多功能自動焊接機床控制設計分析

盛效鋒

摘要： 多功能自動焊接機床控制設計融入到機械焊接工作中對保證焊接工作質量的提升，滿足當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機床控制系統、多功能自動焊接機床控制設計具體內容、多功能自動焊接機床控制設計關鍵技術、注重設計系統改善升級進行了相關的分析，得到了多功能自動焊接機床控制設計體系是一個復雜的設計體系，需要綜合考慮多方面內容，才能保證設計的全面性、實用性等結論，期望對提高多功能自動焊接機床控制設計水平有所幫助。

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.

關鍵詞： 多功能;自動焊接機床;控制設計

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

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

0? 引言

隨著機械加工生產對精密度要求的不斷提升，要求嚴格的控制焊接的質量，但是在傳統焊接系統中，焊接功能單一，焊接體系不健全，不僅無法滿足當前焊接工作的多樣化需求，而且也很難對焊接質量進行控制。在這種情況下加強對多功能自動焊接機床控制設計的相關研究，對解決目前機械焊接現狀、提高焊接精準度具有重要的現實意義。

1? 自動焊接機床控制系統概述

傳統的焊接機床數控系統功能相對單一，系統結構相對封閉，各個功能板塊之間無法有效的銜接，導致無法適應機床焊接需求。隨著機床焊接要求不斷增多，傳統的數控機床結構很難滿足焊接要求，對此機床焊接開始向多功能自動焊接機床控制發展，這對解決機床焊機面臨的現實問題具有重要的作用。多功能自動焊接機床控制系統打破了傳統的機床控制系統，營造了一個開放的功能空間，增加了應用功能，而且預留了功能應用空間，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床控制系統進行分析，發現多功能自動焊接機床控制系統中有較多軟件資源，系統功能主要來源于軟件，通過軟件控制來實現相應的功能，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床控制模式下可以實現功能拓展，通過軟件的接入來增加機床功能，這對保證功能的與時俱進，滿足自動焊接機床控制需求具有重要的作用。此外從軟件開發方面來看，自動焊接機床軟件控制系統軟件開發成本低，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床運用到工作中具有重要的作用。總之在當前機床焊接要求日益增多的情況下，多功能自動焊接機床控制系統實用性較強，不僅能夠滿足不同的焊接工作，而且還能有效的實現功能拓展，這對提高機床焊接工作質量具有重要的意義。

2? 多功能自動焊接機床控制設計具體內容

2.1 機床本體設計? 通過對多功能自動焊接機床控制設備結構進行了解，發現機床設計結構是由焊接設備、機床兩大部分構成的，焊接設備是依托于機床設備來實現焊接功能的，不同的焊接工作所用的焊接設備不同，比如點焊設備的構成主要有焊鉗、弧焊、電源等部分構成;弧焊主要有焊槍、送絲機、電源等部分構成等等。機床主體的構成主要包括虛擬主體、實用主體兩個部分，其中實用主體包括機床運行設備、控制柜硬件;軟件主要由功能模塊軟件組成，以此形成系統的控制系統，為滿足多功能自動焊接機床需求提供有利條件。

2.2 伺服控制硬件系統設計? 通過以上分析得知多功能自動焊接機床控制是一個系統的設計體系，不僅包括硬件設備，還包括軟件系統設計，而且軟件設備是核心，是實現多功能焊接的前提條件，因此應構建滿足多功能需求的伺服控制硬件系統，在設計中一般采用驅動器、加步進電機、計算機來完成伺服控制硬件系統設計工作。在設計中將計算機軟件接入到加步進電機系統中，不僅滿足了多功能的焊接需求，而且還實現了多方位的控制。此外隨著功能的增多，設備體系也相對復雜，需要和當前信息化技術、大數據技術進行有效的接入，而計算機具有強大的網絡功能，對滿足這種多功能需求，保證功能應用的前瞻性具有重要的意義。在伺服控制硬件系統設計中，硬件系統的控制作用來源于采用的I/0卡，即控制加步進電機的系統，在對加步電機系統的控制中，需要查看控制需求，根據控制需求來設置I/0卡的設計位數以及控制信號數，進而滿足具體的功能需求，使功能更貼近實際工作。從圖1中可以看出伺服控制硬件系統的工作原理，可以看出輸入系統非常強大，有兩個部分構成，其中普通的輸入設備有控制桿、鍵盤PC機;通用的數字設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項的輸入、輸出，進而通過不同的信號，比如細分信號、脈沖信號、正反轉信號來實現對驅動器的控制，進而實現對步進電機的控制，從這個控制體系中可以看出在融入了計算機系統控制之后，控制能力得到了提升，能夠實現5個不僅電機的控制，而且由于輸入渠道的增多，實現了多方位、多層次的控制，這對保證焊接的精度，提高焊接質量具有重要的作用。

