要是对吊篮焊接项目的机械部分进行设计其次是对其控制系统进行设计，本设计对吊篮焊接的工装夹具和变位机以及焊接机器人进行设计时，是根据产品选择合适的焊接机器人，然后依据吊篮的尺寸和外形对工装夹具进行设计，然后根据要求选择合适的变位来实现工装夹具翻转。夹具主要是来完成吊篮零部件定位和夹紧的，最后通过外部控制台来实现变位机翻转和焊接机器人的焊接工作，完成整个吊篮焊接的工作任务。为了确保整个系统在运行中不出现问题，本设计对整个系统做出如下的要求：（1）电气设备足够安全，各接线紧固无脱落现象，各指示灯按对应工作状态显示，控制系统正常运行。（2）吊篮各部件定位精准且夹紧牢固，夹具无破损、变形等现象。（3）外观质量：a.工作平台平整、无凹陷、锈蚀等问题;b.各设备外观涂漆或喷塑坚固，不应有划伤、破损及其他外观损伤的问题。2.2焊接工装项目整体设计整个系统分为：机械系统和控制系统。机械系统分为：（1）变位机构（H形翻转焊接变位机本体、变位机控制柜）（2）工装夹具机构（气动、电控、机械工装夹具）（3）焊接机构（6轴机器人本体、焊机电源、焊炬、送丝机、焊丝、机器人控制柜、示教器、稳压器、机器人通讯线）（4）安全系统（安全栅栏、报警系统、防碰撞系统）控制系统分为：（1）人机交互系统（西门子触摸屏、外部控制按钮台）（2）系统控制柜（西门子PLC、跟踪模块、防碰撞模块、气体过滤控制模块、380V电源、220V电源、24V电源、控制柜专用空调）本设计中焊接为了更好的配合变位机，所以焊接机器人采用座装的方式进行安装。将机器人稳压器和机器人控制柜全部放入系统控制柜中，使用系统控制柜提供的电源为稳压器和机器人供电（使其受空调作用，防止温度过高）。机器人应与变位机的安装位置要合理配合，变位机应在机器人工作范围内；工装夹具采用气动手动一体夹具，通过PLC的电信号对电磁阀夹紧松开进行控制，工装夹具安装在变位机的工位上。焊机和变位机控制柜摆放在系统控制柜旁边，方便操作，系统控制柜为其提供电源。西门子触摸屏安装在系统控制柜的柜子门上，方便使用和查看系统信息，外部控制台采用远程遥控操作，省去了繁琐的线路传输，并且可以根据现场实际情况随意摆放位置。系统控制柜中含有一整套报警系统，其中包括本项目的各个设备部分，报警信息可以通过显示屏直观地显示出来，并且当出现报警时还会伴有蜂鸣器报警和报警灯颜色变化（由绿色变为红色）。焊枪上有防碰撞模块，发生碰撞之后，所有设备会立即停止，防止发生更为严重的事故。跟踪控制模块会依据工件表面形状，自动调整焊枪与工件之间的距离，使其完成更好的焊接。并且在本项目设备外围适当距离安装安全栅栏，防止工作期间有人误进发生事故。满足人的使用安全且方便的设计。2.2.1焊接工装项目机械系统设计机械系统分为：变位、夹具机构。吊篮焊接原理图如图2.1所示图2.1吊篮焊接原理图图2.1吊篮焊接原理图

2.2.2焊接工装项目控制系统设计吊篮焊接工装设计需要满足焊接工作中半自动化或尽可能多自动化。在工装夹具中的自动控制部分主要使用气动控制，气动元件更容易进行远程操作和控制，从而气动系统在许多自动化生产中被广泛使用。在焊接过程中，旋转是由电动机来实现的，它具有操作比电动机控制简单的优点，因此可以大大减少辅助机构的设计（与电机控制控制相比）。此外，焊接速度由轴上的电机来调节，整个机电配合的整体作业过程如下：（1）接通电源,电机复位.（2）按下“工作”按钮,电机正转,焊接完成后再次旋转。（5）然后根据设定的电机旋转圈数来装配，可以焊接不同的部位。