一种五轴联动数控焊接机及其焊接工艺控制方法技术

本发明专利技术涉及一种五轴联动数控焊接机及其焊接工艺控制方法，其采用ＣＡＤ／ＣＡＭ建立焊接工件模型，规划输出特定的焊点序列数据，然后应用特定的机床运动学公式对其进行坐标转换并生成Ｇ代码数控程序文件，机械传动系统五轴按照该转化后的特定焊点数据联动以达到优化焊枪焊接时与焊点之间的位置，保证焊接产品质量一致性好，重复精度高，运动和动力性能好等优点；机械传动系统包括三个驱动焊枪分别发生Ｘ、Ｙ、Ｚ直线移动导轨和两个驱动焊枪旋转的旋转轴组成，其中直线移动导轨可以保证旋转轴在工作空间内发生任何位置平移，而两个驱动焊枪旋转的旋转轴可以保证焊枪围绕焊点做３６０度旋转，因而本发明专利技术具备机床行程大，无死区，通用性，适应性强等优点。

Five axis linkage numerical control welding machine and welding process control method thereof

The invention relates to a five axis CNC welding machine and welding process control method, the welding workpiece model of CAD / CAM by sequence specific data output joint planning, and then apply the specific machine tool kinematics formula of coordinate transformation and the generation of G code number control procedures, mechanical transmission system of the five axis according to a specific spot the transformed data linkage to achieve optimization between welding torch and welding position, ensure the quality of welding products with good uniformity, high repetition accuracy, good dynamic performance and advantages of movement; mechanical transmission system including three X and Y respectively to drive the welding torch, Z linear motion guide and two rotating shaft to drive the welding torch the rotation of the linear guide rail can ensure the rotation axis in the working space in any location of translation, while the two driven welding The rotating shaft of the gun can ensure that the welding gun rotates 360 times around the solder joint, so the invention has the advantages of large machine tool stroke, no dead time, versatility and adaptability.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种焊接机，尤其是一种五轴联动的数控焊接机。本专利技术还涉及一种工艺流程，尤其是一种应用计算机程序实现焊接机运转以焊接工件的 工艺流程。
技术介绍
