CN102658421B - 一种双头摩擦焊机的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种双头摩擦焊机，包括两个动力头、控制装置和机身，还包括两个绝对式光栅尺，其中：绝对式光栅尺包括与所述动力头连接，可随所述动力头移动的光栅尺本体；固定设置在所述机身上，能够与所述光栅尺本体配合，以实时读取所述光栅尺本体的读数，并将读取结果输送至所述控制装置以配合所述控制装置切换双头摩擦焊机工作状态的读数头。本发明采用绝对式光栅尺代替了传统的行程开关，实现了双头焊机工作状态的切换，在焊接不同长度的待焊件时只需在控制装置中输入工艺参数而无需更换行程开关在机身上的安装位置，显著提高了双头摩擦焊机的自动化程度和工作效率，减轻了控制人员的工作负担。本发明还提供了一种双头摩擦焊机的控制方法。

Description

一种双头摩擦焊机的控制方法

技术领域

本发明涉及机械加工技术领域，更具体地说，涉及一种双头摩擦焊机的控制方法。

背景技术

摩擦焊机是利用摩擦加热原理将两个金属待焊件的端面焊接在一起的设备，它通过电动机带动的旋转夹具夹持一个待焊件转动，主油缸推动移动夹具夹持的另一个待焊件靠近转动的待焊件，在两个待焊件接触后，通过两个待焊件的相互摩擦加热、加压作用，使两个待焊件在摩擦端面产生塑性变形、表面激活和再结晶而形成焊接接头，以实现两个待焊件的焊接。

双头摩擦焊机是摩擦焊机中较为重要的一种，双头摩擦焊机的结构及工作过程是：床身中间用紧固夹具夹持一根待焊件，左右两侧各有旋转夹具夹持的一根待焊件，旋转夹具固定在动力头上，液压系统推动动力头以较快的快进速度向中间运动，此时旋转夹具不转动，在两侧待焊件移动至距中间待焊件一定距离时，动力头的移动速度由快进速度转换为工进速度，当两侧的待焊件均与中间待焊件接触后，两侧的待焊件再次与中间待焊件分开一定的距离，然后电动机带动两侧旋转夹具夹持的待焊件转动，待其转速上升到平稳的速度后，使两侧待焊件再次以工进速度靠近中间待焊件，接触后开始旋转摩擦，一段时间后摩擦结束，开始顶锻保压，再经过一定的保压时间，夹具松开待焊件，焊接完成。这样在进行了快进、工进、接触、分离、旋转、再次工进、摩擦、顶锻几个工作状态后，两侧的待焊件和中间的待焊件就通过摩擦加热的方式实现了焊接。

目前双头摩擦焊机主要有两种控制方式：一种以PLC为核心，控制双头摩擦焊机的动作顺序；一种采用更加先进的PLC+IPC(工业计算机)的分布式控制方式。在以上两种方式中，都是采用行程开关来定位动力头的移动位置，通过读取行程开关信号实现工作状态的转换（即在每一个状态切换位置都需要安装行程开关，当动力头运动到状态切换位置时，动力头压合行程开关，行程开关发生信号给控制装置，控制装置控制双头摩擦焊机切换工作状态），但是在待焊件的长度规格不同的情况下，待焊件的加工工艺要求（例如动力头的初始运动位置、动力头移动速度、夹具状态、摩擦缩短量等）不同，行程开关就需要根据工艺要求改变其在机身上的安装位置，也就是说待焊件的长度一旦改变，行程开关都要重新安装，给焊接带来很大的不便。

其次的，除上述缺点以外，双头摩擦焊机在实际的工作过程中，虽然其能够控制两侧待焊件的摩擦缩短量相同，但是由于摩擦的起始点不一定一致，两侧待焊件作用在中间待焊件上的摩擦压力和摩擦速度也不可能保证完全的一致，所以双头摩擦焊机两侧完成相同的摩擦缩短量时所用的时间不可能完全相同，这样就只能左右侧分别进入顶锻阶段，而单侧顶锻时间越长对中间夹具的强度破坏也就越大；在现有的双头摩擦焊机中，摩擦焊接的摩擦始毕依靠压力继电器或接触电流触发摩擦开始信号来控制，而压力继电器或接触电流的准确性受液压系统的波动影响很大，如果液压系统的压力不稳定，就会对后续的测量及控制精度造成影响；在双头摩擦焊机需要控制人员对其进行控制或维修时，需要将双头摩擦焊机调整到手动控制状态，当再次将双头摩擦焊机调整到自动控制初始状态时，控制人员就必须进行多次的按钮操作来实现，过程比较繁琐而且浪费时间，影响双头摩擦焊机的工作效率。