（6）电机停止完成焊接任务。本设计中的变位机、焊接机器人和工装夹具及安全系统主要是通过PLC来实现控制。本设计通过局域网实现电脑和PLC的连接将程序传输到PLC中，然后可以准备焊接工作。将吊篮的各部件安装到夹具体上通过PLC控制夹具夹紧，当夹紧完毕后有信号反馈，通过PLC控制变位机进行翻装及焊接机器人检测焊缝进行焊接任务。在焊接工作期间变位机和焊接机器人通过PLC控制相互配合，变位机通过翻装变动位置，焊接机器人不断改变工作轨迹，相互配合着完成焊接工作。同时，可以根据工装后的吊篮来调用程序，人机交互界面有着信息的传输和显示控制系统。如图2.2所示。图图2.2控制系统框图焊接机器人工装夹具安全系统变位机人机交互界面PLC

第3章焊接工装硬件设计3.1吊篮变形分析3.1.1变形分析（1）主臂上拱度F：主臂上的上拱度不能超过S/10，双臂桥架主臂跨中上拱度为(0.9~1.4)S。应该在温度适宜的情况下用标杆尺和经纬仪测量上拱度。（S为主臂跨度）（2）用钢直尺、等高块等工具测量主臂水平旁弯F1，弯值应小于或等于0.5S‰且当S小于或等于19.5m时，旁弯值小于或等于5mm；当S大于19.5m时，旁弯值应小于或等于8mm。（3）使用钢直尺和线锤测量主臂腹板的垂直度h小于或等于H/200（H为腹板垂直高度），在大筋板处测量。3.1.2工艺分析（1）观察臂断面，在中心轴线的左右其形状和焊缝分布区别不大，因此焊接后一般就不会出现旁弯。（2）在角缝焊接中会产生波浪变形，主要是因为腹板中间部位会产生残余应力，与筋板接连出的角焊缝会出现角变形，随之波浪变形也就出现了。3.2吊篮焊接变形的控制3.2.1组焊顺序（1）分别定位夹紧各盖板和腹板。各个板件间定位夹紧后形成的焊缝应该错开200mm以上，并且在长度的这个方向上要预留出焊接的收缩余量。为保证前面提到的上挠度，也应该提前留出上挠度，腹板跨中预制上拱度为跨度的1.6‰，上挠度应该为圆滑的抛物线形态。用高温加热来得到上饶度不可取，加热后会产生比较大的残余应力，因为在工作过程中，应力松弛、下降，上挠也会消失。（2）在组焊吊篮各部件时，焊接的顺序应该是由内而外施焊来获得所需要的旁弯。这种装焊方式，使可能造成下挠的部件的焊缝先行施焊，从而焊接变形存在极少，而不会产生挠曲。3.3焊接机器人系统设计3.3.1焊接机器人的选型按着吊篮焊接项目的需求，为了更好地配合变位机进行焊接，综合焊接实际情况。此项目选用川崎品牌型号为RS020N的焊接机器人进行焊接工作。此焊接机器人应采用座装的方式进行安装。此机器人为实用的6轴焊接机器人，并且此机器人具有一定的负载能力，因为机器人手臂前端需要安装焊枪。并且在焊接机器人的前端有传感器，此传感器主要是识别焊缝使机器人有更精确的运动轨迹。此传感器对吊篮的焊接精度起着决定性作用。此焊接机器人通过对垂直关节结构的优化，使机器结构简单紧凑，前端6轴的有效负荷为20公斤，手臂1.8米，设计精细，安装便捷且灵活，使用总线结构便于应用的扩展，定位中精度高，可应用于切割、焊接、码垛、运输、装卸等领域。此款机器人可以很好地满足本项目的焊接需求，此款机器人的性能指标参数如下表3.1：表3.1性能指标参数结构垂直多关节形（6自由度）单轴最大动作范围轴1(回旋)340°轴2（上臂）260°轴3（下臂）283°轴4（手腕回旋）400°轴5（手腕摆动）280°轴6（手腕回转）540°单轴最大运动速度轴1195°/s轴2175°/s轴3180°/s轴4360°/s轴5360°/s轴6550°/s外侧最大工作半径1811mm内侧最小工作半径317mm重复定位精度±0.08mm负载质量轴6最大载荷20kg重量250kg安装方式直立/悬挂3.3.2焊接机器人基座的设计焊接机器人选型完成后，根据设计需求需要设计一个基座，此基座主要是为了提高焊接机器人本体的稳定性，来进一步提高焊接精度。