基于數(shù)字控制的環(huán)縫自動(dòng)焊接機(jī)的應(yīng)用設(shè)計(jì)分析

譚坤

摘 要 隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)研究的不斷深入，越來(lái)越多的新技術(shù)被應(yīng)用到了實(shí)際的行業(yè)發(fā)展過(guò)程中。近年來(lái)，隨著環(huán)縫自動(dòng)焊接機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，不僅僅能夠高效的進(jìn)行各不同種類的環(huán)形切縫進(jìn)行焊接，進(jìn)而在保證高效進(jìn)行的同時(shí)進(jìn)一步提升環(huán)縫焊接的質(zhì)量情況，同時(shí)，為了更加高效地應(yīng)用環(huán)縫焊接技術(shù)，數(shù)控、自動(dòng)化技術(shù)也逐漸被應(yīng)用在了實(shí)際的數(shù)控環(huán)縫焊接環(huán)節(jié)。本文通過(guò)對(duì)我國(guó)現(xiàn)階段數(shù)控環(huán)縫自動(dòng)焊接設(shè)備的設(shè)計(jì)理念、常見(jiàn)問(wèn)題等進(jìn)行闡述、分析，從而探討優(yōu)化數(shù)控環(huán)縫自動(dòng)焊接機(jī)的設(shè)計(jì)方式，從而在根本上促進(jìn)我國(guó)數(shù)控環(huán)縫焊接的設(shè)計(jì)和使用。

關(guān)鍵詞 數(shù)控 環(huán)縫自動(dòng)焊接 應(yīng)用設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TG409 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2018.10.027

Application Design Analysis of Automatic Seam

Welding Machine Based on Digital Control

TAN Kun

（School of Mechanical Engineering， Wuchang Institute of Technology， Wuhan， Hubei 430065）

Abstract With the deepening of science and technology research in China， more and more new technologies have been applied to the actual industry development process. In recent years， with the application of automatic girth welding machine technology， it can not only efficiently weld different kinds of girth， but also further improve the quality of girth welding while ensuring high efficiency. At the same time， in order to more efficient application of girth welding technology， numerical control， automation technology， also gradually applied to the actual numerical control girth welding. This paper expounds and analyzes the design concept and common problems of NC girth automatic welding equipment at present in China， and discusses the optimization of the design method of NC girth automatic welding machine， so as to promote the design and use of NC girth welding in China fundamentally.

Keywords digital control； girth automatic welding； application design

1 數(shù)控環(huán)縫自動(dòng)焊接機(jī)的概述及其在實(shí)際應(yīng)用環(huán)節(jié)存在的問(wèn)題

1.1 數(shù)控環(huán)縫自動(dòng)焊接機(jī)的概述

環(huán)縫自動(dòng)焊接機(jī)是近年來(lái)常用于我國(guó)各種碳鋼、不銹鋼、鋁合金等材質(zhì)原料，圓形、弧形等特定形狀焊接操作的自動(dòng)焊接設(shè)備，能夠通過(guò)在其焊接接口處以填絲、不填絲的方式進(jìn)行焊接的自動(dòng)環(huán)縫焊接系統(tǒng)裝置。而數(shù)控環(huán)縫自動(dòng)焊接機(jī)則是在原有的環(huán)縫自動(dòng)焊接基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)實(shí)際焊接環(huán)節(jié)的零部件需求，加入新型的數(shù)字化科學(xué)理念，進(jìn)而達(dá)到提升焊接效率和精準(zhǔn)性、減少不規(guī)范的焊接行為等目標(biāo)，以期最大限度內(nèi)優(yōu)化我國(guó)自動(dòng)化焊接流程的同時(shí)優(yōu)化操作配比。就目前來(lái)說(shuō)，我國(guó)現(xiàn)階段應(yīng)用的數(shù)控自動(dòng)焊接流程都由環(huán)縫自動(dòng)焊接和數(shù)控系統(tǒng)共同組成。

