焊机适时控制策划论述

第第页焊机适时控制策划论述作者：苗雨来梁楚华周建平高军义单位：新疆大学机械工程学院

焊件在加工的时候，由于机器打孔精度的原因，纵向参考点位置偏差有（3~6）mm，使得焊机实际焊接位置的出现较大纵向偏差。横向偏差和纵向偏差对焊接精度的影响很大，容易导致漏焊，严重影响焊接质量，致使T型焊机的市场化进程搁浅。研发初期，采取加压方式来解决焊机横向变形的问题。机床的夹具是由两部分组成的。（1）气缸连接的横梁，横梁上固定着V型挡铁。当气缸动作时，横梁在气缸的作用力之下可以上下移动。（2）一根固定在机架下方不动的横梁，这是焊件放置的基准。当焊件放在下方的横梁之后，气缸动作下压，通过上下两根横梁的V型挡铁使焊件固定在焊接位置。这种方法没有从根本上解决焊件的热变形问题。横向偏差问题始终没有得到解决，横向变形引起的位置变化使横向偏差加剧。纵向偏差问题的隐患造成的影响也无法解决。纵向偏差由于打孔精度和固定位置不精确的原因，使理论计算的焊接点的位置无法和实际焊接的焊接位置吻合，出现找不准焊接位置的现象，严重影响焊接质量。针对热变形对机床横向偏差和纵向偏差的问题，提出了一种适时检测的控制方法。在焊接过程中，通过对焊件变形的适时检测，对焊件的横向焊接和纵向焊接的实际位置进行适时检测与反馈，然后控制系统对焊枪的实际焊接位置进行调整，找到实际的焊接位置。

适时控制系统机构的创新点。设计对加压方式的机床机构进行了改造。改造前的T型焊机的竖直方向上的升降机构是一个凸轮机构。凸轮机构是一个对马鞍形焊接位置竖直方向上运动的模拟，机构是手工打造的，所以标准化程度和精确程度达不到要求[1]。改造后的机床用一个步进电机机构取代凸轮机构，定义它为7号电机。通过控制7号直流电机的脉冲，可以保证焊枪竖直方向上移动的精确程度，7号电机的脉冲当量为（1.885×10-5）mm。同时，焊机在水平方向上、基旋转方向和径向方向上的运动，都可以通过对直流电机脉冲的控制来保证控制系统的精确程度，这三个方向的步进电机脉冲当量分别为（1.0×10-2）mm、（9.27×10-5）arc、（1.0×10-2）mm。适时控制系统检测位置示意图，如图1所示。纵向检测是焊机小车在水平方向上移动过程中，对焊件纵向焊接位置的检测。横向检测是焊机在纵向焊接位置检测之后进行的。它是由焊机7号电机的上升或者下降的过程中，对横向焊接位置进行检测的一个过程。适时控制系统的设计使T型焊机的自动化程度和数字化操作系统更加完善，焊接位置更加精确，最终解决了焊接过程中因放热引起的焊件变形的问题。

控制系统原理。系统是由信号采集装置、运动控制卡和工控机组成。信号采集装置是由两对光电开关组成。适时控制系统流程，如图2所示。当光电开关的信号被遮挡，其内部的信号线就会相应的被拉低，出现高低电平的负跳变。运动控制卡接收的是低到高的电平正跳变，光电开关的负跳变经过继电器以后就转化成正跳变。运动控制卡通过上位机程序对信号变化进行分析处理。继电器的应用，使机床控制与调试更加方便、更加准确。当程序没有进入焊接子循环的时候，是对T型管焊件纵向焊接位置的检测，反之为横向位置的检测。系统控制实现。工作过程中，两组光电开关分别实现从左向右和从右向左两个方向上焊接过程的适时检测。每组光电开关既实现横向检测又实现纵向检测。光电开关先进行纵向检测，然后进行横向检测。纵向检测和横向检测的数据分别放到两个变量里，然后把检测出来放在变量里的实际位置值和程序中自动计算出来的理论位置值进行比较，并把这个理论与实际检测值之差转化为电机的脉冲数。纵向检测的脉冲数发给1号电机，进行纵向检测补偿动作；横向检测的脉冲数发给7号电机，进行横向检测补偿动作。1号电机和7号电机在接收到命令以后，分别在水平方向和竖直方向上移动相应脉冲数，到达实际的焊接位置。焊接点是纵向检测位置和横向检测位置的交点。焊接过程中先执行纵向位置检测，主视图离近焊枪最近，且在运动方向上的那条竖管的轮廓线即为纵向检测参考点的位置。当光电开关由不被遮挡到被遮挡，信号发生高低电平的跳变，然后焊枪和光电开关同时向焊接方向上移动一个竖管半径的距离，焊枪到达竖管的中心。然后进行横向位置的检测。光电开关在7号电机的动力下向上或向下运动。向上运动时，关电开关由被遮挡到不被遮挡，这时运动控制卡接收到高低电平的跳变，7号电机停止动作。向下运动时，关电开关由不被遮挡到被遮挡，这时运动控制卡接收到低高电平跳变，7号电机停止动作。这个位置即为横向检测的焊接位置。最后控制系统进入焊接过程子程序，完成焊接。本次焊接结束之后，焊机进入下一个检测与焊接的周期，直到操作界面上设定的焊接管子数和组数焊接完成，焊接退出安全距离等待下一次焊接。控制系统和执行系统的构成。焊机适时控制系统硬件主要有光电检测系统、执行机构和上位机构成。如图3所示，机床适时控制系统的核心有三部分组成：（1）上位机，一台研华工控机，用DELPHI软件编写控制程序程序、操作界面[2]；（2）下位机，一块研华PCL839+运动控制卡，是一种三轴步进电机控制卡。可实3个步进电机的独立运动和三轴联动，每轴5路用于行程开关的隔离数字量输入，输出为光隔离输出。（3）执行机构，用步进电机机构取代了原来的凸轮机构，完成横向检测和机构提升。

此次设计的适时