在现有的焊接设备中，焊枪头一般只能在三维空间中发生平移，不能进行角度变化，因 此在焊接时，焊枪与焊点之间的位置总不能达到最优的状态，所以往往造成焊缝产生气孔、 夹渣等现象，影响焊接质量。另外，目前的焊接机一般采用手工编程方式进行加工程序的编制，这对于工件焊缝形状 比较简单时是可以实现的，但是随着工件焊缝复杂程度的增加，数学计算量、程序段数目也 将大大增加，这时如果单纯依靠手工编程将及其困难，甚至是不可能完成。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的不足，提供一种五轴联动数控焊接机，其通过一焊枪头驱动装置 驱动焊枪头在三维空间发生平移和旋转，从而保证焊接时实现焊枪与焊点之间的最佳位置， 优化焊接质量。为实现以上的专利技术目的，本专利技术将采用以下的技术方案一种五轴联动数控焊接机，包括控制系统、伺服系统、检测系统以及机床传动系统，其 特征在于，所述的机床传动系统包括设置于工作台上的能驱动焊枪平移以及驱动焊枪头旋转 的焊枪驱动装置，所述伺服系统包括第一伺服/步进电机、第二伺服/步进电机、第三伺服/步 进电机、第四伺服涉进电机以及第五伺服涉进电机，其输入端与控制系统相连接，所述的焊 枪驱动装置包括焊枪平移装置和焊枪头旋转装置，所述焊枪平移装置包括呈三维坐标设置的 第一导轨、第二导轨以及第三导轨，所述第一导轨呈X方向设置并固设于工作台上，所述第 三导轨呈Z方向设置并固定连接在第一导轨的滑座上，而第二导轨则呈Y方向设置且固定连 接在第三导轨的滑座上；所述焊枪头旋转装置包括固定连接在第二导轨滑座上且与所述第三 导轨轴线平行的主旋转轴以及与主旋转轴输出端设置的承接板固定连接的第五伺服/步进电 机，所述第五伺服/步进电机输出端与焊枪旋转连接；所述第一导轨、第二导轨、第三导轨以 及主旋转轴输入端分别与第一伺服/步进电机、第二伺服/步进电机、第三伺服/步进电机和第四伺服/步进电机连接。所述的第四伺服/步进电机与主旋转轴之间连接有第一减速传动机构，而所述第五伺服/步 进电机与焊枪之间连接有第二减速传动机构。所述的第一、第二减速传动机构为蜗轮蜗杆传动机构或行星齿轮系传动机构或谐波减速器。所述第二减速传动机构与焊枪之间设置有带轮传动或链轮传动或齿轮传动或平面连杆传 动机构。本专利技术的另一个专利技术目的是提供一种焊接工艺编程控制方法，其通过采用CAD/CAM自动 编程系统生成刀具轨迹数据文件，而后经专用后处理软件读取，并通过tl床运动学公式，将 该刀具轨迹数据进行转化为焊接加工NC程序，发出指令给伺服系统驱动焊接机机床上焊枪运 转进行焊接加工。为实现以上的专利技术目的，本专利技术将采用以下的技术方案-一种焊接工艺控制方法，所述焊接工艺控制方法通过运用计算机程序自动控制所述机床 传动系统运转以优化焊枪焊接时与焊点之间的位置，其具体方法步骤如下(1) 采集特定的工件焊缝轨迹的焊点坐标(x(n)， y(n)， z(n))及其对应处刀轴空间矢量分量(々n)， _/(n)， ~)):在CAD/CAM自动编程系统中建立工件坐标系，建立待焊接工件的几何模型，确定焊缝轨迹曲线，接着在该模型上进行焊接工艺规划、焊枪定义、 确定运动参数以及刀轴矢量的控制方式从而输出焊缝轨迹加工数据文件，其包括 一系列的工件焊缝轨迹的焊点坐标(x(n), y(n)， z(n))及其对应处刀轴空间矢量分量(zw， 所述刀轴矢量是指焊枪头指向焊枪柄的方向，n为焊点序列号；(2) 生产数控系统所识别的G代码文件针对机床结构建立机床坐标系，将步骤(1) 所得焊缝轨迹加工数据文件输入后处理系统，其运用特定的机床运动学求解公式 将焊缝轨迹中的每一个焊点数据(x(n), yw, z(n)， /(n)， /(n),、))转化为机床结构坐标点(X'(n)， y'(n)， Z'(n))以及机床旋转结构的旋转坐标角度值(A(n) , C(n))，生成数控程序G代码文件；(3) 运行数控系统将步骤(2)所得G代码文件输入数控系统，当焊接机完成对待焊 接工件对刀、定位和装夹后，启动运行并由数控系统发出指令给伺服系统驱动机 床传动系统运动，机床传动系统中第一导轨、第二导轨、第三导轨上的滑座将在第一伺服/步进电机、第二伺服/步进电机、第三伺服/步进电机驱动下按照(x'(n)， y'(n), z'(n))三坐标值进行直线移动，而第四伺服/步进电机以及第五伺服/步进电机将分别按照旋转角度值(C(n), A(n))进行进给；(4) 