1.2 數(shù)控環(huán)縫自動(dòng)焊接機(jī)在實(shí)際應(yīng)用環(huán)節(jié)存在的問(wèn)題

隨著我國(guó)數(shù)控環(huán)縫自動(dòng)焊接技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域應(yīng)用的增多，環(huán)縫自動(dòng)焊接為人們帶來(lái)巨大收益的同時(shí)其中存在的問(wèn)題也不容其使用者忽視。例如，在實(shí)際的環(huán)縫自動(dòng)焊接使用環(huán)節(jié)，通常情況下其使用者會(huì)通過(guò)在應(yīng)用中PLC技術(shù)的應(yīng)用完成針對(duì)環(huán)縫自動(dòng)焊接的操作，但是，在這一環(huán)節(jié)中往往很容易出現(xiàn)因人為認(rèn)知不夠、交互能力不夠等因素造成的焊接事故，影響環(huán)縫自動(dòng)焊接的效果和效率；與此同時(shí)，操作人員對(duì)于焊接技術(shù)能力認(rèn)知、控制等技術(shù)水平的匱乏也會(huì)在很大程度上使得自動(dòng)焊機(jī)的效果難以得到保障，由此，針對(duì)原有環(huán)縫自動(dòng)焊接中存在的不足，進(jìn)行數(shù)控化設(shè)計(jì)成為了我國(guó)環(huán)縫數(shù)控操作人員研究的重點(diǎn)。

2 數(shù)控環(huán)縫自動(dòng)焊接機(jī)的設(shè)計(jì)

根據(jù)對(duì)原有環(huán)縫自動(dòng)焊接機(jī)設(shè)計(jì)的研究，本文認(rèn)為在增加了數(shù)控技術(shù)的加成后針對(duì)新型數(shù)控環(huán)縫自動(dòng)焊接機(jī)的設(shè)計(jì)應(yīng)從以下幾個(gè)環(huán)節(jié)入手。

2.1 總體架構(gòu)方案設(shè)計(jì)

隨著在實(shí)際應(yīng)用環(huán)節(jié)數(shù)控環(huán)縫自動(dòng)焊接機(jī)研究的逐漸深入，制定系統(tǒng)化、規(guī)范化的數(shù)控設(shè)備系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，成為了進(jìn)行后續(xù)設(shè)計(jì)分析的重要前提保證。例如，就目前來(lái)說(shuō)，我國(guó)常用的數(shù)控系統(tǒng)通常是兩軸數(shù)控系統(tǒng)，在這一系統(tǒng)模式的基礎(chǔ)上通過(guò)對(duì)后續(xù)焊接、傳動(dòng)等系統(tǒng)的合理應(yīng)用，完成有關(guān)整個(gè)環(huán)縫自動(dòng)焊接機(jī)系統(tǒng)的優(yōu)化、設(shè)計(jì)工作，在最大限度內(nèi)提升有關(guān)數(shù)控環(huán)縫自動(dòng)焊機(jī)設(shè)備的實(shí)踐情況。例如，就這一環(huán)節(jié)，在實(shí)際的設(shè)計(jì)工作中，筆者選擇這一數(shù)控環(huán)縫自動(dòng)焊接設(shè)備設(shè)置為“門”型結(jié)構(gòu)，并應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)焊接而成，在滿足其整體性的同時(shí)最大程度上消除在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中內(nèi)部應(yīng)力對(duì)于數(shù)控環(huán)縫自動(dòng)焊接設(shè)備的影響，具備了能夠正常使用的設(shè)備強(qiáng)度和硬性，從而保證設(shè)備的正常應(yīng)用情況，而就焊接設(shè)備的電源選擇來(lái)說(shuō)，本文擬應(yīng)用NB型二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊接裝置，并應(yīng)用直徑情況在1.25到1.55毫米之間的焊接金屬，從而保證焊接的效果同時(shí)促進(jìn)數(shù)控環(huán)縫自動(dòng)焊接設(shè)備的正常運(yùn)行情況。

