本课题设计开发了拉拔式摩擦塞焊设备的控制系统,包括硬件和软件系统的设计和开发,并针对拉拔式摩擦塞焊的工艺特点进行焊接工艺试验。拉拔式摩擦塞焊设备的控制系统以西门子S7-300系列PLC为核心,通过314C-2DP系统处理器扩展SM331模拟量输入和SM332模拟量输出模块,进行拉拔式摩擦塞焊工艺过程控制。在主轴动力单元内部设置转速传感器测定主轴转速,通过主液压泵、液压马达实现主轴的转速控制和调节。在液压油路中设置压力传感器测定油缸压力,通过比例溢流阀实现溢流压力控制和调节。在主轴动力单元内部设置位移传感器测定油缸位移,通过比例换向阀实现油缸的运动控制和调节。所有传感器的信号都接入PLC,通过数据采集系统对焊接参数进行实时采集和存储,并在工控机的人机界面上进行显示。在拉拔式摩擦塞焊设备的软件设计中,应用STEP 7软件编写控制程序,应用WinCC软件设计人机界面。结合拉拔式摩擦塞焊的工艺特点,对设备的各部位提出了基本控制要求,将控制程序的设计分为手动控制程序和自动焊接程序两部分。手动控制程序可分别实现主轴的旋转控制、油缸的压力控制和油缸的运动控制;自动控制程序可自动实现拉拔式摩擦塞焊的焊接过程。所有的操作均可在人机界面上进行。实际的试验证明,该系统具有较高的稳定性和可靠性,可得到较高的质量的焊缝。拉拔式摩擦塞焊工艺试验在自主研发的设备上进行,通过拉拔式摩擦塞焊工艺试验研究发现,焊接接头易出现顶部未焊合、中部未焊合和底端缺陷。根据焊接工艺试验分析,适当控制主轴进给速度将显著改善接头质量,在主轴转速为6000 rpm,焊接压力为20 kN,顶锻压力为20 kN的条件下,主轴进给速度为2.0mm/s时,焊接接头质量最高。