基于兩軸數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控環(huán)縫自動(dòng)焊接機(jī)設(shè)計(jì)探索

曹永雄

（廣東省佛山市三水區(qū)技工學(xué)校，廣東 佛山 528137）

基于兩軸數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控環(huán)縫自動(dòng)焊接機(jī)設(shè)計(jì)探索

曹永雄

（廣東省佛山市三水區(qū)技工學(xué)校，廣東 佛山 528137）

文章針對(duì)現(xiàn)有焊接機(jī)的人機(jī)交互性差、程序不開放等問題，設(shè)計(jì)了兩軸數(shù)控系統(tǒng)控制的數(shù)控環(huán)縫自動(dòng)焊接機(jī)。由數(shù)控系統(tǒng)可控制擺動(dòng)器和焊機(jī)的啟停工作，使用步進(jìn)電機(jī)來做驅(qū)動(dòng)電機(jī)，通過一軸控制焊接工件的旋轉(zhuǎn)位置和速度，另一軸焊槍上下移動(dòng)的位置和速度。該設(shè)計(jì)操作簡單、效率高效、開放性強(qiáng)、焊接質(zhì)量可靠、外形美觀。

焊接件；數(shù)控焊接；自動(dòng)化

目前，自動(dòng)焊接技術(shù)在國外已經(jīng)具有比較成熟的技術(shù)，焊接工藝與設(shè)備也在不斷的升級(jí)當(dāng)中，但國內(nèi)的自動(dòng)焊接技術(shù)方面卻相對(duì)略顯不成熟，大多采用手工焊接，而自動(dòng)環(huán)縫焊接則采用的是PLC控制技術(shù)，其人機(jī)交互性比較差，程序不開放，不能進(jìn)行二次開發(fā)，因此有必要對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)。

1 數(shù)控環(huán)縫自動(dòng)焊接機(jī)的總體設(shè)計(jì)方案

文章設(shè)計(jì)了兩軸數(shù)控系統(tǒng)控制下的數(shù)控環(huán)縫自動(dòng)焊接機(jī)，由數(shù)控系統(tǒng)可控制擺動(dòng)器和焊機(jī)的啟停工作，使用步進(jìn)電機(jī)來做驅(qū)動(dòng)電機(jī)，焊接工件的旋轉(zhuǎn)位置和速度由一個(gè)軸控制，焊槍上下移動(dòng)的位置和速度則由另一個(gè)軸來控制，如圖1所示。

圖1 數(shù)控環(huán)縫自動(dòng)焊接機(jī)的總體設(shè)計(jì)方案

2 數(shù)控環(huán)縫自動(dòng)焊接機(jī)的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

數(shù)控環(huán)縫自動(dòng)焊接機(jī)由數(shù)控系統(tǒng)、門架、進(jìn)送傳動(dòng)系統(tǒng)、主傳動(dòng)系統(tǒng)、焊槍擺動(dòng)器、滾輪架、送絲機(jī)和焊接電源等組成，如圖2所示。①焊接電源采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)的NB500焊機(jī)，焊絲規(guī)格則用Φ1.2mm或Φ1.6mm。②門架采用鋼焊門式結(jié)構(gòu)，表明拋光處理，確保足夠的剛性與強(qiáng)度。③數(shù)控系統(tǒng)選用兩軸數(shù)控系統(tǒng)，擺動(dòng)器啟停指令采用M08/M09，焊接啟停指令采用M10/M011，由X軸控制焊槍上下進(jìn)給，Z軸控制工件旋轉(zhuǎn)、焊接與擺動(dòng)器啟停。④焊接擺動(dòng)器采用專用型，焊槍的擺動(dòng)頻率與幅度可以自由調(diào)節(jié)，擺頻范圍為0～120次/分，擺動(dòng)角度為0～10°；焊槍手動(dòng)角度范圍為1～90°，焊槍中間停留時(shí)間和兩側(cè)停留時(shí)間均為0～5s。⑤進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)由數(shù)控系統(tǒng)中X軸來完成，可以確保焊槍的移動(dòng)位置及上下移動(dòng)的速度，以10N·m的扭矩驅(qū)動(dòng)電機(jī)使用步進(jìn)電機(jī)，再由聯(lián)軸器將焊槍與絲杠螺母連在一起做上下進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。⑥主傳動(dòng)系統(tǒng)則由數(shù)控系統(tǒng)中Z軸做主運(yùn)動(dòng)來完成，主傳動(dòng)系統(tǒng)可以精確地控制工件轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)與轉(zhuǎn)速，以24N·m的扭矩驅(qū)動(dòng)電機(jī)使用步進(jìn)電機(jī)，同時(shí)以1：35的傳動(dòng)比來代用擺線針式減速器運(yùn)動(dòng)，直接連接三爪卡盤。在對(duì)主傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行編程時(shí)，采用G01Z（W）_F_的運(yùn)動(dòng)指令，工件轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)由重點(diǎn)絕對(duì)坐標(biāo)（增量坐標(biāo)）來表示，即Z（W）。具體計(jì)算方法為系統(tǒng)Z軸驅(qū)動(dòng)器設(shè)定的絲杠螺距乘以主電機(jī)配減速機(jī)的傳動(dòng)比。