同时还便于后期位置改变。1、基座材料的选择因为碳素钢相比于其他材料有很好的韧性，抗冲压能力强，在机械设备制造行业广泛应用，普遍作为垫板、角钢等使用，因此选取Q235A作为焊接机基座的材料。2、基座结构的设计基座有支撑各个零部件和使各部件准确连接起来的作用，最重要的是确保焊接过程的稳定性和流畅性。基座各部件通过螺栓进行固定和连接，固定驱动轴和从动轴。3.3.3焊接机器人控制系统设计除了一体化示教外，可以用AS语言来示教编程的特用I/0信号。通过使用此种方式，特用I/O信号有更大的应用范围并有多种使用方法。下表3.2的指令用来控制通用I/0信号。表3.2指令功能指令功能输出信号控制SIGNAL开/关通用输出信号(逐个)BITS开/关通用输出信号(成组)RESET关断通用输出信号(作用于所有信号)RUNMASK控制机器人停止时的通用输出信号PULSE脉冲输出通用输出信号DLYSIG延迟输出通用输出信号输入信号控制SWAIT等待到通用输入信号的条件满足为止SIG()判断通用输入信号的条件是否满足BITS()按指定的参数，读取通用输入信号ON/ONI一旦收到通用输入信号，中断程序执行3.4焊接系统设计3.4.1焊接分类自动化焊接有助于提高装配焊接的质量，并能提高焊接的工作效率。其不仅有本体焊机还有电源和控制箱等辅助设备。焊接机械装备中的焊接工装夹具是各类夹具，焊接变位机械是各种翻转、回转机构，焊件输送机械是各零部件所用的上下料机构，其他从属装置包括电源和具有清洁功能的等设备在此焊接项目中采用二氧化碳气体保护焊接，焊接系统主要是由电源、清枪站、焊炬、送丝机、送丝管、焊丝等组成。二氧化碳气体保护焊接有焊缝质量高、熔深比大、变形小、焊点无污染等多种优点。焊接电源要与机器人控制柜进行通信，这样才能受机器人控制，需要使用通讯线来进行信号的传输。通讯插头要连接24V电源、GND，以及起弧、收弧、电压、电流指令、保护气体电磁阀、送丝机电源等信号。3.4.2焊接电源综合实际焊接考虑，本项目采用麦格米特全数字IGBT逆变焊接电源,高速焊接电路控制,电弧更加稳定，飞溅更低，更适合高速焊接。本焊机的工作参数如下表3.3：表3.3麦格米特全数字IGBT逆变焊接电源工作参数额定电压/频率三相无中线，380V50Hz允许电压工作范围电压285V~475V电压失衡率<土5%频率30~80Hz输入静态耐压线电压520VAC不损坏输入功率因数(额定状态)0.93额定空载电压71v气保焊额定输出电流/电压50A/16.5V~500A/39v输出额定负载持续率环境温度40℃时500A100%额定输出电压变化率<士5%(冷热态以及输入电压土10%波动该焊接电源有丰富的焊接数据库，可完成碳钢、镀锌板、铝合金等材料的焊接工作，在社会中各个领域得到了普遍的应用。采用数字编码器反馈，送丝力强劲,抗干扰能力强，送丝精确。操作简单方便，采用一元化调节，操作简单，全数字高速逆变控制，快速调节电弧电压，焊接过程在较大的电弧电压下稳定，且能适应不同的焊接，便可以很好的完成本焊接项目的工作。