基于兩軸數控系統的數控環縫自動焊接機設計探索

曹永雄

（廣東省佛山市三水區技工學校，廣東 佛山 528137）

基于兩軸數控系統的數控環縫自動焊接機設計探索

曹永雄

（廣東省佛山市三水區技工學校，廣東 佛山 528137）

文章針對現有焊接機的人機交互性差、程序不開放等問題，設計了兩軸數控系統控制的數控環縫自動焊接機。由數控系統可控制擺動器和焊機的啟停工作，使用步進電機來做驅動電機，通過一軸控制焊接工件的旋轉位置和速度，另一軸焊槍上下移動的位置和速度。該設計操作簡單、效率高效、開放性強、焊接質量可靠、外形美觀。

焊接件；數控焊接；自動化

目前，自動焊接技術在國外已經具有比較成熟的技術，焊接工藝與設備也在不斷的升級當中，但國內的自動焊接技術方面卻相對略顯不成熟，大多采用手工焊接，而自動環縫焊接則采用的是PLC控制技術，其人機交互性比較差，程序不開放，不能進行二次開發，因此有必要對其進行改進。

1 數控環縫自動焊接機的總體設計方案

文章設計了兩軸數控系統控制下的數控環縫自動焊接機，由數控系統可控制擺動器和焊機的啟停工作，使用步進電機來做驅動電機，焊接工件的旋轉位置和速度由一個軸控制，焊槍上下移動的位置和速度則由另一個軸來控制，如圖1所示。

圖1 數控環縫自動焊接機的總體設計方案

2 數控環縫自動焊接機的整體結構設計

數控環縫自動焊接機由數控系統、門架、進送傳動系統、主傳動系統、焊槍擺動器、滾輪架、送絲機和焊接電源等組成，如圖2所示。①焊接電源采用二氧化碳氣體保護的NB500焊機，焊絲規格則用Φ1.2mm或Φ1.6mm。②門架采用鋼焊門式結構，表明拋光處理，確保足夠的剛性與強度。③數控系統選用兩軸數控系統，擺動器啟停指令采用M08/M09，焊接啟停指令采用M10/M011，由X軸控制焊槍上下進給，Z軸控制工件旋轉、焊接與擺動器啟停。④焊接擺動器采用專用型，焊槍的擺動頻率與幅度可以自由調節，擺頻范圍為0～120次/分，擺動角度為0～10°；焊槍手動角度范圍為1～90°，焊槍中間停留時間和兩側停留時間均為0～5s。⑤進給傳動系統由數控系統中X軸來完成，可以確保焊槍的移動位置及上下移動的速度，以10N·m的扭矩驅動電機使用步進電機，再由聯軸器將焊槍與絲杠螺母連在一起做上下進給運動。⑥主傳動系統則由數控系統中Z軸做主運動來完成，主傳動系統可以精確地控制工件轉動的圈數與轉速，以24N·m的扭矩驅動電機使用步進電機，同時以1：35的傳動比來代用擺線針式減速器運動，直接連接三爪卡盤。在對主傳動系統進行編程時，采用G01Z（W）_F_的運動指令，工件轉動圈數由重點絕對坐標（增量坐標）來表示，即Z（W）。具體計算方法為系統Z軸驅動器設定的絲杠螺距乘以主電機配減速機的傳動比。

圖2 控環縫自動焊接機實物結構圖

3 數控環縫自動焊接機的控制電路設計

數控環縫自動焊接機的控制電路包括主電路（如圖2所示）、控制電路（如圖3所示）兩個部分。其中擺動器電機為100W，主軸與進給步進電機為10N·m。M口為數控系統的M功能接口，T口為數控系統的電動刀架接口。

圖3 控環縫自動焊接機主電路

圖4 數控環縫自動焊接機控制電路

4 運行程序設計

要保證設備能穩定高效運轉，必須要有好的運行程序。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；M08代表擺動啟動；M10代表焊接啟動；G01 W-351.0 F250表示以250mm/min的速度焊接第一圈，搭邊1mm，倍率開關可以調整相關參數；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弧；M11停止焊接；M09擺動停止；G00 X0和G00 Z0分別表示X軸和Z軸歸零；M02程序結束。

5 結語

文章設計的數控環縫自動焊接機由數控系統來控制機器的運轉，采用二氧化碳氣體保護焊機，操作簡便、程序開放可靠，用戶可以根據需要自行編輯修改，可以實現共建的多圈連續焊接，焊接速度也可根據需要進行調節，因此適用于不同寬度和深度的焊縫。總的來說，采用數控環縫自動焊接機進行焊接，可以確保焊接工作的操作簡單、質量可靠、外形美觀、效率高，且易操作等優點。

［1］戴壽超.環縫自動焊機步進電動機控制系統的改進設計［J］.電氣技術，2011，（2）：50-53.

［2］郭耀泉.環縫自動焊機控制系統設計與實現［J］.新鄉學院學報，2013，（3）：211-213.

曹永雄（1987-），男，廣東湛江人，大學本科，主要研究方向：焊接數值模擬技術發展現狀。