综上所述，如何提供一种双头摩擦焊机及其控制方法，以解决无法便捷测量动力头移动位置，双头摩擦焊机自动化程度不高的问题，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种双头摩擦焊机的控制方法，解决了无法便捷测量动力头移动位置，双头摩擦焊机自动化程度不高的问题。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种双头摩擦焊机的控制方法，该双头摩擦焊机，包括两个动力头、控制装置、机身和可测量任意两点之间距离值的两个绝对式光栅尺，其中绝对式光栅尺包括与所述动力头连接，可随所述动力头移动的光栅尺本体，以及固定设置在所述机身上，能够与所述光栅尺本体配合，以实时读取所述光栅尺本体的读数，并将读取结果输送至所述控制装置以配合所述控制装置切换双头摩擦焊机工作状态的读数头，其控制方法包括以下步骤：

1）将长度已知的选定待焊件分别设置在所述双头摩擦焊机的旋转夹具和紧固夹具上，双头摩擦焊机的所述动力头由选定待焊件工艺要求的初始位置移动，直至与所述动力头连接的旋转夹具夹持的待焊件，与位于机身中间的紧固夹具夹持的待焊件接触，所述读数头读出此时所述光栅尺本体的读数，并将接触读数发送给所述控制装置处理和记录；

2）焊接开始后，将所述控制装置从步骤1）中得到的选定待焊件的焊接工艺参数设置为基本参数，包括选定待焊件的长度和焊接选定待焊件时两侧所述动力头所处的初始位置；

3）所述动力头由初始位置移动，直至与所述紧固夹具夹持的待焊件接触，所述控制装置根据所述动力头由步骤2）中设置的初始位置到待焊件接触时所述光栅尺本体读数的变化得出所述动力头移动的移动距离值，所述控制装置对比此实际测量出的移动距离值和步骤2）中记录的选定待焊件的长度，算出待焊件的焊前长度；

4）通过所述控制装置得出的待焊件的焊前长度，计算出待焊件焊接过程中各个工作状态转换的转换位置，再逐次按照快进、工进、接触、分离、旋转、再次工进、摩擦、顶锻的步骤对待焊件进行摩擦焊接。

优选的，上述双头摩擦焊机的控制方法中，还包括设置在所述控制装置上的能够将双头摩擦焊机从手动控制状态转换为自动控制的初始工作状态的一键复位按钮。

优选的，上述双头摩擦焊机的控制方法中，所述控制装置包括PLC部分和IPC部分。

优选的，上述双头摩擦焊机的控制方法中，在所述控制装置控制双头摩擦焊机处于摩擦工作状态时，所述控制装置还可以调整所述动力头的移动速度以控制两侧所述动力头在相同的时间内移动相同的距离。

优选的，上述双头摩擦焊机的控制方法中，所述动力头在向所述紧固夹具运动时，其快进速度与工进速度的切换位置与所述紧固夹具的距离为20mm。

优选的，上述双头摩擦焊机的控制方法中，所述旋转夹具与所述紧固夹具处于分离的工作状态时，其分离的距离为1mm。

相对于现有技术，本发明的有益效果是：

本发明提供的双头摩擦焊机的控制方法中，在对待焊件进行焊接前，先将待焊件的加工工艺参数（动力头起始位置、快进距离、摩擦缩短量等）输入到控制装置中，控制装置控制动力头开始工作，由于光栅尺本体固定在动力头上，其会随着动力头一起移动，而与光栅尺本体配合的读数头固定在机身上，在动力头移动时，光栅尺本体与读数头也会发生相对移动，这样读数头读出的光栅尺本体的读数就会不断变化，且读数头不断的将其读取的数值输送给控制装置以使控制装置能够与事先输入的工艺参数作出比较，当读数变化的数值与输入控制装置中的相应工艺参数相同时，控制装置控制双头摩擦焊机切换到相应的工作状态中。此种双头摩擦焊机，采用绝对式光栅尺代替了传统的行程开关，实现了双头焊机工作状态的切换，在焊接不同长度的待焊件时只需在控制装置中输入工艺参数而无需更换行程开关在机身上的安装位置，显著提高了双头摩擦焊机的自动化程度和工作效率，减轻了控制人员的工作负担，此外，由于绝对式光栅尺的读数头可以实时读取光栅尺本体上的读数，所以在双头摩擦焊机处于摩擦焊接的摩擦始毕阶段时，可以依靠绝对式光栅尺向控制装置发送信号以配合控制装置切换双头摩擦焊机的工作状态，而不再使用压力继电器或接触电流发摩擦开始信号，避免了液压系统压力波动的影响，提高了双头摩擦焊机的控制精度。

