【正文】 Motor driver circuit diagram 單片機(jī)控制的焊接時序控制電路 焊接時序控制電路具體方案根據(jù)80C51系列單片機(jī)的特點(diǎn)，可以利用單片機(jī)的I/O功能和T0、T1的計(jì)數(shù)功能來達(dá)到設(shè)計(jì)的目的。4）電機(jī)的手動正反轉(zhuǎn)通過手動撥鈕實(shí)現(xiàn)，自動正反轉(zhuǎn)通過繼電器實(shí)現(xiàn)，繼電器的吸合和釋放由單片機(jī)控制。圖46 觸發(fā)脈沖波形圖 Triggering pulse waveform 電機(jī)的驅(qū)動電路電機(jī)的驅(qū)動電路主要包括以下幾個部分：1）123V的交流電壓經(jīng)整流電路輸出110V直流電壓給電機(jī)勵磁供電。U1及相應(yīng)元件組成晶閘管觸發(fā)電路，觸發(fā)脈沖為一脈沖列。AR2為比例積分電路，給定信號及反饋電壓均加在該放大器的反相端。AR1，C2等組成鋸齒波發(fā)生器。但是，在焊接過程中，一般采用電樞電壓負(fù)反饋就可以滿足工藝要求。采用速度負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)，由于控制對象是轉(zhuǎn)速，所以不僅可以補(bǔ)償負(fù)載變化造成的轉(zhuǎn)速降，而且還可以補(bǔ)償網(wǎng)壓波動造成的轉(zhuǎn)速變化，控制精度很高。另一部分是：220V的交流電壓經(jīng)另一變壓器、整流電路、穩(wěn)壓電路后輸出5V的直流電壓給單片機(jī)供電。圖42 控制面板的設(shè)計(jì)圖 Design diagram of the control panel 系統(tǒng)的硬件組成焊機(jī)的硬件系統(tǒng)主要組成如圖43：圖43 焊機(jī)的硬件系統(tǒng)框圖 Welder hardware system diagram系統(tǒng)硬件主要由電源部分、電機(jī)驅(qū)動部分、電機(jī)調(diào)速部分、由單片機(jī)控制的焊接時序電路部分。4 自動堆焊系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 硬件設(shè)計(jì)方案硬件設(shè)計(jì)方案如圖41。擺動機(jī)構(gòu)的最大擺動速度4400mm/分鐘、最大擺動寬度199mm（該參數(shù)可根據(jù)用戶的實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)整，最大可以達(dá)到450mm），重復(fù)定位精度≤。該擺動機(jī)構(gòu)有別于傳統(tǒng)的偏心輪式的擺動機(jī)構(gòu)，不但可以實(shí)現(xiàn)勻速直線擺動（保證熔深均勻），而且可以精確的調(diào)整擺動兩端的停留時間。表32 送絲電機(jī)參數(shù) Parameters of the wirefeedmotor轉(zhuǎn)矩mNm轉(zhuǎn)速r/min功率P/W電壓U/V電流I/A允許順差轉(zhuǎn)數(shù)差r/min轉(zhuǎn)動慣量不大于mNm電樞激磁電樞激磁510150080110110100根據(jù)公式31，m，根據(jù)公式31，送絲滾輪采用一只主動滾輪，另一只為從動滾輪的形式，為減少阻力，滾輪開有V型槽。 送絲電機(jī)和減速器的選擇本設(shè)計(jì)采用推式送絲系統(tǒng)，包含送絲機(jī)、焊槍和送絲軟管等。m。螺旋傳動的軸向載荷F約為98N，螺桿的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩Mq=Fd/2==1）電機(jī)電樞和勵磁額定電壓的選定本設(shè)計(jì)中提供110V的可調(diào)直流電源，因此可選用電樞和勵磁額定電壓為110V的電機(jī)。M點(diǎn)對應(yīng)于電動機(jī)的臨界狀態(tài)，這時電樞電流Ia等于換向允許的最大電樞電流Iamax=（~）IaN。電樞電流與磁場相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩T，拖動生產(chǎn)機(jī)械以某一轉(zhuǎn)速n運(yùn)轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)矩改變時，轉(zhuǎn)速變化較小的，稱為硬特性，如曲線1；而轉(zhuǎn)速變化較大的稱為軟特性如曲線2[15]。3）小型化，輕量化：隨著機(jī)電一體化精密化、高速化的發(fā)展，必須要求其傳動機(jī)構(gòu)小型化、輕量化，以提高運(yùn)動靈敏度，減小沖擊，降低能耗。