3? 多功能自動焊接機床控制設計關鍵技術分析

3.1 通過構建插補算法、三維空間數學模型保證設計實現? 在滿足了軟件設備應用的基礎上應構建多功能焊接軟件系統，進而使軟件、硬件系統有機結合，形成系統的設計體系，為保證多功能自動焊接機床控制設計體系高質量的完成打下基礎。從目前焊接工作的質量需求、焊接功能需求來看，焊接工作是一個高精度的工作，尤其是隨著對機械化制作精密度要求日益提升的情況下，如何實現焊接精度的控制至關重要。對此通過對多功能自動焊接機床控制設計系統進行研究，并結合焊接工作實際情況，構建了數學應用模型，并采用插補算法來實現精度控制。

由插補算法構建數學模型來打造多功能的焊接應用軟件體系，對優化焊接工作，滿足工作應用需求具有重要的作用，但是在設計中，數學模型的構建難度較大，對于設計者而言是一項重要的考驗，需要設計者將工作內容進行細分，并基于工作內容將焊縫時間點進行有機的匯總，形成數學模型。見圖2，是針對圓柱管焊接縫所制定的模型圖設計，根據圓柱管的特點并根據工作原理將相交的兩個圓柱管來進行半徑設計，為了保證模型的簡單明了，將O設置為交點，然后基于交點來進行相關的分析，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律，即以下所闡述的方程式，進而將方程式輸入到軟件控制系統中形成脈沖數據，達到對步進電機的控制。

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學模型所形成的軟件系統來實現的控制，因此數學模型的構建非常重要。但是在具體的工作中，如何保證數學模型的精準度，提高數學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方法來對具體的焊接軌跡來進行收集，并形成密集化的數據來實現焊接精準度控制。在本次設計相貫線焊縫采用的是等長直線段的方式進行的，這種方式能夠有效的保證焊接誤差，而且計算方法簡單，對滿足多功能焊接機床控制需求具有重要的作用。

3.2 進行自動焊接軟件系統平臺的研發工作? 多功能自動焊接機床控制設計體系是一個系統的設計體系，一方面需要構建適宜的控制軟件，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，并不是獨立的存在的，缺少任何一方都無法實現多功能焊接需求，鑒于此應加大研發工作，搭建自動焊接軟件系統平臺。研發的重點應包括以下幾點內容：第一，應加大軟件數據精確度工作的研發力度，即保障數據搜集、數據傳輸的精確度，保證數據是正確，貼近實際工作需求的數據。第二，硬件系統應滿足軟件系統的需求，接口設置應具有拓展性，保證多樣化軟件的有效接入。第三，確定精確的焊接延時時間，保證時間的準確性，滿足精度控制需求。第三，加大對電機系統的研究力度，通過研究旨在實現單個電機控制系統中的五個軸進行聯動，進而實現對步進電機的有效控制。針對于以上所研發的重點內容在研究的時候可以采用Delphi軟件中的平臺功能打造多功能自動焊接軟件系統平臺，并以此設計人性化的界面來完成多種焊接功能，進而通過數據間的流通、轉化，達到焊接精準度有效控制的目的。

4? 注重系統改善升級，進行相關層面的調控

通過對多功能自動焊接機床控制設計進行充分的了解并分析，并將設計成果投入到具體的實踐應用中，得到了影響焊接精準度的主要原因是有熱變形、導軌誤差、齒隙誤差、步進電機誤差等原因，對于不同的誤差應選擇相應的方法進行控制，比如針對步進電機的控制應采用傳動比控制的方法來實現精度控制，當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，進而達到了提高了焊接精準度的有效控制。此外還可以在軟件方面來進行相應的控制，利用數學模型來進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體系中，進而實現了軟件的有效控制。但是值得注意的是軟件控制中需要科學的確定插補周期、插補時間點等，減少焊接工作進入到震蕩區間，以防由于電機運行不平穩而引發焊接質量問題。

5? 結束語

多功能自動焊接機床控制設計是一個系統的設計體系，其中設計的核心是通過軟件來實現多功能的應用需求，在這種設計體系下對于軟件的開發以及與之相匹配硬件系統的提升至關重要，一方面在設計中需要針對機床本體、伺服控制硬件進行相應的設計;另一方面需要通過建插補算法、三維空間數學模型來完成軟件的設計工作，進而形成自動焊接軟件系統平臺，為滿足多功能自動焊接機床控制設計需求提供有利條件。不過需要注意的是后續會涉及一些整改工作，需要針對設計的系統進行整改升級來滿足當前焊接工作的相關需求。

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