羅克韋爾自動(dòng)化中型控制系統(tǒng)助力金剛石激光焊接

鄭州金海威科技實(shí)業(yè)有限公司 耿澤中

羅克韋爾自動(dòng)化 王慶

金剛石，是鉆石的前身，也是自然界中天然存在的最堅(jiān)硬的物質(zhì)。在珠寶界，它是華麗的象征，經(jīng)過打磨之后，變成了女人愛不釋手的華麗首飾；在工業(yè)界，它搖身一變，以它“堅(jiān)韌不拔”的品質(zhì)，變?yōu)橐环N切割工具，用于混凝土、耐火材料、石材、陶瓷等硬脆材料的加工，并廣泛應(yīng)用在石材加工、建筑、裝潢、高速公路等領(lǐng)域的切割應(yīng)用中。

然而，金剛石鋸片的焊接過程令工程師們苦惱不已：傳統(tǒng)的直徑在500mm以下的鋸片是采用燒結(jié)或者釬焊的方法進(jìn)行刀頭與基體的連接，由于金剛石和金屬基體的熱膨脹系數(shù)差異較大，焊接殘余應(yīng)力也較大，當(dāng)溫度升高時(shí)，接頭的強(qiáng)度會(huì)變低，切割時(shí)會(huì)出現(xiàn)刀頭飛出的事故；此外，金剛石表面金屬化的實(shí)現(xiàn)方式、表面金屬與材料的匹配和選擇、釬劑和氣體介質(zhì)的選擇等問題都需要經(jīng)過縝密的篩選。這對(duì)于工程師而言，是“生命”和“腦力”的雙重挑戰(zhàn)。

相比之下，激光焊接圓鋸片就“秒殺”釬焊的方式：激光焊接不需要銀焊片，是直接通過激光基體和刀頭熔化使兩者形成有機(jī)結(jié)合，從而提高金剛石鋸片的焊接強(qiáng)度，保證金剛石鋸片在使用之中不掉齒。傳統(tǒng)釬焊基體刀口結(jié)合面靠釬料熔化滲透而連接，其彎曲強(qiáng)度僅為350～600MPa，斷口在焊縫；激光焊接時(shí)，鋸片刀基、刀頭結(jié)合面熔化形成共結(jié)晶組織，焊縫強(qiáng)度高于母材，其彎曲斷裂強(qiáng)度可達(dá)1800MPa，斷口在刀頭。并且，激光焊接速度快、焊縫極窄、熱影響區(qū)小，令金剛石鋸片整體無變形，從而保證了鋸片的最佳性能?；诩す夂附拥膬?yōu)越性，激光焊接金剛石圓鋸片的方式已逐步替代傳統(tǒng)的焊接方式。

圖1 LAWS1200系列鋸片激光自動(dòng)焊接成套設(shè)備

作為激光焊接的本土化專家，鄭州金海威科技實(shí)業(yè)有限公司（以下簡(jiǎn)稱“金海威”）長(zhǎng)期從事金剛石工具專用設(shè)備的研制與開發(fā)工作，目前已具備從簡(jiǎn)單設(shè)備到全自動(dòng)高智能化產(chǎn)品的完整產(chǎn)品線。在焊接及強(qiáng)度檢測(cè)領(lǐng)域，主要生產(chǎn)激光焊接機(jī)、高頻焊接機(jī)、鋸片焊接機(jī)、鉆頭焊接機(jī)、自動(dòng)激光焊接機(jī)及金剛石鋸片焊接檢測(cè)機(jī)等產(chǎn)品。多年來，金海威的產(chǎn)品暢銷國內(nèi)，并出口到韓國、巴西、歐洲、加拿大、中東及印度等國家及地區(qū)，目前已具備完善的銷售網(wǎng)絡(luò)。

LAWS1200系列鋸片激光自動(dòng)焊接成套設(shè)備是金海威旗下適用于用于金剛石圓鋸片激光焊接的“明星”產(chǎn)品之一。它能夠做到刀頭夾具與鋸片基體對(duì)稱分布，保證每一個(gè)刀頭與基體的側(cè)隙對(duì)稱分布，適合不同厚度規(guī)格的鋸片，且夾具能夠提供足夠的焊接預(yù)緊力和夾持穩(wěn)定性。LAWS1200的鋸片基體中心與夾具之間位置采用數(shù)控調(diào)節(jié)，焊接鋸片的直徑規(guī)格可以在105mm～1200mm之間連續(xù)變化。除此之外，LAWS1200橫向數(shù)控軸控制基體中心與主軸線偏離，保證特殊斜齒焊接時(shí)焊接軌跡與焊接預(yù)緊力方向保持垂直，可以方便焊接各種特殊護(hù)齒。LAWS1200采用液壓系統(tǒng)夾持基體，并采用數(shù)控運(yùn)動(dòng)方式、配合多圈絕對(duì)值編碼器，完全去除設(shè)備自檢校對(duì)時(shí)間，使工作效率大大提高。

