基于PLC的自動焊接曲線平臺設計

□ 向 平 □ 張 磊 □ 鼓勵帥 □ 葛昊祥

西北工業大學 機電學院 西安 710072

通常自動焊接設備分智能焊接設備和專用焊接設備，前者主要用于復雜零件的焊接，后者主要是針對某一系列或某一種零件進行焊接，其設備復雜程度低，加工效率高，加工成本低，特別適用于大批量的生產。而在設計低成本專用焊接機時，根據待焊零件的要求，如何將機構與控制有效結合，完成高質量、高效率的焊接，成為設計的關鍵。本文介紹一種專用焊接設備，利用工業中常用的控制觸摸屏、PLC和二維機械，實現對石油罐口“楔子”字形的焊接。

1 系統方案設計

本焊接設備主要由觸摸屏、PLC以及二維機械設備構成，PLC采用歐姆龍公司生產的CMP1A-40CDRA、CPU40，觸摸屏采用臺達公司生產的 DOPA57CSTD。選用42BYG兩相混合式絲杠步進電機和ZD-8731驅動器。PLC與二維機械設備連接在一起，工人通過觸摸屏控制整臺設備的運行。工作過程：啟動PLC，紅外加熱待焊工件，加熱足夠時轉動平臺使工件位于焊接處，焊接開始，焊接完成后，取下工件保溫，焊接流程如圖1所示。

2 機械結構設計

▲圖1 焊接過程流程圖

2．1 焊接工藝要求

焊接路徑如圖2所示，兩側對稱，焊接方式為氬弧焊。要求焊縫光滑美觀，因此從焊接工藝要求考慮，焊接時要保證在任一瞬時焊槍和工件的相對速度保持相同，即焊接線速度在整個焊接過程中均勻一致，并在一定范圍內可調。

▲圖2 焊接路徑

2．2 焊接機構設計

為了使焊接路徑滿足圖2“楔子”字形要求，焊接機構采取二軸聯動的形式，如圖3所示。系統采用步進電機驅動絲杠轉動，使Z軸滑塊上下移動（注：豎直方向為Z方向，水平方向為X方向），光桿起導向Z軸滑塊的作用，使其只能在Z軸方向上移動。另一個步進電機使X軸滑塊沿X軸方向上移動，光桿起導向作用，使其只能在X方向上移動。將焊槍固定在X軸滑塊上，利用兩個電機使Z軸滑塊、X軸滑塊沿X、Z軸方向移動，就可以走出所要求的曲線。

2．3 焊接控制系統設計

▲圖3 焊接裝置支架立體圖

本系統選用42BYG兩相混合式絲杠步進電機，步距角1．8°，絲杠直徑8mm，螺距 2mm，高度導程8 mm。根據圖2焊接曲線，焊接過程為：AB→BC→CD→DE→EF。AB段：Z軸電機正轉，行進27mm。BC段：Z軸步進電機反轉，同時X軸步進電機正轉，行進12．52 mm。CD段：Z軸電機正轉，行進50mm。DE段：Z軸電機反轉，同時X軸步進電機反轉，行進12．5mm。EF段：Z軸電機正轉，行進27mm。在BC和DE段，X軸步進電機輸出脈沖與Z軸步進電機輸出脈沖之比為1．3，設定 Z 軸方向輸入脈沖 200Hz，線速度 2mm/s，因此X軸步進電機輸入脈沖為260Hz。

▲圖4 AB和DE段焊接梯形圖

3 PLC程序的設計

焊接部分梯形圖如圖4所示,部分助記符命令如圖5所示。

4 觸摸屏設計

觸摸屏軟件設計主要由操作按鈕畫面、參數數值輸入畫面、參數數值實時顯示畫面及錯誤報警顯示畫面等組成。臺達DOP-A57CSTD觸摸屏支持各類PLC，有運算和宏指令、支持任意字體的畫面編輯功能、USB快速上下載程序、支持USBHost功能、一臺人機界面對多臺PLC的聯機功能、在線模擬、離線模擬功能等。觸摸屏采用Screeneditor軟件編輯，軟件中提供各種屬性的元件開關。

5 結論

本文所設計的焊接裝置，具有低成本、操作方便、焊接質量高等特點，焊接機通過二維機械結構焊接出要求的“楔子”形曲線，焊接速度均勻穩定，焊接質量較好。本機構可以根據使用者需要進行參數設置，焊接出各種曲線，有利于后續開發使用，為機械自動化提供了一種很可靠的焊接方法，能以較低的焊接成本得到較高的焊接質量。

▲圖5 部分助記符命令

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