3.4.3清枪站清枪站简单的说就是焊接清枪器，是众多辅助设备中不可缺少的一个设备。清枪站主要有剪丝、清理飞溅、喷射防飞溅油三个动作，同时还有保护焊枪喷管、导电嘴的功能。此项目采用感应式全自动反馈控制，清枪站独立于机器人工作并且简单便于调试，清枪站的安装位置的要求低并且特别容易与焊枪配合，在工作时喷嘴只需要进行一次调节，极大的简化了工作程序，提高了工作效率。清枪站主要有以下作用：（1）清枪站的主要作用就是清洁机器人焊接中产生的飞溅杂物，避免造成堵塞，提高焊接质量。（2）清除工作过程中产生的灰尘；（3）清枪站的自动清洗可以减少工作人员的工作量并保证其人身安全；（4）清枪站比人工清理更快捷、更准时，可以提高工作效率并且降低生产成本；3.5变位机系统设计焊接变位机是焊接工装系统中必不可少的一部分，变位机的选择和设计直接关系着焊接工作完成与否，只有选择的变位机并做出合理的结构设计，然后将变位机与机器人建立联系，才能更好的完成焊接工作。3.5.1变位机结构设计对变位机提出的要求是:（1）焊接机器人在焊接过程中吊篮的各个部件间避免相互遮挡，影响焊接正常进行；（2）焊接机器人焊接轨迹能与各部件间的焊缝一直，保证焊接的质量;（3）工件装卸要便捷、保证人员工作中的安全;根据以上要求本设计选用了H形翻转焊接变位机，此变位机主要由变位机本体、安装夹具的底座和翻转机构以及内部的电气部分组成。如图3.1所示。图3.1图3.1焊接变位机变位机底座有足够的强度和强度来支撑翻转机构，翻转机构将工件的任意焊缝调到正确位置进行焊接，使其在最适合的作业高度上安装工件，提高工作效率同时确保焊接的质量和安全。3.5.2变位机控制设计此项目变位机与机器人要实现信号传输，所以要利用PLC来进行信号的转换和传输，变位机的控制系统选用西门子smart-200PLC作为变位机的控制器。此项目要实现尽可能自动化焊接，如此焊接机器人需要和我们的系统控制柜进行通讯，需要将指令输入到系统控制柜的PLC中，然后经过PLC进行输出，来实现焊接机器人的控制。当上件完毕之后，点击控制台上的夹紧按钮，PLC接收到信号后，便会有匹配的信号输出，来驱动电磁阀使变位机上的夹具夹紧工件。通过PLC的逻辑控制，如果不点击夹紧按钮，变位机是不会进行翻转的，同理变位机翻转完毕的信号无法传输到机器人，所以也不会执行焊接的程序。这样可以防止在生产过程中出现操作失误，导致焊接工作中出现事故，发生危险。夹紧工件之后便旋转到焊接角度（示教编程时已经确定好角度），此时PLC便会发出指令控制焊接机器人移动到对应工位，机器人便执行程序，进行焊接。如果变位机没有夹紧工件或者没有翻转到焊接位置，机器人是不会进行动作的，当机器人抵达焊接位置之后，外部控制信号会收到机器人输出的开始焊接指令，控制焊接电源输出电流电压，打开跟踪，送丝机进行送丝，保护气体也会相应打开。3.6工装夹具系统设计焊接工装夹具主要是把焊接零部件进行定位和夹紧完成装配任务，然后在此基础上进行焊接的设备。在焊接工作中分别有装配和焊接两个步骤，因为这两个过程便有了两种操作顺序，一个是先装配后焊接；另一个是边装配边焊接。焊接夹具的特点与装配和焊接的方式有关，主要有如下特点：（1）大部分焊接工作都是对各个零部件进行焊接，焊接工作都是在一定的操作工序下进行的，因此在装配中定位和夹紧可以一步到位，也可以分部进行。（2）焊接工序中因为高温会有热胀冷缩造成工件伸展或缩短，因此做了用工装夹具施加刚性加固或反向变形的措施来减轻变形。同时为了减少焊接所产生的应力带来的影响，个别零件需要向某个方向自由的变形。