在进行控制时，采用选定待焊件来设定一组基本参数，在焊接待焊件时，可以根据其与选定待焊件长度之间的差值，与选定待焊件的基本参数通过加减运算就可得到待焊件的各个加工工艺参数，然后再按照传统的加工方法对其进行加工，整个过程只需要控制装置来自动控制完成，无需人工辅助，这样就大大提高了双头焊机的自动化程度；由于双头摩擦焊机可以自动测量出待焊件的长度，并可以将测量出的待焊件的长度与选定待焊件的长度作出比较，一旦待焊件的长度小于选定待焊件的长度时，则待焊件的长度规格不符合双头摩擦焊机的焊接工艺要求，控制装置报警并控制两侧动力头移动到初始位置，双头摩擦焊机对待焊件不予焊接，这样就降低了不合格焊件出现的几率，也节省了焊接成本和焊接时间；由于控制装置可以计算出不同长度规格的待焊件的各个工艺参数，所以双头摩擦焊机还具有能够从手动控制状态直接转换到自动控制的初始工作状态，然后可以直接对非标准件进行自动加工，无需控制人员再进行多次的手动调节，减小了误操作的风险，节省了控制时间。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的双头摩擦焊机的控制方法中双头摩擦焊机的结构框图；

图2为本发明实施例提供的双头摩擦焊机的控制方法的流程图；

图3为双头摩擦焊机的工作流程图。

具体实施方式

本发明提供了一种双头摩擦焊机的控制方法，解决了双头摩擦焊机无法便捷测量待焊件位置，其自动化程度不高的问题。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明实施例提供的双头摩擦焊机的控制方法中，该双头摩擦焊机包括两个动力头、控制装置和机身，还包括可测量任意两点之间距离值的两个绝对式光栅尺，其中：

绝对式光栅尺包括与动力头连接，可随动力头移动的光栅尺本体；

固定设置在机身上，能够与光栅尺本体配合，以实时读取光栅尺本体的读数，并将读取结果输送至控制装置以配合控制装置切换双头摩擦焊机的工作状态的读数头。

上述双头摩擦焊机的工作过程如下：

在对待焊件进行焊接前，先将待焊件的加工工艺参数（动力头起始位置、快进距离、摩擦缩短量等）输入到控制装置中，控制装置控制动力头开始工作，由于光栅尺本体固定在动力头上，其会随着动力头一起移动，而与光栅尺本体配合的读数头固定在机身上，在动力头移动时，光栅尺本体与读数头也会发生相对移动，这样读数头读出的光栅尺本体的读数就会不断变化，且读数头不断的将其读取的数值输送给控制装置以使控制装置能够与事先输入的工艺参数作出比较，当读数变化的数值与输入控制装置中的相应工艺参数相同时，控制装置控制双头摩擦焊机切换到相应的工作状态中。

通过上述工作过程可以得出，该双头摩擦焊机，采用绝对式光栅尺代替了传统的行程开关，实现了双头焊机工作状态的切换，在焊接不同长度的待焊件时只需在控制装置中输入工艺参数而无需更换行程开关在机身上的安装位置，显著提高了双头摩擦焊机的自动化程度和工作效率，减轻了控制人员的工作负担，此外，由于绝对式光栅尺的读数头可以实时读取光栅尺本体上的读数，所以在双头摩擦焊机处于摩擦焊接的摩擦始毕阶段时，可以依靠绝对式光栅尺给控制装置发送信号以配合控制装置切换双头摩擦焊机的工作状态，而不再使用压力继电器或接触电流发摩擦开始信号，避免了液压系统压力波动的影响，提高了双头摩擦焊机的控制精度。

如图2所示，本发明实施例提供的一种双头摩擦焊机的控制方法，应用于上述双头摩擦焊机，其包括以下步骤：

S101将长度已知的选定待焊件分别设置在旋转夹具和紧固夹具上，双头摩擦焊机的动力头由选定待焊件工艺要求的初始位置移动，直至与动力头连接的旋转夹具夹持的待焊件，与位于机身中间的紧固夹具夹持的待焊件接触，读数头读出此时光栅尺本体的读数，并将接触读数发送给控制装置处理和记录；

