摘要：針對鋼家具生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)焊接自動化程度低的問題，設(shè)計開發(fā)了鋼家具自動焊機(jī)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)采用雷塞公司的SMC6490獨立控制器為硬件平臺，設(shè)計的控制系統(tǒng)具有良好的人機(jī)界面、示教功能等功能，能有效地提高焊接效率。

關(guān)鍵詞：控制系統(tǒng) 焊接 設(shè)計

1 概述

鋼家具因其結(jié)構(gòu)簡約時尚，近年來受到廣大消費(fèi)者的喜愛，市場需求量大。鋼家具是由薄壁管材為焊接而成，除個別簡單工序使用專用的半自動焊機(jī)外，手工焊接依然是行業(yè)生產(chǎn)的主流。手工焊接難以保證焊接質(zhì)量，進(jìn)而在一定程度上阻礙生產(chǎn)率的提高。近年來隨著計算機(jī)技術(shù)和自動化控制技術(shù)的飛速發(fā)展，自動焊接技術(shù)在焊接領(lǐng)域中的應(yīng)用已受到廣泛的重視。本項目為某大型鋼家具生產(chǎn)企業(yè)設(shè)計一種基于雷賽公司SMC6490獨立控制器的新型的自動焊機(jī)控制系統(tǒng)，以滿足新型材料和復(fù)雜焊接機(jī)構(gòu)，提高生產(chǎn)效率、生產(chǎn)質(zhì)量，并且最大程度地降低工人的勞動強(qiáng)度。

2 控制系統(tǒng)功能

本新型自動焊機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)合伺服電機(jī)與液壓氣動元件，結(jié)構(gòu)簡單、人性化操作。具有以下功能：

①具有良好的人機(jī)控制界面，以編輯焊接加工程序、控制機(jī)器運(yùn)行、顯示機(jī)器運(yùn)行狀態(tài)，人機(jī)互動性好。

②具有示教功能，同時配置示教手輪，以實現(xiàn)復(fù)雜的焊接運(yùn)動軌跡的編輯和控制各運(yùn)動部件按照需要完成既定的裝夾、焊接等動作。

③為了確保焊接位置精確性和焊接速度的準(zhǔn)確性，系統(tǒng)必須對焊槍驅(qū)動電機(jī)進(jìn)行可靠控制。

新型自動焊機(jī)除了具備上述功能外，在車間現(xiàn)場進(jìn)行生產(chǎn)時，實時性強(qiáng)、可靠性高、操作簡單等特點也是該控制系統(tǒng)軟件必須具備的。另外，系統(tǒng)還提供了各部件手動控制功能，進(jìn)而使得使用更加方便，而且便于調(diào)試。綜上所述，自動焊機(jī)控制系統(tǒng)所具有的功能如下圖1：

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圖1 控制系統(tǒng)功能

3 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點

控制系統(tǒng)分為硬件和軟件兩部分。

3.1 硬件的機(jī)構(gòu)特點

該系統(tǒng)的控制器平臺具有最高5MHz脈沖頻率、四軸直線插補(bǔ)、兩軸圓弧插補(bǔ)、連續(xù)曲線插補(bǔ)、S形曲線速度控制等功能，同時，可對4個步進(jìn)或伺服電機(jī)進(jìn)行控制?；谇度胧教幚砥骱虵PGA的硬件結(jié)構(gòu)，為了確保系統(tǒng)的高性能運(yùn)動，以及控制的精度性和穩(wěn)定性，通過硬件實現(xiàn)插補(bǔ)算法、脈沖方向信號的輸出、自動升降速的處理、原點及限位等信號的檢測處理。

該系統(tǒng)提供了豐富的接口，除了4個電機(jī)控制端口外，還有I/O接口和通訊接口：雙路高精度DA輸出，雙路 PWM控制輸出，16路隔離輸入口，8路隔離輸出口，其中有兩路電流增強(qiáng)輸出，通過接口擴(kuò)展可以擴(kuò)展更多IO接口；一個10/100M網(wǎng)絡(luò)接口、兩個RS232，可通過網(wǎng)絡(luò)或 RS232直接與PC機(jī)通信；同時還可以通過RS232與文本屏、觸摸屏等設(shè)備連接，作為輸入輸出界面。