LAWS1200系列鋸片激光自動(dòng)焊接成套設(shè)備用于金剛石圓鋸片的激光焊接，可實(shí)現(xiàn)基體裝載、刀頭排序送進(jìn)、基體刀頭夾持、焊接、冷卻、夾具清掃、鋸片的取出等過程的全部自動(dòng)化。它生產(chǎn)效率高，適應(yīng)連續(xù)批量生產(chǎn)，生產(chǎn)出的產(chǎn)品平均成本低，并且質(zhì)量穩(wěn)定可靠。與此同時(shí)，它極大減少人力成本。要想達(dá)到設(shè)備生產(chǎn)高水平及高效率，對(duì)自動(dòng)化設(shè)備的要求是極高的。

要求高是一方面，設(shè)備所遇到的困難也是非常之多：LAWS1200焊接軌跡采用二維數(shù)控飛行光路，可以對(duì)圓弧齒、直線齒等軌跡進(jìn)行焊接。數(shù)控加工在X、Y兩軸的走刀方向上，應(yīng)滿足起點(diǎn)和終點(diǎn)之間的直線插補(bǔ)與圓弧插補(bǔ)協(xié)同運(yùn)作，并減少協(xié)同運(yùn)作過程中的偏差；除此之外，設(shè)備必須根據(jù)已有的走刀情況進(jìn)行數(shù)據(jù)點(diǎn)的密化工作，使得激光焊接更加精準(zhǔn)及完美，則需要自動(dòng)化控制系統(tǒng)具有極高的精度。面對(duì)這些挑戰(zhàn)，為何金海威會(huì)在諸多品牌中向羅克韋爾自動(dòng)化產(chǎn)品拋出橄欖枝？

據(jù)了解，金海威選用羅克韋爾自動(dòng)化中型控制系統(tǒng)，觸摸屏采用PanelView Plus 6，控制器采用CompactLogix 5370 L3中型控制器，遠(yuǎn)程I/O采用Point IO，伺服采用Kinetix 5500驅(qū)動(dòng)器加VPL Kinetix?VP電機(jī)。其整個(gè)控制系統(tǒng)采用以太網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，各功能控制模塊分散布置，連線簡(jiǎn)單；以太網(wǎng)DLR設(shè)備層環(huán)網(wǎng)冗余，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。同時(shí)，模塊單元與執(zhí)行機(jī)構(gòu)距離近，連線短。且其CPU支持8軸伺服運(yùn)動(dòng)，并通過CIP Motion協(xié)議實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制。

圖2 激光焊接機(jī)控制系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)中所采用的CompactLogix 5370 L3可編程自動(dòng)化控制器（PAC）是Logix系列控制器的擴(kuò)展，作為集成架構(gòu)系統(tǒng)的一部分，CompactLogix 5370 L3控制器與所有Logix控制器使用相同的編程軟件、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和信息功能，為實(shí)現(xiàn)所有控制策略提供一個(gè)通用的開發(fā)環(huán)境。它基于EtherNet/IP的集成運(yùn)動(dòng)控制最高可支持16軸集成運(yùn)動(dòng)控制。

對(duì)于伺服控制而言，Kinetix 5500伺服驅(qū)動(dòng)器可連接CompactLogix 5370控制器并與之配合運(yùn)行，從而支持基于EtherNet/IP的集成運(yùn)動(dòng)控制。憑借其創(chuàng)新的緊湊型設(shè)計(jì)，Kinetix 5500驅(qū)動(dòng)器盡可能減小機(jī)器體積，簡(jiǎn)化系統(tǒng)布線。VPL Kinetix VP低慣量伺服電機(jī)連接到Kinetix 5500伺服驅(qū)動(dòng)器并與其一起運(yùn)行，支持基于EtherNet/IP的集成運(yùn)動(dòng)控制。它基于具有高動(dòng)態(tài)性能的成熟MP技術(shù)，有助于提高可靠性并實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)。 它只需要一條電纜就可提供反饋、電機(jī)制動(dòng)和電機(jī)電源，從而縮短安裝與調(diào)試時(shí)間，簡(jiǎn)化接線，減少庫存。

對(duì)于網(wǎng)絡(luò)功能而言，CompactLogix 5370 L3控制器與Kinetix 5500伺服驅(qū)動(dòng)器通過雙以太網(wǎng)端口和集成式以太網(wǎng)交換機(jī)聯(lián)網(wǎng)，現(xiàn)已支持設(shè)備級(jí)環(huán)形（DLR）網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，從而簡(jiǎn)化了控制系統(tǒng)中各組件的集成，并降低了系統(tǒng)成本，提供彈性機(jī)制，應(yīng)對(duì)單個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接丟失的情況。也就是說，允許逐一更換設(shè)備，無需停止生產(chǎn)，并減少控制系統(tǒng)中以太網(wǎng)交換機(jī)的數(shù)量。