常見的傳動機(jī)械有：絲桿螺母、齒輪、齒輪齒條、鏈輪鏈條、帶傳動、滑輪、杠桿機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、摩擦輪、方同節(jié)、輪軸、蝸輪蝸桿、間歇機(jī)構(gòu)等[12]。因此，應(yīng)設(shè)計(jì)和選擇傳動間隙小、精度高、體積小、運(yùn)動平穩(wěn)、傳遞轉(zhuǎn)矩大的傳動部件[12]。 機(jī)電一體化對機(jī)械傳動的基本要求常用的機(jī)械傳動部件有螺旋傳動、齒輪傳動、同步帶、高速帶傳動以及各種非線形傳動部件等。4）工作平穩(wěn)無噪聲。對于螺旋傳動施加一個不大的轉(zhuǎn)矩，即可得到一個大的軸向力[13]。因?yàn)樽笥彝习寤瑒勇菪z桿副的結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度都能滿足上拖板的傳動要求，為加工制造方便，拖板螺旋絲桿副的螺紋牙型、公稱直徑d、牙型角a、螺距P、螺母高度H、旋合圈數(shù)z、螺紋的工作高度h、螺紋的牙底寬度b和下拖板的螺旋絲桿副相同。當(dāng)螺旋不自鎖時，也可以將直線運(yùn)動變成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。另外，機(jī)電一體化對機(jī)械傳動的要求為：精密化、高速化、小型化、輕量化。Y方向：由他勵直流電機(jī)通過前后拖板內(nèi)的滑動螺旋絲杠副的傳動使焊車沿Y方向作間隙運(yùn)動，即當(dāng)焊車焊完一道焊縫開始反向時，前后拖板起動，載著焊車沿預(yù)定的方向移動指定的距離，使焊車指向新焊道，并使相鄰焊道重疊焊縫寬度的1/31/2。焊槍調(diào)整機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)在Z方向上的調(diào)整。焊接工作臺用于實(shí)現(xiàn)焊車的運(yùn)動以及擺放、夾持工件，焊車能夠在X和Y方向上自動往返行走，為此需選用合適的機(jī)械傳動方式和合適的電機(jī)。為此應(yīng)適當(dāng)增大噴嘴直徑，以便在大流量時仍可獲得穩(wěn)定的層流。影響保護(hù)的主要因素有：氣體流量、噴嘴高度及風(fēng)的大小。2）裝置從冷狀態(tài)工作到熱狀態(tài)時，送絲速度變化率不超過5%[11]。為了保證上述電機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性，其驅(qū)動電路均采用晶閘管整流,并引入電樞電壓負(fù)反饋和電樞電流正反饋。 對堆焊機(jī)床的要求堆焊機(jī)床的任務(wù)是提供主軸的升降、焊槍的移動和焊絲的送進(jìn)等三個運(yùn)動。最小送絲速度Vfmin對應(yīng)著最小電流Imin，而最大送絲速度Vfmax對應(yīng)著最大電流Imax。在本系統(tǒng)中，為了使系統(tǒng)具有較高的可靠性和良好的經(jīng)濟(jì)性, 通常情況下系統(tǒng)所配電源為國內(nèi)非常成熟的晶閘管電源（也可根據(jù)不同的需要配置其他系列的弧焊電源）。電弧電壓也反映了弧長的大小。電弧電壓是決定焊縫熔寬的最主要的因素。適用于厚板和填充焊縫[11]。根據(jù)焊件的情況，首先應(yīng)選擇合適的焊絲直徑。所以通常焊接速度多為30~50cm/min。3）焊接速度：在電弧電壓一定的情況下，焊接速度加快則焊縫的熔深、熔寬和余高都減小，焊道成為凸形。對送絲系統(tǒng)的控制，是指對送絲電機(jī)的控制。圖12 定位焊接的兩種方式 Two ways of positioning welding 2）進(jìn)行堆焊的過程中，能調(diào)節(jié)送絲速度、焊接速度和焊縫間距并實(shí)現(xiàn)送絲機(jī)和焊車電機(jī)的無級調(diào)速。定位焊目的是只堆焊待焊平面的某一偏磨段。即其工作過程是：1—2—3—4—5—6—7—8—9—10—11—按預(yù)停鍵—12—結(jié)束；或：12—11—10—9—8—7—6—5—4—3—2—按預(yù)停鍵—1—結(jié)束。8）停車后控制柜處于起始狀態(tài)。當(dāng)行程開關(guān)或緊急停車按鈕工作時，電焊機(jī)立即關(guān)閉，關(guān)閉所有電機(jī)。2）面板上的控制按鈕要實(shí)現(xiàn)手動和自動的轉(zhuǎn)換?；谏鲜龅脑颍谖覈鴮χ悄苣湍ヤ摪宥押笝C(jī)單片機(jī)控制器展開研究是十分有意義的。改善了工人勞動條件及勞動環(huán)境，勞動強(qiáng)度大大下降，可以靈活地解決磨損程度不同和以及待焊區(qū)尺寸不同的問題，設(shè)備簡單、原材料供應(yīng)方便，具有良好的經(jīng)濟(jì)價值。