多功能自動焊接機(jī)床控制設(shè)計(jì)分析

盛效鋒

摘要： 多功能自動焊接機(jī)床控制設(shè)計(jì)融入到機(jī)械焊接工作中對保證焊接工作質(zhì)量的提升，滿足當(dāng)前多功能的焊接需求具有重要的作用。對此本文對自動焊數(shù)機(jī)床控制系統(tǒng)、多功能自動焊接機(jī)床控制設(shè)計(jì)具體內(nèi)容、多功能自動焊接機(jī)床控制設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)、注重設(shè)計(jì)系統(tǒng)改善升級進(jìn)行了相關(guān)的分析，得到了多功能自動焊接機(jī)床控制設(shè)計(jì)體系是一個(gè)復(fù)雜的設(shè)計(jì)體系，需要綜合考慮多方面內(nèi)容，才能保證設(shè)計(jì)的全面性、實(shí)用性等結(jié)論，期望對提高多功能自動焊接機(jī)床控制設(shè)計(jì)水平有所幫助。

Abstract： The integration of the control design of the multi-functional automatic welding machine tool into the mechanical welding work plays an important role in ensuring the improvement of the welding work quality and meeting the current multi-functional welding needs. In this regard， this article analyzes the automatic welding machine control system， the specific content of the control design of the multi-function automatic welding machine tool， the key technology of the control design of the multi-function automatic welding machine tool， and the improvement and upgrading of the design system. The control of the multi-function automatic welding machine tool is obtained. The design system is a complex design system， which requires comprehensive consideration of many aspects in order to ensure the comprehensiveness and practicability of the design. It is expected to be helpful to improve the control design level of multifunctional automatic welding machine tools.

關(guān)鍵詞： 多功能;自動焊接機(jī)床;控制設(shè)計(jì)

Key words： multi-function;automatic welding machine;control design

中圖分類號：U671.81? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-957X（2021）17-0083-02

0? 引言

隨著機(jī)械加工生產(chǎn)對精密度要求的不斷提升，要求嚴(yán)格的控制焊接的質(zhì)量，但是在傳統(tǒng)焊接系統(tǒng)中，焊接功能單一，焊接體系不健全，不僅無法滿足當(dāng)前焊接工作的多樣化需求，而且也很難對焊接質(zhì)量進(jìn)行控制。在這種情況下加強(qiáng)對多功能自動焊接機(jī)床控制設(shè)計(jì)的相關(guān)研究，對解決目前機(jī)械焊接現(xiàn)狀、提高焊接精準(zhǔn)度具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1? 自動焊接機(jī)床控制系統(tǒng)概述

傳統(tǒng)的焊接機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)功能相對單一，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對封閉，各個(gè)功能板塊之間無法有效的銜接，導(dǎo)致無法適應(yīng)機(jī)床焊接需求。隨著機(jī)床焊接要求不斷增多，傳統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)很難滿足焊接要求，對此機(jī)床焊接開始向多功能自動焊接機(jī)床控制發(fā)展，這對解決機(jī)床焊機(jī)面臨的現(xiàn)實(shí)問題具有重要的作用。多功能自動焊接機(jī)床控制系統(tǒng)打破了傳統(tǒng)的機(jī)床控制系統(tǒng)，營造了一個(gè)開放的功能空間，增加了應(yīng)用功能，而且預(yù)留了功能應(yīng)用空間，為之后的焊接需求提供了有利條件。通過對多功能自動焊接機(jī)床控制系統(tǒng)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)多功能自動焊接機(jī)床控制系統(tǒng)中有較多軟件資源，系統(tǒng)功能主要來源于軟件，通過軟件控制來實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能，由于軟件的豐富性，所以功能較多;其次具有外延性，由于自動焊接的需求情況不同，所以需要不同的功能，在多功能自動焊接機(jī)床控制模式下可以實(shí)現(xiàn)功能拓展，通過軟件的接入來增加機(jī)床功能，這對保證功能的與時(shí)俱進(jìn)，滿足自動焊接機(jī)床控制需求具有重要的作用。此外從軟件開發(fā)方面來看，自動焊接機(jī)床軟件控制系統(tǒng)軟件開發(fā)成本低，不需要投入大量的資金、人力成本，而這對廣泛的將多功能自動焊接機(jī)床運(yùn)用到工作中具有重要的作用。總之在當(dāng)前機(jī)床焊接要求日益增多的情況下，多功能自動焊接機(jī)床控制系統(tǒng)實(shí)用性較強(qiáng)，不僅能夠滿足不同的焊接工作，而且還能有效的實(shí)現(xiàn)功能拓展，這對提高機(jī)床焊接工作質(zhì)量具有重要的意義。