启动悍枪，开始工件焊接当所述焊枪在机床传动系统的的运作下使得其在机床坐标系中完成焊缝起始点(x;n)， y;n), z'(n))以及角度值(A(n), C(n))的定位时，数控系统通过执行相应的代码指令，启动焊枪点火，开始进行焊接；(5) 焊枪熄火，结束工件焊接继续依次执行数控代码，读取焊缝轨迹曲线上的焊点 数据，并按照上述方式依次进行五轴的线性插补，进而驱动焊枪使其位置和角度 发生连续变化，以拟合完成整条焊缝轨迹曲线，从而结束工件焊接。本专利技术采用以上的技术方案，可以达到以下的有益效果1. 本专利技术采用的焊枪驱动装置包括三个驱动焊枪分别发生X、 Y、 Z直线位移的导轨和 两个驱动焊枪旋转的旋转轴组成，其中三个驱动焊枪分别发生X、 Y、 Z直线位移的导轨可以保证旋转轴在工作空间内发生任何位置平移，而两个驱动焊枪旋转的旋转轴可以保证焊枪围绕焊点做360度旋转，从而保证焊接时实现焊枪与焊点之间的最佳位置，优化焊接质量，同 时这种结构配置形式使得机床行程大，无死区，通用性适应性强，另由于其运动方式完全依 赖于机床自身的线性轴、回转轴的运动，且焊机本身工作台主要起支撑工件的重量和辅助工 具的重量，使机床空间利用率提高，故非常适合大型、焊缝复杂工件的焊接加工。2. 本专利技术在第二减速传动机构与焊枪之间连接有链轮传动或者齿轮传动或者带轮传动 或者连杆传动机构，则这种传动机构在保证传动精度的同时还保留了焊枪与输气管的活动空 间，另外该空余空间使其可以对比较细小的内腔型焯接工件进行焊接。3. 本专利技术所提供的焊接工艺控制方法运用当今主流的CAD/CAM软件进行焊接工件的 建模、焊接工艺的规划、运动过程的设计、工序流程的定义等操作；输出特定焊点数据并绘 制出相应的焊缝轨迹曲线，应用控制系统内特定的机床运动学公式自动完成机床焊枪运动轨 迹数据的计算、加工程序的编制和输出，从而达到自动控制机床传动系统运作的目的，同时， 应用计算机程序进行焊点数目的控制，使得本专利技术具备产品质量一致性好，重复精度较高， 运动和动力性能较好等优点，克服了目前机械手焊接的控制多采用示教方式编程操作、操作 工人劳动强度大、人为因数差异较大、产品质量难以控制、品质难以测控和量化等缺陷。 附图说明图1是本专利技术所述焊接机工艺流程图2是本专利技术所述焊接机的立体结构示意图； 图3是本专利技术所述焊接机焊枪头旋转装置的左视图； 图4是本专利技术所述焊接机焊枪头旋转装置B-B剖视图； 图5是本专利技术焊枪头旋转装置E-E剖视图； 图6是本专利技术后处理系统的内部运行流程图。 具体实施例方式以下将结合附图对本专利技术的技术方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种五轴联动数控焊接机，包括控制系统、伺服系统、检测系统以及机床传动系统，其特征在于，所述的机床传动系统包括设置于工作台上的能驱动焊枪平移以及驱动焊枪头旋转的焊枪驱动装置，所述伺服系统包括第一伺服／步进电机、第二伺服／步进电机、第三伺服／步进电机、第四伺服／步进电机以及第五伺服／步进电机，其输入端与控制系统相连接，所述的焊枪驱动装置包括焊枪平移装置和焊枪头旋转装置，所述焊枪平移装置包括呈三维坐标设置的第一导轨、第二导轨以及第三导轨，所述第一导轨呈Ｘ方向设置并固设于工作台上，所述第三导轨呈Ｚ方向设置并固定连接在第一导轨的滑座上，而第二导轨则呈Ｙ方向设置且固定连接在第三导轨的滑座上；所述焊枪头旋转装置包括固定连接在第二导轨滑座上且与所述第三导轨轴线平行的主旋转轴以及与主旋转轴输出端设置的承接板固定连接的第五伺服／步进电机，所述第五伺服／步进电机输出端与焊枪旋转连接；所述第一导轨、第二导轨、第三导轨以及主旋转轴输入端分别与第一伺服／步进电机、第二伺服／步进电机、第三伺服／步进电机和第四伺服／步进电机连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吕家琪，
申请(专利权)人：吕家琪，
类型：发明
国别省市：44[中国|广东]