曹永雄

（广东省佛山市三水区技工学校，广东 佛山 528137）

基于两轴数控系统的数控环缝自动焊接机设计探索

曹永雄

（广东省佛山市三水区技工学校，广东 佛山 528137）

文章针对现有焊接机的人机交互性差、程序不开放等问题，设计了两轴数控系统控制的数控环缝自动焊接机。由数控系统可控制摆动器和焊机的启停工作，使用步进电机来做驱动电机，通过一轴控制焊接工件的旋转位置和速度，另一轴焊枪上下移动的位置和速度。该设计操作简单、效率高效、开放性强、焊接质量可靠、外形美观。

焊接件；数控焊接；自动化

目前，自动焊接技术在国外已经具有比较成熟的技术，焊接工艺与设备也在不断的升级当中，但国内的自动焊接技术方面却相对略显不成熟，大多采用手工焊接，而自动环缝焊接则采用的是PLC控制技术，其人机交互性比较差，程序不开放，不能进行二次开发，因此有必要对其进行改进。

1 数控环缝自动焊接机的总体设计方案

文章设计了两轴数控系统控制下的数控环缝自动焊接机，由数控系统可控制摆动器和焊机的启停工作，使用步进电机来做驱动电机，焊接工件的旋转位置和速度由一个轴控制，焊枪上下移动的位置和速度则由另一个轴来控制，如图1所示。

图1 数控环缝自动焊接机的总体设计方案

2 数控环缝自动焊接机的整体结构设计

数控环缝自动焊接机由数控系统、门架、进送传动系统、主传动系统、焊枪摆动器、滚轮架、送丝机和焊接电源等组成，如图2所示。①焊接电源采用二氧化碳气体保护的NB500焊机，焊丝规格则用Φ1.2mm或Φ1.6mm。②门架采用钢焊门式结构，表明抛光处理，确保足够的刚性与强度。③数控系统选用两轴数控系统，摆动器启停指令采用M08/M09，焊接启停指令采用M10/M011，由X轴控制焊枪上下进给，Z轴控制工件旋转、焊接与摆动器启停。④焊接摆动器采用专用型，焊枪的摆动频率与幅度可以自由调节，摆频范围为0～120次/分，摆动角度为0～10°；焊枪手动角度范围为1～90°，焊枪中间停留时间和两侧停留时间均为0～5s。⑤进给传动系统由数控系统中X轴来完成，可以确保焊枪的移动位置及上下移动的速度，以10N·m的扭矩驱动电机使用步进电机，再由联轴器将焊枪与丝杠螺母连在一起做上下进给运动。⑥主传动系统则由数控系统中Z轴做主运动来完成，主传动系统可以精确地控制工件转动的圈数与转速，以24N·m的扭矩驱动电机使用步进电机，同时以1：35的传动比来代用摆线针式减速器运动，直接连接三爪卡盘。在对主传动系统进行编程时，采用G01Z（W）_F_的运动指令，工件转动圈数由重点绝对坐标（增量坐标）来表示，即Z（W）。具体计算方法为系统Z轴驱动器设定的丝杠螺距乘以主电机配减速机的传动比。

图2 控环缝自动焊接机实物结构图

3 数控环缝自动焊接机的控制电路设计

数控环缝自动焊接机的控制电路包括主电路（如图2所示）、控制电路（如图3所示）两个部分。其中摆动器电机为100W，主轴与进给步进电机为10N·m。M口为数控系统的M功能接口，T口为数控系统的电动刀架接口。

图3 控环缝自动焊接机主电路

图4 数控环缝自动焊接机控制电路

4 运行程序设计

要保证设备能稳定高效运转，必须要有好的运行程序。在此以焊接2圈为例来说明焊接程序的编写，具体说明如下：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代表程序号；M08代表摆动启动；M10代表焊接启动；G01 W-351.0 F250表示以250mm/min的速度焊接第一圈，搭边1mm，倍率开关可以调整相关参数；G01 W-352.0 F250表示以250mm/min的速度焊接第二圈，搭边2mm；G00 U8.0表示焊枪抬起8mm；G04 P1000-表示暂停1s，采用填满弧坑方式收弧；M11停止焊接；M09摆动停止；G00 X0和G00 Z0分别表示X轴和Z轴归零；M02程序结束。

5 结语

文章设计的数控环缝自动焊接机由数控系统来控制机器的运转，采用二氧化碳气体保护焊机，操作简便、程序开放可靠，用户可以根据需要自行编辑修改，可以实现共建的多圈连续焊接，焊接速度也可根据需要进行调节，因此适用于不同宽度和深度的焊缝。总的来说，采用数控环缝自动焊接机进行焊接，可以确保焊接工作的操作简单、质量可靠、外形美观、效率高，且易操作等优点。

［1］戴寿超.环缝自动焊机步进电动机控制系统的改进设计［J］.电气技术，2011，（2）：50-53.

［2］郭耀泉.环缝自动焊机控制系统设计与实现［J］.新乡学院学报，2013，（3）：211-213.

曹永雄（1987-），男，广东湛江人，大学本科，主要研究方向：焊接数值模拟技术发展现状。