3.2 軟件的機(jī)構(gòu)特點

如圖2所示，該系統(tǒng)由5個模塊構(gòu)成，每個模塊具備不同的功能，進(jìn)而使得系統(tǒng)軟件實現(xiàn)了結(jié)構(gòu)化和模塊化。

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圖2 系統(tǒng)軟件機(jī)構(gòu)圖

①硬件測試模塊：硬件測試主要用于裝機(jī)調(diào)試或故障排除過程中，以幫助確認(rèn)各軸運(yùn)動功能，各軸的專用IO和系統(tǒng)的所有通用IO的狀態(tài)測試和監(jiān)控。如對外部設(shè)備包括氣動系統(tǒng)、焊槍頭開關(guān)量等進(jìn)行模擬測試。

②參數(shù)設(shè)定模塊：通過參數(shù)設(shè)定界面可以對速度、工件零點、限位補(bǔ)償、示教設(shè)置、廠商設(shè)置、焊接設(shè)置等參數(shù)進(jìn)行設(shè)定。

③文件參數(shù)模塊：可以通過此模塊對文件的多個具體的項目進(jìn)行設(shè)置，如：循環(huán)加工的次數(shù)、加工間隔時間等。

④文件管理模塊：對已有的文件進(jìn)行復(fù)制、刪除等操作。

⑤編輯文件模塊：顯示當(dāng)前文件的程序行數(shù)，以及對具體教導(dǎo)的焊接文件進(jìn)行編輯，此功能主要用于針對某個產(chǎn)品的焊接教導(dǎo)。

4 電機(jī)驅(qū)動控制

結(jié)合系統(tǒng)設(shè)計需求，自動焊機(jī)主要運(yùn)動控制是對焊槍的位置精確控制，因采用伺服電機(jī)作為執(zhí)行電機(jī)。對伺服電機(jī)控制中，采用伺服控制系統(tǒng)的位置控制方式，其工作原理是：自動焊機(jī)控制系統(tǒng)通過給相應(yīng)的伺服驅(qū)動器發(fā)命令的方式完成對焊槍位置的控制。

本系統(tǒng)對伺服電機(jī)的控制是通過脈沖控制方式完成的。所謂脈沖控制方式就是由上位機(jī)發(fā)送一個方向電平和脈沖對伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)行控制，其運(yùn)轉(zhuǎn)方向由方向電平?jīng)Q定，電機(jī)轉(zhuǎn)動角度由脈沖數(shù)量決定，電機(jī)轉(zhuǎn)速由脈沖頻率決定。在控制中，脈沖方式實現(xiàn)起來比較容易，而且穩(wěn)定性較高。

5 自動焊機(jī)系統(tǒng)的焊接過程

自動焊機(jī)主要用于鋼家具的焊接，所用直徑為0.8～1.0mm的焊絲，一般采用混和氣體（CO2 +Ar）保護(hù)焊，焊接過程如圖3所示：

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圖3 自動焊機(jī)系統(tǒng)焊接過程

6 結(jié)論

設(shè)計開發(fā)的鋼家具自動焊機(jī)控制系統(tǒng)，用戶可以簡單設(shè)定焊接參數(shù)及教導(dǎo)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的鋼家具焊接工件，整個系統(tǒng)易學(xué)易懂，運(yùn)行穩(wěn)定。此系統(tǒng)控制的自動焊機(jī)降低了焊接工人的勞動強(qiáng)度，提高了工作效率，保證了焊接質(zhì)量的穩(wěn)定性，在一定程度上實現(xiàn)了鋼家具結(jié)構(gòu)件焊接的自動化，保證了焊接質(zhì)量的穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)：

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[3]唐仲文.機(jī)電一體化手冊.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1994.

作者簡介：

陳浩齊（1984-），男，廣東番禺人，江門職業(yè)技術(shù)學(xué)院助教，碩士，研究方向：機(jī)械制造及其自動化。