□ 向 平 □ 張 磊 □ 鼓勵(lì)帥 □ 葛昊祥

西北工業(yè)大學(xué) 機(jī)電學(xué)院 西安 710072

通常自動(dòng)焊接設(shè)備分智能焊接設(shè)備和專(zhuān)用焊接設(shè)備，前者主要用于復(fù)雜零件的焊接，后者主要是針對(duì)某一系列或某一種零件進(jìn)行焊接，其設(shè)備復(fù)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(chǎn)。而在設(shè)計(jì)低成本專(zhuān)用焊接機(jī)時(shí)，根據(jù)待焊零件的要求，如何將機(jī)構(gòu)與控制有效結(jié)合，完成高質(zhì)量、高效率的焊接，成為設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。本文介紹一種專(zhuān)用焊接設(shè)備，利用工業(yè)中常用的控制觸摸屏、PLC和二維機(jī)械，實(shí)現(xiàn)對(duì)石油罐口“楔子”字形的焊接。

1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

本焊接設(shè)備主要由觸摸屏、PLC以及二維機(jī)械設(shè)備構(gòu)成，PLC采用歐姆龍公司生產(chǎn)的CMP1A-40CDRA、CPU40，觸摸屏采用臺(tái)達(dá)公司生產(chǎn)的 DOPA57CSTD。選用42BYG兩相混合式絲杠步進(jìn)電機(jī)和ZD-8731驅(qū)動(dòng)器。PLC與二維機(jī)械設(shè)備連接在一起，工人通過(guò)觸摸屏控制整臺(tái)設(shè)備的運(yùn)行。工作過(guò)程：?jiǎn)?dòng)PLC，紅外加熱待焊工件，加熱足夠時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)使工件位于焊接處，焊接開(kāi)始，焊接完成后，取下工件保溫，焊接流程如圖1所示。

2 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

▲圖1 焊接過(guò)程流程圖

2．1 焊接工藝要求

焊接路徑如圖2所示，兩側(cè)對(duì)稱(chēng)，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(shí)要保證在任一瞬時(shí)焊槍和工件的相對(duì)速度保持相同，即焊接線(xiàn)速度在整個(gè)焊接過(guò)程中均勻一致，并在一定范圍內(nèi)可調(diào)。

▲圖2 焊接路徑

2．2 焊接機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

為了使焊接路徑滿(mǎn)足圖2“楔子”字形要求，焊接機(jī)構(gòu)采取二軸聯(lián)動(dòng)的形式，如圖3所示。系統(tǒng)采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，使Z軸滑塊上下移動(dòng)（注：豎直方向?yàn)閆方向，水平方向?yàn)閄方向），光桿起導(dǎo)向Z軸滑塊的作用，使其只能在Z軸方向上移動(dòng)。另一個(gè)步進(jìn)電機(jī)使X軸滑塊沿X軸方向上移動(dòng)，光桿起導(dǎo)向作用，使其只能在X方向上移動(dòng)。將焊槍固定在X軸滑塊上，利用兩個(gè)電機(jī)使Z軸滑塊、X軸滑塊沿X、Z軸方向移動(dòng)，就可以走出所要求的曲線(xiàn)。

2．3 焊接控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

▲圖3 焊接裝置支架立體圖

本系統(tǒng)選用42BYG兩相混合式絲杠步進(jìn)電機(jī)，步距角1．8°，絲杠直徑8mm，螺距 2mm，高度導(dǎo)程8 mm。根據(jù)圖2焊接曲線(xiàn)，焊接過(guò)程為：AB→BC→CD→DE→EF。AB段：Z軸電機(jī)正轉(zhuǎn)，行進(jìn)27mm。BC段：Z軸步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)，同時(shí)X軸步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)，行進(jìn)12．52 mm。CD段：Z軸電機(jī)正轉(zhuǎn)，行進(jìn)50mm。DE段：Z軸電機(jī)反轉(zhuǎn)，同時(shí)X軸步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)，行進(jìn)12．5mm。EF段：Z軸電機(jī)正轉(zhuǎn)，行進(jìn)27mm。在BC和DE段，X軸步進(jìn)電機(jī)輸出脈沖與Z軸步進(jìn)電機(jī)輸出脈沖之比為1．3，設(shè)定 Z 軸方向輸入脈沖 200Hz，線(xiàn)速度 2mm/s，因此X軸步進(jìn)電機(jī)輸入脈沖為260Hz。

▲圖4 AB和DE段焊接梯形圖

3 PLC程序的設(shè)計(jì)

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(shè)計(jì)

觸摸屏軟件設(shè)計(jì)主要由操作按鈕畫(huà)面、參數(shù)數(shù)值輸入畫(huà)面、參數(shù)數(shù)值實(shí)時(shí)顯示畫(huà)面及錯(cuò)誤報(bào)警顯示畫(huà)面等組成。臺(tái)達(dá)DOP-A57CSTD觸摸屏支持各類(lèi)PLC，有運(yùn)算和宏指令、支持任意字體的畫(huà)面編輯功能、USB快速上下載程序、支持USBHost功能、一臺(tái)人機(jī)界面對(duì)多臺(tái)PLC的聯(lián)機(jī)功能、在線(xiàn)模擬、離線(xiàn)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(kāi)關(guān)。

5 結(jié)論

本文所設(shè)計(jì)的焊接裝置，具有低成本、操作方便、焊接質(zhì)量高等特點(diǎn)，焊接機(jī)通過(guò)二維機(jī)械結(jié)構(gòu)焊接出要求的“楔子”形曲線(xiàn)，焊接速度均勻穩(wěn)定，焊接質(zhì)量較好。本機(jī)構(gòu)可以根據(jù)使用者需要進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，焊接出各種曲線(xiàn)，有利于后續(xù)開(kāi)發(fā)使用，為機(jī)械自動(dòng)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(zhì)量。

▲圖5 部分助記符命令

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