S102焊接开始后，将控制装置从步骤S101中得到的选定待焊件的焊接工艺参数设置为基本参数，包括选定待焊件的长度和焊接选定待焊件时两侧动力头所处的初始位置；

S103动力头由初始位置移动，直至与紧固夹具夹持的待焊件接触，控制装置根据动力头由步骤S102中设置的初始位置到待焊件接触时光栅尺本体读数的变化得出动力头移动的移动距离值，控制装置对比此实际测量出的移动距离值和步骤S102中记录的选定待焊件的长度，算出实际的待焊件的焊前长度；

S104如果步骤S103测量出的焊前长度在规定范围内，然后再逐次按照分离、旋转、再次工进、摩擦、顶锻的步骤对待焊件进行摩擦焊接，如果步骤S103测量的焊前长度不在标准范围内，动力头退回初始焊接位置，不予焊接。

本发明提供的双头摩擦焊机的控制方法中，采用选定待焊件来设定一组基本参数，在焊接待焊件时，可以根据其与选定待焊件长度之间的差值，与选定待焊件的基本参数通过加减运算就可得到待焊件的各个加工工艺参数，然后再按照传统的加工方法对其进行加工，整个过程只需要控制装置来自动控制完成，无需人工辅助，这样就大大提高了双头焊机的自动化程度；由于双头摩擦焊机可以自动测量出待焊件的长度，并可以将测量出的待焊件的长度与选定待焊件的长度作出比较，一旦待焊件的长度小于选定待焊件的长度时，则待焊件的长度规格不符合双头摩擦焊机的焊接工艺要求，控制装置报警并控制两侧动力头移动到初始位置，双头摩擦焊机对待焊件不予焊接，这样就降低了不合格焊件出现的几率，也节省了焊接成本和焊接时间；由于控制装置可以计算出不同长度规格的待焊件的各个工艺参数，所以双头摩擦焊机还具有能够从手动控制状态直接转换到自动控制的初始工作状态，然后可以直接对非标准件进行自动加工，无需控制人员再进行多次的手动调节，减小了误操作的风险，节省了控制时间。

具体的，可将上述控制方法具体描述为以下步骤，需要说明的是为了使得表达更加清楚，将上述步骤中的选定待焊件描述为标准件，待焊件描述为非标准件，不可将其理解为国家规定的标准规格部件、非标准规格部件。

1、选定长度已知的多个标准件，分别设置在机身和动力头上的紧固夹具和两侧旋转夹具各夹持一个标准件；

2、根据标准件的加工工艺要求，将动力头设置在工艺要求的初始位置，读数头读取光栅尺本体在初始位置时的读数，并将初始读数发送给控制装置记录；

3、控制装置控制动力头向紧固夹具移动，当设置在旋转夹具和紧固夹具上的标准件接触后，读数读头取光栅尺本体上的读数，并将接触读数发送给控制装置处理和记录；

4、控制装置在接收到读数头发送的接触读数后，控制装置根据读数的改变可以得出动力头移动的移动距离值，将已知的各种标准件长度和光栅尺移动距离的移动距离值存成静态数据表格，并将此种表格记录在控制装置中，一种标准件只需要标定一次，焊接的时候自动查询静态数据表格。

5、双头摩擦焊机在对非标准件进行焊接时，首先通过控制装置控制动力头以快进速度向紧固夹具移动，当达到一定距离后动力头转换为工进速度，并继续向紧固夹具靠近；

6、当设置在旋转夹具上的非标准件与设置在紧固夹具上的非标准件接触后，读数头读取光栅尺本体上的读数，并将接触读数发送给控制装置；

7、控制装置通过查询4中的静态数据表格，通过对比的方式可以计算出非标准间的长度。

8、通过控制装置计算出的焊前长度如果在合格范围内，然后再逐次按照快进、工进、接触、分离、旋转、再次工进、摩擦、顶锻的步骤对非标准件进行摩擦焊接，否则退回原始位置。如图3所示。

为了进一步优化上述技术方案，在本实施例提供的双头摩擦焊机中，还包括设置在控制装置上的能够将双头摩擦焊机从手动控制状态转换为自动控制的初始工作状态的一键复位按钮。双头摩擦焊机分为手动调节和自动焊接两种运行模式，由于待焊件的规格不同、设备定期保养或其他不可预见的突发事件，用户需要经常手动调整机床，当手动调整完成后，在切换为自动控制的过程中，用户只需在界面输入原始的焊接位置，在按下一键复位按钮后，控制装置就可控制动力头移动至待焊件进行焊接的初始位置，并调整好动力头、旋转夹具、紧固夹具和绝对式光栅尺的工作状态。