設(shè)計(jì)中包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)，硬件電路部分主要包括以AT89S52單片機(jī)為控制中心的焊接時序電路和直流調(diào)速系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)焊接過程的全自動，并可以靈活地解決磨損程度不同以及磨損區(qū)尺寸不同的問題。所以提高焊接質(zhì)量、改善勞動條件、提高勞動生產(chǎn)率己成為所有焊接工作者的強(qiáng)烈愿望。就我國來看，近幾年在堆焊技術(shù)上做了許多研究，但仍然沒有滿意的產(chǎn)品誕生，能實(shí)現(xiàn)自動堆焊的設(shè)備很少，效果和普及程度也不佳，不能滿足現(xiàn)階段我國國情的發(fā)展。因此，國內(nèi)外制造業(yè)對堆焊技術(shù)的發(fā)展十分重視，各工業(yè)發(fā)達(dá)國家的相關(guān)學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)均設(shè)置了專門委員會，以協(xié)調(diào)和促進(jìn)堆焊技術(shù)的發(fā)展。特別是近年來，隨著汽車工業(yè)等現(xiàn)代化大批量生產(chǎn)企業(yè)的不斷增加，電阻焊接方法在整個焊接領(lǐng)域中的比例也在增加，而且其應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷的擴(kuò)大。發(fā)展初期主要用于修復(fù)領(lǐng)域，即恢復(fù)零件的形狀尺寸，60年代已經(jīng)將恢復(fù)形狀尺寸與強(qiáng)化表面及表面改性相結(jié)合，改革開放后堆焊技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步擴(kuò)大，堆焊技術(shù)從修理業(yè)擴(kuò)展到制造業(yè)，90年代受先進(jìn)制造技術(shù)理念的影響，堆焊方法與智能控制技術(shù)和精密磨削技術(shù)相結(jié)合的近凈形技術(shù)（Near Net Shape）引起了制造業(yè)的廣泛關(guān)注，這也是堆焊技術(shù)從技藝走向科學(xué)的重要標(biāo)志。利用此耐磨鋼板堆焊控制系統(tǒng)，堆焊層質(zhì)量好，抗銹、抗裂能力強(qiáng)，縮短了焊前準(zhǔn)備工作時間和其他輔助工作時間，堆焊過程連續(xù)，生產(chǎn)效率高，能耗及綜合成本低。本論文采用CO2氣體保護(hù)焊工藝，以單片機(jī)為控制中心設(shè)計(jì)一種耐磨鋼板堆焊控制系統(tǒng)。所以提高焊接質(zhì)量、改善勞動條件、提高勞動生產(chǎn)率己成為所有焊接工作者的強(qiáng)烈愿望。CO2 welding。關(guān)鍵詞：堆焊；CO2氣體保護(hù)焊；自動控制；單片機(jī)AbstractWith the improving of automatic welding maehine,the automatization of hardfacing we1ding facility bee an urgent prob1em which we should resolve as soon as welding with hand is a type of work which is swinked,highdrain and low produetive designing a kind of automatic hardfacing welding equipment with costeffeetive appoaches to improve produetivity and work conditions will have a big market.This thesis studies a kind of automatic plane hardfacing welding control system with CO2 welding control center is singlechip and it makes the whole proeessing also can automatically weld the workpiece which is frayed abnormally or frayed with different paper introduced the design method and research process of the control system,ineluding hardware design,software design and so hardware cireuits inelude thyristor direct