2.2 總體結(jié)構(gòu)的設(shè)定

對(duì)于數(shù)控環(huán)縫自動(dòng)焊接機(jī)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，其所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)化設(shè)計(jì)方案所涵蓋的事項(xiàng)相對(duì)較為繁多，其中有關(guān)其焊接構(gòu)建的設(shè)計(jì)則為其后續(xù)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中最為重要的部分之一。由此，在進(jìn)行實(shí)際的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)應(yīng)根據(jù)不同環(huán)節(jié)的不同需求更行針對(duì)性更強(qiáng)的設(shè)計(jì)，從而保證其在后續(xù)應(yīng)用環(huán)節(jié)結(jié)構(gòu)的合理性情況。例如，在實(shí)際的應(yīng)用設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)本文更傾向于應(yīng)用兩軸數(shù)控系統(tǒng)急性后續(xù)數(shù)控環(huán)縫自動(dòng)焊接系統(tǒng)的設(shè)置，在其設(shè)計(jì)理念中，兩軸數(shù)控的系統(tǒng)可以應(yīng)用一周進(jìn)行焊接槍移動(dòng)速率和移動(dòng)位置的控制，同時(shí)通過(guò)另一軸進(jìn)行焊接和部件旋轉(zhuǎn)的控制，由此共同驅(qū)動(dòng)電機(jī)設(shè)備的同時(shí)，保證數(shù)控系統(tǒng)能夠更好的進(jìn)行環(huán)縫焊接的具體操作工作。其設(shè)計(jì)模型如圖1所示：

2.3 主系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

主系統(tǒng)即主傳動(dòng)系統(tǒng)，是整個(gè)數(shù)控環(huán)縫自動(dòng)焊接設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中較為重要的數(shù)控系統(tǒng)之一，其中涉及到很多項(xiàng)目主軸、主件的運(yùn)行和配合，需要設(shè)計(jì)人員在實(shí)際的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)尤為注意。例如，在進(jìn)行主軸電機(jī)的應(yīng)用和選擇環(huán)節(jié)，應(yīng)針對(duì)性地選擇具備變頻交流調(diào)速功能的主軸電機(jī)設(shè)備，使其能夠在高效的完成有關(guān)數(shù)控環(huán)縫焊接工作的同時(shí)，將原有設(shè)計(jì)更加簡(jiǎn)化并在一定限度內(nèi)減少有關(guān)焊接環(huán)節(jié)存在的誤差。與此同時(shí)，在完成了主軸的組建設(shè)計(jì)同時(shí)，應(yīng)將原有主軸工具設(shè)計(jì)相應(yīng)的夾緊操作，進(jìn)而避免運(yùn)行旋轉(zhuǎn)力國(guó)發(fā)的同時(shí)能夠更好地控制有關(guān)主軸荷載能力的控制，提升數(shù)控環(huán)縫焊接的應(yīng)用效果。例如，在實(shí)際的數(shù)控環(huán)縫自動(dòng)焊接系統(tǒng)中的主傳動(dòng)系統(tǒng)可以以數(shù)控系統(tǒng)中的X軸為主線進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)，從而能夠保證環(huán)縫焊接設(shè)備按照既定的轉(zhuǎn)速和圈數(shù)情況進(jìn)行精準(zhǔn)的運(yùn)作同時(shí)，在進(jìn)行主傳動(dòng)系統(tǒng)的百安城環(huán)節(jié)，將x作為重點(diǎn)的增量坐標(biāo)，進(jìn)而在能夠?qū)χ鱾鲃?dòng)系統(tǒng)中參數(shù)準(zhǔn)確計(jì)量的同時(shí)確定增量的數(shù)量情況。

2.4 焊接系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

在這一數(shù)控環(huán)縫自動(dòng)焊接機(jī)重焊接系統(tǒng)的應(yīng)用是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)最為重要的階段，不僅僅要關(guān)注焊接槍和送絲器之間的影響，還需要關(guān)注有關(guān)焊接速度的控制。例如，在實(shí)際的應(yīng)用環(huán)節(jié)可用過(guò)對(duì)實(shí)際數(shù)控環(huán)節(jié)PLC技術(shù)的應(yīng)用有效的控制焊接的速度，增加焊接槍利用效率的同時(shí)通過(guò)增加焊接槍與工作面之間兩者的配比情況來(lái)達(dá)到最終減少焊接誤差的目標(biāo)。例如，在實(shí)際的數(shù)控環(huán)縫自動(dòng)焊接機(jī)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)可以選擇專用的焊接擺動(dòng)裝置進(jìn)行焊槍的移動(dòng)，從而確保在進(jìn)行實(shí)際的焊接工作是焊槍能夠按照既定的標(biāo)準(zhǔn)在擬焊接的表面上進(jìn)行適當(dāng)?shù)幕顒?dòng)，從而其實(shí)能夠更加精準(zhǔn)焊接的同時(shí)實(shí)現(xiàn)焊接的自動(dòng)配套。在這一環(huán)節(jié)，焊槍的主要擺動(dòng)參數(shù)可以控制在角度不超過(guò)10度；焊槍的擺動(dòng)頻率控制在每分鐘0到100次左右的同時(shí)焊槍角度控制在90度以內(nèi)，從而在保證焊接效果的同時(shí)避免因焊接操作失誤造成的安全隱患問(wèn)題。