關(guān)于它的性能優(yōu)點(diǎn)，羅克韋爾自動(dòng)化的分銷商——北京首科力通機(jī)電設(shè)備有限公司河南技術(shù)總監(jiān)王自有先生介紹：“羅克韋爾自動(dòng)化中型控制系統(tǒng)通過全以太網(wǎng)將伺服全部連接，簡(jiǎn)化了繁瑣的布線過程。與其它品牌的PLC和伺服控制的協(xié)議相互獨(dú)立不同，羅克韋爾自動(dòng)化所采用的中型控制系統(tǒng)的CIP Motion協(xié)議包含在基于PLC的Ethernet IP協(xié)議中，同時(shí)一個(gè)PLC的CPU也可帶動(dòng)伺服。通俗來講，一個(gè)PLC既解決了伺服控制的問題又解決了可編程邏輯控制的問題?！背酥?，王自有還補(bǔ)充，目前，羅克韋爾自動(dòng)化中型控制系統(tǒng)的精度等級(jí)達(dá)到4級(jí)，伺服定位已達(dá)精度正負(fù)0.001mm，完全符合激光焊接對(duì)于高精度的要求。

如果你所理解的羅克韋爾自動(dòng)化提供的解決方案只停留在產(chǎn)品的層面上，那就錯(cuò)了。如今，靠單一產(chǎn)品打拼天下的時(shí)代早已經(jīng)過去，可靠的產(chǎn)品及完善的后備支持服務(wù)相結(jié)合，才能為客戶提供完美的解決方案，從而為激光焊接“錦上添花”。就像去商場(chǎng)里購置物品，不但要包退換，還要有保修期，這樣，顧客也才能舒心。買賣的道理，是融會(huì)貫通的。在自動(dòng)化產(chǎn)品領(lǐng)域，提供優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品的同時(shí)，加強(qiáng)客戶后備支持的力度，是羅克韋爾自動(dòng)化矢志不渝堅(jiān)持的經(jīng)營理念。

“羅克韋爾自動(dòng)化的后備技術(shù)支持做的很到位，這讓公司的技術(shù)及管理人員省了不少心?！闭劶芭c此，金海威電氣總工耿澤中坦言，“因?yàn)榻佑|一個(gè)全新的控制系統(tǒng)，很多技術(shù)層面的知識(shí)及應(yīng)用需要重新去了解，而羅克韋爾自動(dòng)化的技術(shù)人員能夠?yàn)楣镜娜诉M(jìn)行耐心的講解，并且能夠?yàn)楣窘鉀Q相應(yīng)的技術(shù)困難?！?/p>

的確，相較于其它控制系統(tǒng)，羅克韋爾自動(dòng)化控制系統(tǒng)工藝參數(shù)設(shè)置簡(jiǎn)單，不需要員工進(jìn)行編程，且具有形象化操作，界面友好等優(yōu)勢(shì)，便于操作人員調(diào)整，令操作人員無需經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)即可操作。除此之外，從產(chǎn)品的選型到購買，再到售后服務(wù)，羅克韋爾自動(dòng)化能夠提供“一條龍”的服務(wù)。王自有先生介紹：“前期選型通過Motion Analyzer軟件根據(jù)客戶所需的機(jī)械參數(shù)進(jìn)行選型，之后對(duì)于設(shè)備安裝以及布線連接進(jìn)行相應(yīng)的技術(shù)支持，最后，在設(shè)備連接好的情況下進(jìn)行一系列測(cè)試，包括調(diào)節(jié)伺服指令及直線、圓弧插補(bǔ)回零等等。后續(xù)客戶發(fā)現(xiàn)的一些問題和技術(shù)難點(diǎn)，我們也會(huì)極力地為客戶解決?！?/p>

據(jù)統(tǒng)計(jì)，運(yùn)用羅克韋爾自動(dòng)化的中型控制系統(tǒng)，LAWS1200系列鋸片激光自動(dòng)焊接成套設(shè)備已經(jīng)有多臺(tái)在生產(chǎn)線上長(zhǎng)期正常運(yùn)轉(zhuǎn)，每天連續(xù)工作20小時(shí)，焊接質(zhì)量穩(wěn)定可靠。其生產(chǎn)效率比傳統(tǒng)方法高10倍以上，并且操作人員可以管理2～3臺(tái)機(jī)器。于產(chǎn)品而言，Φ105～Φ1200（厚2.2～6.0mm）的金剛石鋸片焊接質(zhì)量符合出口標(biāo)準(zhǔn)的要求。于項(xiàng)目周期而言，項(xiàng)目時(shí)間已由一般的七個(gè)月縮短至兩個(gè)月，極大地縮短了項(xiàng)目時(shí)間。

最后，金海威電氣總工耿澤中還表達(dá)出對(duì)于羅克韋爾自動(dòng)化產(chǎn)品的期望：“除LAWS1200系列鋸片激光自動(dòng)焊接成套設(shè)備外，今后將會(huì)在金海威的其它大型設(shè)備的自動(dòng)化生產(chǎn)線上采用羅克韋爾自動(dòng)化的控制系統(tǒng)，以提高生產(chǎn)效率?！?/p>

自動(dòng)化產(chǎn)品領(lǐng)域萬木叢生，羅克韋爾自動(dòng)化的產(chǎn)品及服務(wù)能夠得到金海威的認(rèn)可，這無疑為羅克韋爾自動(dòng)化打了一枚強(qiáng)心針。滿載無盡的期許，羅克韋爾自動(dòng)化將會(huì)在日后不斷努力，為客戶提供更高效、更優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品解決方案。