因此，焊接工装对零件并不是全部进行刚性紧固。（3）焊接工装夹具在完成焊接后工件尺寸和重量有所增加，在夹具上卸载的难度较大。在焊接工作中，焊接件种类多，产品要求不同，所以焊接工装也需要进行不断的调整。为了焊接快速高效、安全可靠、高质量的完成所以需要提前对焊接工装进行归类并选择出合适的焊接工装方式。自动化焊接装夹工装设计制作时，要在满足安全性、实用性等各项要求的前提下进行合理设计。工装基体主要由底板、支撑装置、定位装置和夹紧装置等构成，如图3.2所示。各部分之间的相互建立连接，利用螺栓、销等定位。支撑、定位、夹紧装置根据焊接工件的形状及尺寸进行结合定位。图3.2工装夹具图3.2工装夹具工装夹具的组成主要是安装在变位机工作台上的工装基体和工装基体上的支撑装置以及在支撑装置上的定位装置和夹紧装置。在对支撑、定位、夹紧等装置进行设计时，要装配和焊接作业可正常进行情况下，依据需要生产的产品最大或最小规格进行设计并且可以进行简单的调整，还要在一定范围内可以有尺寸的改变[8]。3.6.1定位及夹紧装置设计设计定位夹紧装置就要考虑到工件的自由度，在空间坐标系下x、y、z三个轴来考虑自由度，三个方向上分别有一个自由度，在每个方向上都有一个围绕自身旋转的自由度，因此总共有六个自由度。在设计定位夹紧装置时就需要限制这六个自由度来保证焊接产品的质量。定位装置设计制作：吊篮定位设计可以用各种定位销和U形定位压紧机构及压紧限位挡块来完成定位和夹紧的设计要求。U形定位夹紧机构如图3.3所示。此机构经常用于方形工件的定位支撑，U形块的U形槽直接与方形工件接触来完成定位和夹紧。图3.3图3.3U形定位夹紧机构定位有定位销和定位面两种，圆形和菱形定位销分别起到定位基准和防止工件旋转的作用;定位面一般为支撑面，支撑面有相应得夹紧装置进行固定，使焊接产品在焊接过程中不会移动。其中吊篮的定位装置与夹紧装置设计为一体。夹紧位置必须靠近焊接部位且可以进行支撑。在装配工装中，工件在没有支撑的情况下是不能完成夹紧的，当工件在工装夹具上没有合适的支撑位置时而且需要进行夹紧就使用限位挡块完成夹紧要求。就可以避免由夹紧引起的部件变形，影响产品的焊接质量。压紧装置用机械螺丝的方式。吊篮夹紧装置主要采用自动夹紧气缸，U形支撑。夹紧装置与定位装置设计成一个整体并且在定位装置与支撑装置支撑面之间位置改变时而进行改变。通过比较气压传动、液压传动、电力传动三个后，夹紧装置选用气压传动，变位机选用液压传动变位机。将气压传动作为夹具动力的主要原因如下：（1）气压传动的动作反应快，几乎不存在滞后现象。（2）气体介质输送便捷，即使泄露空气对环境没有任何污染，符合节能环保的标准。（3）气体在传输过程中摩擦阻力小，能量损失少，更加节能。（4）气体在运输过程中便于储存，并且便于实现过载保护。（5）夹具在对工件进行夹紧时，不需要特别大的动力，气压传动产生的动能足以夹具使用。将液压传动作为变位机动力的主要原因如下：（1）当出现过载工况时更有利于对变位机进行保护。（2）液体在流量上容易控制，可以进行无级调速。（3）液压传动的动力相对较大，符合变位机的工作状况。（4）液压传动的技术相对成熟，在应用过程中出现问题的可能性更小。3.7安全系统设计安全系统的设计对生产安全极其重要，安全是生产的前提。由于我们在焊接中存在高温、电等危险源。因此在此项目中设计到安全系统，来保证生产人员安全生产。