2? 多功能自動焊接機(jī)床控制設(shè)計(jì)具體內(nèi)容

2.1 機(jī)床本體設(shè)計(jì)? 通過對多功能自動焊接機(jī)床控制設(shè)備結(jié)構(gòu)進(jìn)行了解，發(fā)現(xiàn)機(jī)床設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)是由焊接設(shè)備、機(jī)床兩大部分構(gòu)成的，焊接設(shè)備是依托于機(jī)床設(shè)備來實(shí)現(xiàn)焊接功能的，不同的焊接工作所用的焊接設(shè)備不同，比如點(diǎn)焊設(shè)備的構(gòu)成主要有焊鉗、弧焊、電源等部分構(gòu)成;弧焊主要有焊槍、送絲機(jī)、電源等部分構(gòu)成等等。機(jī)床主體的構(gòu)成主要包括虛擬主體、實(shí)用主體兩個(gè)部分，其中實(shí)用主體包括機(jī)床運(yùn)行設(shè)備、控制柜硬件;軟件主要由功能模塊軟件組成，以此形成系統(tǒng)的控制系統(tǒng)，為滿足多功能自動焊接機(jī)床需求提供有利條件。

2.2 伺服控制硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)? 通過以上分析得知多功能自動焊接機(jī)床控制是一個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)體系，不僅包括硬件設(shè)備，還包括軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)，而且軟件設(shè)備是核心，是實(shí)現(xiàn)多功能焊接的前提條件，因此應(yīng)構(gòu)建滿足多功能需求的伺服控制硬件系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)中一般采用驅(qū)動器、加步進(jìn)電機(jī)、計(jì)算機(jī)來完成伺服控制硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作。在設(shè)計(jì)中將計(jì)算機(jī)軟件接入到加步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)中，不僅滿足了多功能的焊接需求，而且還實(shí)現(xiàn)了多方位的控制。此外隨著功能的增多，設(shè)備體系也相對復(fù)雜，需要和當(dāng)前信息化技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行有效的接入，而計(jì)算機(jī)具有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能，對滿足這種多功能需求，保證功能應(yīng)用的前瞻性具有重要的意義。在伺服控制硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，硬件系統(tǒng)的控制作用來源于采用的I/0卡，即控制加步進(jìn)電機(jī)的系統(tǒng)，在對加步電機(jī)系統(tǒng)的控制中，需要查看控制需求，根據(jù)控制需求來設(shè)置I/0卡的設(shè)計(jì)位數(shù)以及控制信號數(shù)，進(jìn)而滿足具體的功能需求，使功能更貼近實(shí)際工作。從圖1中可以看出伺服控制硬件系統(tǒng)的工作原理，可以看出輸入系統(tǒng)非常強(qiáng)大，有兩個(gè)部分構(gòu)成，其中普通的輸入設(shè)備有控制桿、鍵盤PC機(jī);通用的數(shù)字設(shè)備輸入卡既可以輸入，也可以輸出，通過串行總線的方式來完成16項(xiàng)的輸入、輸出，進(jìn)而通過不同的信號，比如細(xì)分信號、脈沖信號、正反轉(zhuǎn)信號來實(shí)現(xiàn)對驅(qū)動器的控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對步進(jìn)電機(jī)的控制，從這個(gè)控制體系中可以看出在融入了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制之后，控制能力得到了提升，能夠?qū)崿F(xiàn)5個(gè)不僅電機(jī)的控制，而且由于輸入渠道的增多，實(shí)現(xiàn)了多方位、多層次的控制，這對保證焊接的精度，提高焊接質(zhì)量具有重要的作用。