优选的，控制装置包括PLC部分和IPC部分。为了最大程度的节约成本，以及最大限度的降低对现有设备的改动，本实施例提供的双头摩擦焊机的控制装置采用具有PLC部分和IPC部分的PLC＋IPC（工业计算机）的控制方式。

具体的，在控制装置控制双头摩擦焊机处于摩擦工作状态时，控制装置还可以调整两侧动力头的移动速度以控制两侧动力头在相同的时间内移动相同的距离。双头摩擦焊机在对待焊件进行焊接的过程中，采用速度调节算法来调整两侧焊接件的摩擦速度和摩擦压力，其具体方法是先在控制装置中设定一条理想的摩擦缩短量相对于时间的坐标曲线，该曲线的斜率小于双头摩擦焊机的最大摩擦速度，而最大摩擦速度可以通过把双头摩擦焊机上控制速度的比例阀打开到最大测得，采用数字离散算法，逐次逼近理想的摩擦缩短量相对于时间的坐标曲线，即不同时间采用不同的摩擦速度，但整体上摩擦速度的变化是按照理想的摩擦缩短量相对于时间的坐标曲线来改变的。

具体的，快进速度与工进速度的切换位置与紧固夹具的距离为20mm；旋转夹具与紧固夹具处于分离的工作状态时，其分离的距离为1mm。当然，在能够满足双头摩擦焊机工作要求的前提下，快进速度与工进速度的切换位置与紧固夹具的距离、旋转夹具与紧固夹具的分离距离并不仅限于上述数值。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种双头摩擦焊机的控制方法，其特征在于，该双头摩擦焊机，包括两个动力头、控制装置、机身和可测量任意两点之间距离值的两个绝对式光栅尺，其中绝对式光栅尺包括与所述动力头连接，可随所述动力头移动的光栅尺本体，以及固定设置在所述机身上，能够与所述光栅尺本体配合，以实时读取所述光栅尺本体的读数，并将读取结果输送至所述控制装置以配合所述控制装置切换双头摩擦焊机工作状态的读数头，其控制方法包括以下步骤：

1)将长度已知的选定待焊件分别设置在所述双头摩擦焊机的旋转夹具和紧固夹具上，双头摩擦焊机的所述动力头由选定待焊件工艺要求的初始位置移动，直至与所述动力头连接的旋转夹具夹持的选定待焊件，与位于机身中间的紧固夹具夹持的选定待焊件接触，所述读数头读出此时所述光栅尺本体的读数，并将接触读数发送给所述控制装置处理和记录；

2)焊接开始后，将所述控制装置从步骤1)中得到的选定待焊件的焊接工艺参数设置为基本参数，包括选定待焊件的长度和焊接选定待焊件时两侧所述动力头所处的初始位置；

3)所述动力头由初始位置移动，直至与所述紧固夹具夹持的待焊件接触，所述控制装置根据所述动力头由步骤2)中设置的初始位置到待焊件接触时所述光栅尺本体读数的变化得出所述动力头移动的移动距离值，所述控制装置对比此实际测量出的移动距离值和步骤2)中记录的选定待焊件的长度，算出待焊件的焊前长度；

4)通过所述控制装置得出的待焊件的焊前长度，计算出待焊件焊接过程中各个工作状态转换的转换位置，再逐次按照快进、工进、接触、分离、旋转、再次工进、摩擦、顶锻的步骤对待焊件进行摩擦焊接。

2.根据权利要求1所述的双头摩擦焊机的控制方法，其特征在于，还包括设置在所述控制装置上的能够将双头摩擦焊机从手动控制状态转换为自动控制的初始工作状态的一键复位按钮。

3.根据权利要求2所述的双头摩擦焊机的控制方法，其特征在于，所述控制装置包括PLC部分和IPC部分。

4.根据权利要求1所述的双头摩擦焊机的控制方法，其特征在于，在所述控制装置控制双头摩擦焊机处于摩擦工作状态时，所述控制装置还可以调整所述动力头的移动速度以控制两侧所述动力头在相同的时间内移动相同的距离。

5.根据权利要求4所述的双头摩擦焊机的控制方法，其特征在于，所述动力头在向所述紧固夹具运动时，其快进速度与工进速度的切换位置与所述紧固夹具的距离为20mm。

6.根据权利要求5所述的双头摩擦焊机的控制方法，其特征在于，所述旋转夹具与所述紧固夹具处于分离的工作状态时，其分离的距离为1mm。