本项目在整个焊接系统的工作区外围设置了安全护栏，主要时防止无关人员进入或者焊接机器人失控越出工作区，防止焊接时电火花飞溅造成人员的烫伤，保证相关工作人员的人身安全。在焊接机器人的内部装有防碰撞模块，此模块主要是通过PLC内部的程序完成，当机器人在工作中发生手臂误碰撞，传感器接收到信号会反馈到PLC中，然后机器人会立即停止工作。在对系统设计时还进行了报警模块设计，此模块主要通过指示灯、蜂鸣器以及触摸屏来进行反馈，当焊接工作中任何一个环节出现问题都会通过PLC反馈到各个报警设备中，报警指示灯由正常工作时的绿色变为红色，蜂鸣器报警并伴随红色报警灯闪烁，触摸屏上显示报警信息，与此同时焊接工作立即停止。3.8人机交互设计人机交互模块可以使工作中对其机器的操作更加直接便捷，通过人机交互界面直接对整个焊接系统进行控制。此项目人机交互系统主要分为触摸显示屏、无线操作台两个部分。此项目人机交互界面采用的是德国西门子SMARTLINE系列触摸屏。其操作直观便捷且系统稳定。触摸屏可以显示监控画面、报警信息、I/O信号等并且可以在操作界面进行操作。监控界面：监控界面上可以实时显示机器人状态、焊机状态、防碰撞状态、工作温度等信息。如果有报警产生，监控界面会立即显示出报警信息，即出现问题的模块，便于查看和生产。报警信息界面：通过报警界面显示报警的具体内容，同时在报警界面上可以查询之前的报警信息，对检修整改问题提供了便捷。I/O信息界面：此界面主要显示控制部分中的的I/O输入输出信号，可以直观的查看信号传递是否正常。此项目人机交互系统中还配有无线操作台，通过电波的形式传递信号，通过中间接收器然后可以将信号传输给PLC，没有了线控操作台的凌乱。在操作上含有主电源、启动、急停、暂停、复位、跟踪、自动、手动等按钮。主电源按钮：主要控制电源通断，按一下所有设备会接通电源，在通电的情况下长按至按钮灯闪烁，松开按钮，所有设备便会断电。主电源按钮实现了一键开关机的功能。暂停、启动按钮：在工作中，按一下暂停按钮，焊接工件的任务便会停止，按一下启动按钮，其焊接的任务继续进行。急停按钮：按下急停按钮时，所有设备会立即停止工作，但不会断电，处于报警状态，当拧开急停按钮后，报警消除，所有设备恢复正常运转。跟踪按钮：跟踪按钮是控制焊枪的跟踪模块，按下跟踪后，在焊接工作中焊枪便可以随焊缝高低变化而自动变动。复位按钮：复位按钮是在报警以后使用的，报警后，所有设备会立即停止工作。我们把报警解除后，需要按一下复位按钮，所有设备便可以恢复到正常工作状态。

第4章软件设计4.1绘图软件此设计选择了AutoCAD作为绘图软件，本设计中的二维图形都是通过AutoCAD完成的。AutoCAD软件功能齐全且操作简单，即使非专业人员经过简单的了解后便可以很快的进行操作，同时用户之间可以同时有效地共享信息，AutoCAD软件的数据库也很大各类图形都可以进行绘制。使用AutoCAD软件进行编辑和绘制工作极大的提高了本设计的工作效率。并且AutoCAD有很多的版本，可以在不同的电子设备上安装进行操作。AutoCAD软件主要进行二维图形的绘制，如果有需要也可以进行简单的三维图形编辑，在与其他类似软件的比较后，被AutoCAD软件强大的功能和便捷的操作吸引了，因此在本设计中选用AutoCAD作为绘图软件。4.2建模软件此设计使用SolidWorks建模软件完成了本设计中的三维图形建模。SolidWorks数据库极大，有很多自身特有的模块便于设计中使用。建模的一般思路为直接由线构成体，即直接由草图曲线绘制实体。