2.5 運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

在有關(guān)數(shù)控環(huán)縫自動(dòng)焊接機(jī)的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，其有關(guān)系統(tǒng)內(nèi)運(yùn)動(dòng)調(diào)控的設(shè)計(jì)是保證焊機(jī)狀態(tài)、減少焊接誤差的重要方式之一，這一系統(tǒng)的加入能夠在很大程度上調(diào)節(jié)焊接設(shè)備的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)同時(shí)保證環(huán)縫焊接系統(tǒng)在預(yù)定的方向內(nèi)進(jìn)行更加準(zhǔn)確、高效的運(yùn)動(dòng)，從而保證環(huán)縫焊接的實(shí)際效果情況。例如，在實(shí)際的應(yīng)用環(huán)節(jié)，可以選擇國(guó)產(chǎn)的兩軸數(shù)控系統(tǒng)，令系統(tǒng)在Z軸和X軸間進(jìn)行運(yùn)行，則可以保證焊接機(jī)在Y軸范圍內(nèi)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而完成既定線路的運(yùn)行工作，不僅能保證系統(tǒng)運(yùn)行一體性的同時(shí)有效控制自動(dòng)焊接運(yùn)行的效果情況。例如，在本文設(shè)計(jì)的數(shù)控環(huán)縫自動(dòng)焊接裝置來(lái)說(shuō)，以期利用數(shù)控系統(tǒng)中自帶的x軸作為運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而控制焊槍在x軸上精準(zhǔn)活動(dòng)的同時(shí)一同驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行運(yùn)行，并將焊槍和x軸中的螺母聯(lián)合在一起，進(jìn)而同時(shí)進(jìn)行焊接的相關(guān)操作。

2.6 數(shù)控程序的設(shè)計(jì)

數(shù)控設(shè)計(jì)是改良原有環(huán)縫自動(dòng)焊接設(shè)備、進(jìn)行科學(xué)化、數(shù)字化發(fā)展的重要環(huán)節(jié)，在進(jìn)行有關(guān)其數(shù)控設(shè)計(jì)中的環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)時(shí)不僅僅要重視其后續(xù)應(yīng)用環(huán)節(jié)的可行性同時(shí)應(yīng)充分體現(xiàn)其經(jīng)濟(jì)利益的性質(zhì)，并將上述設(shè)計(jì)目標(biāo)切實(shí)、全面地融入到實(shí)際的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)環(huán)節(jié)，選擇合理程度的同時(shí)通過(guò)對(duì)程序開(kāi)放度提升的模式逐步完善各端口之間的編輯、整理工作，繼而在降低運(yùn)行難度的同時(shí)為其后續(xù)人員的數(shù)控化應(yīng)用提出有力的基礎(chǔ)，從而保證數(shù)控環(huán)縫焊接的效果。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隨著我國(guó)信息化、數(shù)字化的發(fā)展，我國(guó)逐漸走進(jìn)了信息化、數(shù)字化的社會(huì)，將科學(xué)發(fā)展的成果高效應(yīng)用在實(shí)際的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，不僅僅能夠?yàn)槲覈?guó)企業(yè)、行業(yè)發(fā)展增加更大助力的同時(shí)提升其生產(chǎn)質(zhì)量和效率，由此，本文認(rèn)為，在實(shí)際的數(shù)控環(huán)縫焊接設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，應(yīng)緊握數(shù)控化模式設(shè)計(jì)的目標(biāo)，彌補(bǔ)原有設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)存在的缺陷，繼而通過(guò)科學(xué)技術(shù)在其實(shí)際設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的重應(yīng)用達(dá)到更好的數(shù)控環(huán)縫自動(dòng)化焊接效果，繼而從根本上促進(jìn)我國(guó)環(huán)縫焊接技術(shù)的提升，以及相關(guān)行業(yè)的發(fā)展。

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