3? 多功能自動焊接機(jī)床控制設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)分析

3.1 通過構(gòu)建插補(bǔ)算法、三維空間數(shù)學(xué)模型保證設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)? 在滿足了軟件設(shè)備應(yīng)用的基礎(chǔ)上應(yīng)構(gòu)建多功能焊接軟件系統(tǒng)，進(jìn)而使軟件、硬件系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合，形成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)體系，為保證多功能自動焊接機(jī)床控制設(shè)計(jì)體系高質(zhì)量的完成打下基礎(chǔ)。從目前焊接工作的質(zhì)量需求、焊接功能需求來看，焊接工作是一個(gè)高精度的工作，尤其是隨著對機(jī)械化制作精密度要求日益提升的情況下，如何實(shí)現(xiàn)焊接精度的控制至關(guān)重要。對此通過對多功能自動焊接機(jī)床控制設(shè)計(jì)系統(tǒng)進(jìn)行研究，并結(jié)合焊接工作實(shí)際情況，構(gòu)建了數(shù)學(xué)應(yīng)用模型，并采用插補(bǔ)算法來實(shí)現(xiàn)精度控制。

由插補(bǔ)算法構(gòu)建數(shù)學(xué)模型來打造多功能的焊接應(yīng)用軟件體系，對優(yōu)化焊接工作，滿足工作應(yīng)用需求具有重要的作用，但是在設(shè)計(jì)中，數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建難度較大，對于設(shè)計(jì)者而言是一項(xiàng)重要的考驗(yàn)，需要設(shè)計(jì)者將工作內(nèi)容進(jìn)行細(xì)分，并基于工作內(nèi)容將焊縫時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行有機(jī)的匯總，形成數(shù)學(xué)模型。見圖2，是針對圓柱管焊接縫所制定的模型圖設(shè)計(jì)，根據(jù)圓柱管的特點(diǎn)并根據(jù)工作原理將相交的兩個(gè)圓柱管來進(jìn)行半徑設(shè)計(jì)，為了保證模型的簡單明了，將O設(shè)置為交點(diǎn)，然后基于交點(diǎn)來進(jìn)行相關(guān)的分析，并將X、Y軸作為變動量來分析在不同的變量下所形成的特定規(guī)律，即以下所闡述的方程式，進(jìn)而將方程式輸入到軟件控制系統(tǒng)中形成脈沖數(shù)據(jù)，達(dá)到對步進(jìn)電機(jī)的控制。

通過上述所闡述的控制過程可以看出控制過程主要是通過數(shù)學(xué)模型所形成的軟件系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的控制，因此數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建非常重要。但是在具體的工作中，如何保證數(shù)學(xué)模型的精準(zhǔn)度，提高數(shù)學(xué)模型的適用性是非常困難的一件事，一般情況下會采用插補(bǔ)方法來對具體的焊接軌跡來進(jìn)行收集，并形成密集化的數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)焊接精準(zhǔn)度控制。在本次設(shè)計(jì)相貫線焊縫采用的是等長直線段的方式進(jìn)行的，這種方式能夠有效的保證焊接誤差，而且計(jì)算方法簡單，對滿足多功能焊接機(jī)床控制需求具有重要的作用。