在建模时，首先选择定位基准，然后要绘制草图，然后对草图进行拉伸等操作形成完成零件图的绘制。在完成零件图的设计后要进行装配，此时就要使用装配模块。通过装配模块就可以将设计完成的各个零件图进行装配。该软件系统中有很多种配合方式，根据需要使用不同的配合方式便可以把各个部件装配完毕，同时可生成装配体的视图。4.3编程软件通过本系统所选用的PLC，在此设计中选用西门子STEP7-Micro软件完成本设计的程序设计。该软件拥有的函数库，可以很好的将开发者想要的程序编写出来，并且在后期寻找错误时，可以根据软件的备注提醒，方便的查找出来。并且这款软件含有丰富的数据库、程序块、数据块、符号表、字符串、定时器等。可以通过无线网或者直接输入PLC的IP地址两种方式进行通信。通信后便可以直接将程序传输到PLC中。此次设计也涉及到西门子WINCC编程软件，其中有很多操作功能，可以很好的进行组态；“全集成自动化”的组成部分，在很多工业生产中都可以广泛应用。WINCC通过局域网与触摸屏进行通信，来配合触摸屏使用。4.4仿真软件此项目选用川崎公司的K-ROSET软件作为仿真软件。因为此项目选用的是川崎机器人，为了更好的实现本项目的仿真，所以选择了K-ROSET软件。此软件中含有丰富的数据库，其中包括焊接、切割、搬运等不同的专业数据，操作起来更加方便快捷。可以直接利用软件对本项目各个模块进行仿真模拟，并且可以查看各个模块的布置和装配是否合理，还可以依据吊篮具体尺寸对其进行离线编程操作。使用离线编程进行编程，相比于工作人员用示教器进行示教编程节约了大量时间，从而提高我们的生产效率。4.5PLCI/O分配表表4.1I/O分配表形式序号名称PLC地址符号输入1急停I0.0CPU-输入02主电源I0.1CPU-输入13保护气体不足报警I0.5CPU-输入54冷机报警I0.6CPU-输入65碰撞开关I0.7CPU-输入76焊接电源报警I1.0CPU-输入87伺服器报警I1.1CPU-输入98柜体温度报警I1.3CPU-输入109起弧机器信号1I1.4CPU-输入1110开气机器信号2I1.5CPU-输入1211跟踪机器信号3I1.6CPU-输入1312工位1I2.2CPU-输入1813工位2I2.3CPU-输入1914启动按钮I2.6CPU-输入2215停止按钮I2.7CPU-输入2316回零按钮I3.1CPU-输入2517手动按钮I3.2CPU-输入2618自动按钮I3.3CPU-输入2719复位按钮I3.4CPU-输入2820跟踪按钮I3.6CPU-输入30输出1主电源灯Q0.0CPU-输出02绿灯Q0.1CPU-输出13黄灯Q0.2CPU-输出24红灯Q0.3CPU-输出35跟踪指示灯Q0.4CPU-输出46焊接跟踪指示Q0.6CPU-输出67跟踪使能Q1.1CPU-输出98手动输出Q1.2CPU-输出109自动输出Q1.3CPU-输出1110工位输出1Q1.6CPU-输入1411工位输出2Q1.7CPU-输出1512程序启动Q2.0CPU-输出1613程序停止Q2.1CPU-输出1714机器人使能Q2.2CPU-输出1815起弧Q2.3CPU-输出1916伺服复位Q2.6CPU-输出2217焊接电源复位Q2.7CPU-输出234.6程序流程图4.6.1系统总控制流程图图4.1系统总控制流程图4.6.2变位机控制流程图图4.2变位机控制流程图4.6.3夹具控制流程图图4.3夹具控制流程图4.6.4焊接机器人控制流程图图4.4焊接机器人控制流程图第5章调试与运行5.1硬件调试我们在系统正式工作之前要对其进行硬件调试，我们要对所有设备进行调试检查。