基才ＰＬＣ的数控焊接机研制

杨国太，陈玉

（安徽工程科技学院机械工程系，安徽芜湖２４１０００）

摘

要：设计出一套数控系统，对汽车制遗业中焊接工序实现数字控制，以提高企业生产率和降低

员工的劳动强度。具体设计任务如下：１）上位机（ＩＰＣ）的选择，根据数控设备的规模和总线类型选择

合理的工控机，且确定信号通讯方试；２）３个导轨方向的速度位置控制器的选择；３）用于ＣＮＣ和机床

之间的ＰＬＣ的选择且在此系统中的梯形图的设计；４）根糖此机床设备的设计参数和工作条件选择步进

电动机及其驱动器。

关键词：数控系统；焊接机；步进电动机驱动器；可鳊程序控制器

中图分类号：ＴＧ４２５．２

文献标识码：Ａ

现代社会对汽车的需求量很大，特别是我国现

阶段汽车工业的飞速发展，使得我国汽车生产企业

中的员王的劳动强度很大，特别在车身装配焊接这

部分工序，员工的手动焊接往往不能很好的保证焊

接质量，降低了汽车的整车性能。所以急需有一套

数控焊接设备以代替传统的手动焊接方式。本数控

系统的设计是基于中国汽车制造企业的要求，改善

工人劳动强度，提高企业的生产率，同时对提高车

身焊接质量，提高汽车的整车性能有着重大意义。

为我国汽车产品在国际市场上参与汽车生产强国产

品竞争打下了良好的基础。

１

设计的主要内容

１）首先对数控系统功能进行分析，确定总体

技术方案，确定出系统框图。然后对各框图进行功

能分析。对系统中３个模块进行详细的分析设计。

２）步进电机的选择，原理是利用力学公式，计

算出步进电动机的最大静转矩、换算到电动机轴上

的负载转矩、步进电动机转子的最大转动惯量、折

算步进电动机转子上的等效转动惯量等，要求选择

的步进电机中相应的各参数满足上述计算结果。

３）根据控制对象确定输入和输出接口点数，

且与机床和ＣＮＣ的信号交换的ＰＬＣ地址类型，选

择适合的ＰＬＣ且设计出与ＣＮＣ相配套的ＰＬＣ程

序，与ＣＮＣ配合控制数控焊接机工作。

４）设计出一套步进电机驱动设备，对ＣＮＣ发

出的脉冲信号进行相序分配和功率放大，控制步迸

电机各相绕组的通断电，实现步进电机的控制。

２总体技术方案

本数控系统设计采用组装方法，ＣＮＣ采用大

板结构，根据需要选用各种功能模块，如ＰＬＣ模

块，ＭＤＩ模块，手摇脉冲发生器模块，各轴速度位

置控制模块等。步进电机驱动器可根据要求自行设

计。根据机床中的控制对像，选用合适的ＰＬＣ，然

后结合选用的其它设备的规格，根据数控焊接机所

应具有的功能，设计出ＰＬＣ程序。

此数控系统是应三轴二联动数控焊接机要求而

设计的。其应具备以下功能：根据工件上的焊接位

置，设计出相应程序并由手动输入，经由位置速度

控制器处理，产生出控制脉冲，ＣＮＣ发出的信号脉

冲经由自行设计的环型脉冲分配器分配，再进行功

率放大，控制列曲方向和脚方向步进电动机转动，

实现ｘ方向和ｌ，方向的联动，使得焊接头在ｘ轴方

向和ｙ方向定位。之后再由ＣＮＣ发出控制ｚ轴方

向的步进电动机运动信号，控制Ｚ轴方向步进电机

工作。利用上位机（ＩＰＣ）控制焊接头与工件之间

的压力，通过压力传感器实现反馈，实现对焊接机

开始焊接的控制。此次设计方案为：最上层采用工

业ＰＣ机，下层是ＰＬＣ与三轴速度位置控制器。其

中ＰＬＣ主要用于开关量和少量连续量的信号处理

及由ＣＮＣ传到ＰＬＣ的信息处理。速度位置控制器

对３个步进电动机实行控制，实现ｘ轴方向和ｙ轴

方向的联动，ｚ轴方向独自运动。最终构成３坐标

位置和速度的自动控制系统。其系统框图如图ｌ。

《新技术新工艺》・高效焊接与切割－新产品研究与应用

２００７年

第５期

。３３．

　

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