3.2 進(jìn)行自動焊接軟件系統(tǒng)平臺的研發(fā)工作? 多功能自動焊接機(jī)床控制設(shè)計(jì)體系是一個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)體系，一方面需要構(gòu)建適宜的控制軟件，滿足多功能焊接需求;另一方面需要提供適宜軟件控制的硬件設(shè)備，滿足軟件的有效接入，可以看出二者是相輔相成的，并不是獨(dú)立的存在的，缺少任何一方都無法實(shí)現(xiàn)多功能焊接需求，鑒于此應(yīng)加大研發(fā)工作，搭建自動焊接軟件系統(tǒng)平臺。研發(fā)的重點(diǎn)應(yīng)包括以下幾點(diǎn)內(nèi)容：第一，應(yīng)加大軟件數(shù)據(jù)精確度工作的研發(fā)力度，即保障數(shù)據(jù)搜集、數(shù)據(jù)傳輸?shù)木_度，保證數(shù)據(jù)是正確，貼近實(shí)際工作需求的數(shù)據(jù)。第二，硬件系統(tǒng)應(yīng)滿足軟件系統(tǒng)的需求，接口設(shè)置應(yīng)具有拓展性，保證多樣化軟件的有效接入。第三，確定精確的焊接延時(shí)時(shí)間，保證時(shí)間的準(zhǔn)確性，滿足精度控制需求。第三，加大對電機(jī)系統(tǒng)的研究力度，通過研究旨在實(shí)現(xiàn)單個(gè)電機(jī)控制系統(tǒng)中的五個(gè)軸進(jìn)行聯(lián)動，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對步進(jìn)電機(jī)的有效控制。針對于以上所研發(fā)的重點(diǎn)內(nèi)容在研究的時(shí)候可以采用Delphi軟件中的平臺功能打造多功能自動焊接軟件系統(tǒng)平臺，并以此設(shè)計(jì)人性化的界面來完成多種焊接功能，進(jìn)而通過數(shù)據(jù)間的流通、轉(zhuǎn)化，達(dá)到焊接精準(zhǔn)度有效控制的目的。

4? 注重系統(tǒng)改善升級，進(jìn)行相關(guān)層面的調(diào)控

通過對多功能自動焊接機(jī)床控制設(shè)計(jì)進(jìn)行充分的了解并分析，并將設(shè)計(jì)成果投入到具體的實(shí)踐應(yīng)用中，得到了影響焊接精準(zhǔn)度的主要原因是有熱變形、導(dǎo)軌誤差、齒隙誤差、步進(jìn)電機(jī)誤差等原因，對于不同的誤差應(yīng)選擇相應(yīng)的方法進(jìn)行控制，比如針對步進(jìn)電機(jī)的控制應(yīng)采用傳動比控制的方法來實(shí)現(xiàn)精度控制，當(dāng)傳動比不變的情況下，脈沖量的變動和步距角的變化緊密相連，脈沖量會隨著步距角的減小而減小，進(jìn)而達(dá)到了提高了焊接精準(zhǔn)度的有效控制。此外還可以在軟件方面來進(jìn)行相應(yīng)的控制，利用數(shù)學(xué)模型來進(jìn)行焊接多功能程序的軌跡研究，并將精確的研究賦予到系統(tǒng)體系中，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了軟件的有效控制。但是值得注意的是軟件控制中需要科學(xué)的確定插補(bǔ)周期、插補(bǔ)時(shí)間點(diǎn)等，減少焊接工作進(jìn)入到震蕩區(qū)間，以防由于電機(jī)運(yùn)行不平穩(wěn)而引發(fā)焊接質(zhì)量問題。

5? 結(jié)束語

多功能自動焊接機(jī)床控制設(shè)計(jì)是一個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)體系，其中設(shè)計(jì)的核心是通過軟件來實(shí)現(xiàn)多功能的應(yīng)用需求，在這種設(shè)計(jì)體系下對于軟件的開發(fā)以及與之相匹配硬件系統(tǒng)的提升至關(guān)重要，一方面在設(shè)計(jì)中需要針對機(jī)床本體、伺服控制硬件進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì);另一方面需要通過建插補(bǔ)算法、三維空間數(shù)學(xué)模型來完成軟件的設(shè)計(jì)工作，進(jìn)而形成自動焊接軟件系統(tǒng)平臺，為滿足多功能自動焊接機(jī)床控制設(shè)計(jì)需求提供有利條件。不過需要注意的是后續(xù)會涉及一些整改工作，需要針對設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行整改升級來滿足當(dāng)前焊接工作的相關(guān)需求。

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