首先检查各个设备外观是否有完整，磕碰损坏的现象是不能存在的。因为磕碰很有可能会影响设备精度，使其不能完成高精度的焊接工作。然后我们在检查系统的各个模块，检查各线路接线是否完整，有无脱落现象。确认没有问题后我们为各模块的设备供电，并逐一检测各个模块设备的电源电压，检测是否有超压欠压的情况，防止在工作过程中出现事故。在检查各模块可正常通电后，闭合各个模块设备的空开，使其工作，并检查各个设备是否可以正常工作。5.2软件调试硬件调试完成，各设备运行没有问题后，然后进行软件调试。软件调试主要进行PLC程序调试和触摸屏程序调试。首先我们需要通过电脑修改路由器的IP地址，修改为需要的局域网IP地址，然后重置路由器并连接。通过网线使PLC和路由器建立联系，如此PLC同电脑便连接到了同一个局域网。可以直接使用电脑连接路由器，然后打开西门子PLC编程软件，在通讯中查找CPU，并找到此系统中的西门子PLC控制器，并建立通讯。便可以把电脑上的PLC程序进行传输到PLC中。将PLC程序上传完毕，然后对控制台按钮进行检测，我们依次按下控制台按钮，检验是否为相对应的I/O指示灯闪烁，即输入输出是否一一对应。在触摸屏程序调试中，系统中的西门子SMARTLINE触摸屏和PLC控制器连接方式相同。首先使电脑连接路由器，然后西门子WINCC编程软件与触摸屏进行连接通讯，最后将程序下载到触摸屏上。程序下载完毕后，要检查触摸屏程序里各项功能是否正常，各个面板显示是否正常。5.3仿真调试我们把硬件和软件调试完毕后。我们就可以在仿真软件上进行仿真测试了。此项目选用川崎公司的K-ROSET软件作为仿真软件。因为此项目选用的是川崎机器人，为了更好的实现本项目的仿真，所以选择了K-ROSET软件。下图为本仿真软件仿真视图：

总结本文设计完成了开题报告中所涉及到的各个部分，完成了吊篮焊接工装项目的各项设计要求。该设计可以保质保量的完成吊篮的焊接工装，并且极大的提高了焊接工作效率。本文首先对吊篮焊接工装项目的发展背景和国内外现状进行了阐述，并提出了本项目的研究的意义。然后对吊篮焊接工装项目的整体机械设计及控制系统设计进行了阐述。最后本文分别对吊篮焊接工装项目的各个部分展开了系统的设计。本文在设计部分中主要完成了焊接工装的硬件设计和软件设计，在最后进行了调试运行。在第一部分焊接工装的硬件设计中，本设计通过对吊篮的变形和工艺进行分析。然后对焊接机器人进行了设计，从机器人的选型、基座设计到控制系统的设计。根据我们焊接的需求选用了川崎的R系列机器人，并为了保证机器人工作时的稳定性而对设计基座进行了设计。接着对焊接系统进行了设计，根据焊接的需要选择了麦格米特全数字IGBT逆变焊接电源和符合要求的清枪站。再对变位机系统进行了设计依据吊篮的焊接选择了合适的变位机并用SolidWorks进行了绘制，变位机控制系统的设计通过PLC控制并设计出了控制原理，说明了焊接机器人与变位机的协调配合。避免出现配合误差，在焊接中出现事故。然后对工装夹具进行了设计依据吊篮的尺寸设计定位和夹紧部件，夹具并选择了有优势的气动传动。最后对吊篮焊接工装项目进行了安全系统和人机交互界面进行了设计，分析可能出现安全事故的地方并进行安全设计。依据我们对不同功能的需求，本着简洁、便捷、直观的原则对人机交互界面进行了设计。在第二部分软件的设计中，主要有绘图软件、建模软