current speedgovening system and the welding logic control circuits controlled mainly by AT89S52 siglechip,and besides,the circuits have some measures of software is written by C soft hardware,the control system can achieve two kinds of welding methods,full welding and orientation welding by weld proeessing logic automatic control.This system have the following feature:Working continuously with highly automatic degree。軟件程序用C語言寫成。因此，設(shè)計(jì)一種自動堆焊設(shè)備有非常重要的意義。目前能實(shí)現(xiàn)自動堆焊的設(shè)備很少，使用效果差，堆焊勞動強(qiáng)度大，工作環(huán)境惡劣，效率低，能耗高。硬件電路部分主要包括以AT89S52單片機(jī)為控制中心的焊接時序電路和晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)。因此，本控制系統(tǒng)具有良好的實(shí)用價值。Getting raw materials easily and proeessing with low hese advantages this system will have high practieal value.Keywords:hardfaeing welding。但是以往的人工焊接勞動量大；速度慢；生產(chǎn)效率低；根本無法滿足生產(chǎn)的需要。所以對我國來講研發(fā)出一個智能化的堆焊機(jī)勢在必行。送絲速度和焊接速度的調(diào)節(jié)采用晶閘管電壓負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)；焊縫間距的調(diào)節(jié)利用一個BCD撥盤將信號反饋給單片機(jī)，通過單片機(jī)的程序來控制；焊接時序控制和焊車的行走方式由軟硬件結(jié)合實(shí)現(xiàn)。1 概述 堆焊技術(shù)的發(fā)展 堆焊的主要發(fā)展與應(yīng)用堆焊技術(shù)在我國起源于20世紀(jì)50年代末，幾乎與焊接技術(shù)同步發(fā)展。因此，自19世紀(jì)末問世以來得到了迅速發(fā)展，廣泛地用于航空航天，汽車車輛，輕工家電等行業(yè)。因此，堆焊既可用于修復(fù)材料因服役而導(dǎo)致的失效部位，亦可用于強(qiáng)化材料或零件的表面，其目的都在于延長零件的使用壽命、節(jié)約貴重材料、降低制造成本。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，各種焊接設(shè)備的智能化成果與產(chǎn)品已大量涌現(xiàn)出來，這是焊接設(shè)備的一個發(fā)展方向，也是焊接生產(chǎn)現(xiàn)代化的必然趨勢。但是人工焊接勞動量大，速度慢，生產(chǎn)效率低，根本無法滿足發(fā)展的需要。為解決此等問題，本設(shè)計(jì)研發(fā)了一種以單片機(jī)為控制中心的耐磨鋼板堆焊控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)以CO2為保護(hù)氣體的焊接。而利用此自動堆焊控制系統(tǒng)，堆焊層質(zhì)量好，抗銹、抗裂能力強(qiáng)，縮短了焊前準(zhǔn)備工作時間和其他輔助工作時間，堆焊過程連續(xù)，生產(chǎn)效率高，能耗及綜合成本低。但是，引進(jìn)價格和運(yùn)行費(fèi)用太高，不能成為我國發(fā)展焊接技術(shù)的唯一途徑，我們只有依靠自己的力量借鑒國外的經(jīng)驗(yàn)研制開發(fā)、確立自己的核心技術(shù)和知識產(chǎn)權(quán)，為將來進(jìn)一步發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。具體過程如下：1）總控開關(guān)負(fù)責(zé)所有電器的控制，總控開關(guān)打開后供氣供電、電焊機(jī)啟動。控制面板設(shè)緊急停車按鈕。7）自動焊停車23秒鐘后停止供氣。系統(tǒng)設(shè)定機(jī)器的最大堆焊長度（如圖11 X方向的行程），焊車能按照圖11的走向自動焊接，并在最后一條焊道的任何位置按下“預(yù)停”鍵時，焊車?yán)^續(xù)焊完此焊道后自動