圖2 控環(huán)縫自動(dòng)焊接機(jī)實(shí)物結(jié)構(gòu)圖

3 數(shù)控環(huán)縫自動(dòng)焊接機(jī)的控制電路設(shè)計(jì)

數(shù)控環(huán)縫自動(dòng)焊接機(jī)的控制電路包括主電路（如圖2所示）、控制電路（如圖3所示）兩個(gè)部分。其中擺動(dòng)器電機(jī)為100W，主軸與進(jìn)給步進(jìn)電機(jī)為10N·m。M口為數(shù)控系統(tǒng)的M功能接口，T口為數(shù)控系統(tǒng)的電動(dòng)刀架接口。

圖3 控環(huán)縫自動(dòng)焊接機(jī)主電路

圖4 數(shù)控環(huán)縫自動(dòng)焊接機(jī)控制電路

4 運(yùn)行程序設(shè)計(jì)

要保證設(shè)備能穩(wěn)定高效運(yùn)轉(zhuǎn)，必須要有好的運(yùn)行程序。在此以焊接2圈為例來說明焊接程序的編寫，具體說明如下：P2-＞M08-＞M10-＞G01 W-351.0 F250-＞G00 U8.0-＞G01 W-352.0 F250-＞G04 P1000-＞M11-＞M09-＞G00 X0-＞G00 Z0-＞M02。其中：P2代表程序號(hào)；M08代表擺動(dòng)啟動(dòng)；M10代表焊接啟動(dòng)；G01 W-351.0 F250表示以250mm/min的速度焊接第一圈，搭邊1mm，倍率開關(guān)可以調(diào)整相關(guān)參數(shù)；G01 W-352.0 F250表示以250mm/min的速度焊接第二圈，搭邊2mm；G00 U8.0表示焊槍抬起8mm；G04 P1000-表示暫停1s，采用填滿弧坑方式收?。籑11停止焊接；M09擺動(dòng)停止；G00 X0和G00 Z0分別表示X軸和Z軸歸零；M02程序結(jié)束。

5 結(jié)語

文章設(shè)計(jì)的數(shù)控環(huán)縫自動(dòng)焊接機(jī)由數(shù)控系統(tǒng)來控制機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)，采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊機(jī)，操作簡便、程序開放可靠，用戶可以根據(jù)需要自行編輯修改，可以實(shí)現(xiàn)共建的多圈連續(xù)焊接，焊接速度也可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，因此適用于不同寬度和深度的焊縫?？偟膩碚f，采用數(shù)控環(huán)縫自動(dòng)焊接機(jī)進(jìn)行焊接，可以確保焊接工作的操作簡單、質(zhì)量可靠、外形美觀、效率高，且易操作等優(yōu)點(diǎn)。

［1］戴壽超.環(huán)縫自動(dòng)焊機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的改進(jìn)設(shè)計(jì)［J］.電氣技術(shù)，2011，（2）：50-53.

［2］郭耀泉.環(huán)縫自動(dòng)焊機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.新鄉(xiāng)學(xué)院學(xué)報(bào)，2013，（3）：211-213.

曹永雄（1987-），男，廣東湛江人，大學(xué)本科，主要研究方向：焊接數(shù)值模擬技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀。