數(shù)控環(huán)焊機(jī)及其插補(bǔ)控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及數(shù)控環(huán)焊機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]環(huán)焊機(jī)是指針對(duì)環(huán)形縫隙進(jìn)行焊接的機(jī)器設(shè)備，比如家用空調(diào)器壓縮機(jī)上下蓋與殼體接縫的焊縫就是環(huán)焊機(jī)焊接的。環(huán)焊機(jī)分為立式環(huán)焊機(jī)和臥式環(huán)焊機(jī)，立式是指焊縫與水平線相平行的焊接方式，臥式就指焊縫與水平線垂直。參見附圖1所示，將工件裝于裝夾卡盤之間，A軸帶動(dòng)工件360度旋轉(zhuǎn)，垂直于焊接面的Z軸與前后運(yùn)行的Y軸帶動(dòng)焊槍配合A向旋轉(zhuǎn)對(duì)工件進(jìn)行焊接加工。如附圖2所示，一般環(huán)焊機(jī)焊接時(shí)焊槍一邊焊接一邊沿焊縫運(yùn)動(dòng)，或焊槍對(duì)準(zhǔn)焊縫后工件旋轉(zhuǎn)并使其焊縫始終對(duì)著焊槍，當(dāng)環(huán)繞一周并使焊縫完全封焊后即焊接完成，一般用于環(huán)焊機(jī)的焊機(jī)為自動(dòng)送絲(焊材)的氣體保護(hù)焊，比如二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊，氧氣/氬氣保護(hù)焊等。
[0003]隨著人工成本的提高，需要提高設(shè)備的自動(dòng)化程度，同時(shí)提高加工精度，目前逐步采用CNC數(shù)控環(huán)焊機(jī)。數(shù)控環(huán)焊機(jī)關(guān)鍵是自動(dòng)控制各軸的聯(lián)合運(yùn)動(dòng)，以達(dá)到預(yù)期效果。但現(xiàn)有技術(shù)中的數(shù)控環(huán)焊機(jī)具有如下缺點(diǎn):
(1)焊槍Y軸運(yùn)動(dòng)行程大，增加設(shè)備制造成本；
(2)各軸運(yùn)動(dòng)不平穩(wěn)，中間需要反復(fù)啟停，速度波動(dòng)大:當(dāng)焊接直縫時(shí)，A軸不動(dòng)(僅Y軸動(dòng))，到圓角處，A軸啟動(dòng)，勢(shì)必對(duì)機(jī)床造成沖擊或不得不降低焊接速度；且因速度不均勻，容易造成堆焊或虛焊；
(3)程序代碼編寫困難，即便已知焊縫外形幾何尺寸時(shí)，因?yàn)楹笜屪藨B(tài)(含位置及角度)很難計(jì)算，常采用“教導(dǎo)式”選取一些“特征點(diǎn)”進(jìn)行測(cè)量保存，其過程非常耗時(shí)且精度不聞;
(4)插補(bǔ)精度低。如上條，“特征點(diǎn)”很難做到足夠密集，兩“特征點(diǎn)”間需要進(jìn)行插補(bǔ)，而由于其計(jì)算模型的復(fù)雜，普通的線性“插補(bǔ)”得到的與實(shí)際偏差較大，造成焊縫不均勻。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供了一種適用性強(qiáng)、方便調(diào)試和操作、高效高精度的數(shù)控環(huán)焊機(jī)及其插補(bǔ)控制方法。
[0005]為達(dá)到以上目的，本發(fā)明提供了一種數(shù)控環(huán)焊機(jī)，用于控制工件轉(zhuǎn)動(dòng)與焊槍移動(dòng)，焊接過程中焊槍的焊點(diǎn)與工件旋轉(zhuǎn)中心的連線保持為同一條直線上。
[0006]本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于，包括臥式環(huán)焊機(jī)或立式環(huán)焊機(jī)。
[0007]根據(jù)本發(fā)明另一方面，提供了一種數(shù)控環(huán)焊機(jī)的插補(bǔ)控制方法，以工件的旋轉(zhuǎn)中心為原點(diǎn)建立笛卡爾坐標(biāo)系，獲得工件上各焊點(diǎn)位置的坐標(biāo)P (x，Y，z)，并在此坐標(biāo)系下進(jìn)行速度規(guī)劃；在插補(bǔ)階段，根據(jù)加工點(diǎn)P在工件坐標(biāo)系位置規(guī)劃焊槍實(shí)時(shí)位置坐標(biāo)(Χ1，Υ1，Ζ1)、焊槍旋轉(zhuǎn)角Al，以及工件旋轉(zhuǎn)角度Α2，以使焊接過程中焊槍的焊點(diǎn)與工件旋轉(zhuǎn)中心的連線始終保持為同一條直線上。其最大特點(diǎn)是，可以在目前三軸數(shù)控銑床的基礎(chǔ)上，無需編寫特殊的程序加工代碼，也無需繁瑣的“教導(dǎo)”式編程，前瞻速度規(guī)劃可使速度曲線平滑且聞效，實(shí)時(shí)的插補(bǔ)調(diào)整可做到聞精度。
[0008]本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于，通過控制焊槍旋轉(zhuǎn)角Al與工件旋轉(zhuǎn)角度A2，使焊點(diǎn)在XlYlZl坐標(biāo)系下，始終位于Zl正半軸上，Xl和Yl的分量均為O。即:焊接過程中，焊點(diǎn)僅隨工件旋轉(zhuǎn)作上下起伏運(yùn)動(dòng)，在水平面上的無分量運(yùn)動(dòng)，借此可大大減少不必要的插補(bǔ)運(yùn)算，以滿足插補(bǔ)的實(shí)時(shí)性。
[0009]本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于，通過焊點(diǎn)坐標(biāo)Ρ(Υ，Ζ)計(jì)算工件旋轉(zhuǎn)偏移量及高度，確定焊槍的旋轉(zhuǎn)中心應(yīng)偏移到的坐標(biāo)(Υ1，ζ?)。
[0010]本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于,通過工件的旋轉(zhuǎn)中心到焊點(diǎn)坐標(biāo)Ρ(Υ，Ζ)的矢量相對(duì)于起始狀態(tài)的偏轉(zhuǎn)角度獲得工件旋轉(zhuǎn)偏移量與高度，根據(jù)焊點(diǎn)路徑的走向得到焊點(diǎn)處曲線切線與水平方向的夾角獲得焊槍旋轉(zhuǎn)角Al。
[0011]本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于，焊槍圍繞旋轉(zhuǎn)中心(Yl，Zl)在YlOZl面內(nèi)旋轉(zhuǎn)，控制焊槍角度調(diào)整，使焊槍與焊縫切線間夾角保持不變，滿足焊接工藝的需求。
[0012]本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于，在速度規(guī)劃階段采用全局S形速度曲線規(guī)劃。
[0013]本發(fā)明有益效果為:
1)縮短焊槍所在的Yi軸的最大行程，僅需調(diào)整焊槍長(zhǎng)度即可，與待焊接的工件外形尺寸無關(guān)，從而可節(jié)省導(dǎo)軌的尺寸，降低硬件成本；
2)Yl軸行程的減少，亦可帶來精度的提高；
3)加工程序無需特別編制，可通過通用的CAM軟件轉(zhuǎn)化成G代碼即可；
4)對(duì)于焊接外形尺寸相對(duì)簡(jiǎn)單的，甚至可以直接手工編寫加工代碼，上手快；
5)焊接點(diǎn)的速度均勻，因?yàn)槠渌俣纫?guī)劃可以用全局S形速度曲線算法來規(guī)劃；
6)各運(yùn)動(dòng)軸的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，機(jī)床無沖擊振動(dòng)；
7)高效，因全程無不必要的減速點(diǎn)；
8)可確保焊槍與焊縫切線間的夾角保持一致，提高焊接質(zhì)量。
【附圖說明】
[0014]附圖1描述了數(shù)控環(huán)焊機(jī)的立體示意圖；
附圖2為現(xiàn)有技術(shù)中數(shù)控環(huán)焊機(jī)的工作原理示意圖；
附圖3為根據(jù)本發(fā)明的數(shù)控環(huán)焊機(jī)的工作原理示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面對(duì)本發(fā)明的較佳實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)闡述，以使本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征能更易于被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，從而對(duì)本發(fā)明的保護(hù)范圍做出更為清楚明確的界定。
[0016]參見附圖1與附圖3所示，本發(fā)明的新型數(shù)控環(huán)焊機(jī)以臥式為例，用于控制工件繞A軸轉(zhuǎn)動(dòng)以及焊槍移動(dòng)，在整個(gè)焊接過程中焊槍的焊點(diǎn)與工件旋轉(zhuǎn)中心的連線保持為同一條直線上，當(dāng)然，以上方案同樣適用于立式環(huán)焊機(jī)。
[0017]此處進(jìn)一步提供了一種基于以上數(shù)控環(huán)焊機(jī)的插補(bǔ)控制方法，以工件的旋轉(zhuǎn)中心為原點(diǎn)建立笛卡爾坐標(biāo)系，獲得工件上各焊點(diǎn)位置的坐標(biāo)P (X，Y, Ζ)，并在此坐標(biāo)系下進(jìn)行速度規(guī)劃；在插補(bǔ)規(guī)劃階段，根據(jù)加工點(diǎn)P在工件坐標(biāo)系位置規(guī)劃焊槍實(shí)時(shí)位置坐標(biāo)(XI，Yl, Z1)、焊槍旋轉(zhuǎn)角Al，以及工件旋轉(zhuǎn)角度A2，以使焊接過程中焊槍的焊點(diǎn)與工件旋轉(zhuǎn)中心的連線保持為同一條直線上。其最大特點(diǎn)是，可以在目前三軸數(shù)控銑床的基礎(chǔ)上，無需編寫特殊的程序加工代碼，也無需繁瑣的“教導(dǎo)”式編程，前瞻速度規(guī)劃可使速度曲線平滑且高效，實(shí)時(shí)的插補(bǔ)調(diào)整可做到高精度，由于焊點(diǎn)與工件旋轉(zhuǎn)中心的連線始終在一條固定直線上，簡(jiǎn)