焊接3D成形系统的移动机构控制研究

李子炎　王建明　张文明

摘要：通过设计三维移动机构的控制系统，研究三维移动机构的控制设置，使焊枪在三维空间内按照进行移动，进而实现焊接的3D成形制造。

关键词：焊接；移动机构；步进电机；驱动器设置

在焊接3D成形工艺中，能够完美的控制移动机构的运动，是系统良好的关键所在。为了使控制系统更加精准，对成形系统中的移动机构做如下研究。

1 控制系统设计思路

确定整体框架与工作流程是整个设计过程的首要工作。

启动控制机构后，系统进行初始化，当控制元复位后输入移动参数和焊接工艺参数进行自检，对准焊枪准备进行焊接。移动机构带动焊枪移动进行引弧、移动、熄弧。当焊接过程完成后，焊枪被移动到安全位置，移动机构停止工作等待下一个任务命令。整个成形控制系统流程为开始→初始化→参数输入→焊枪对中→主控程序启动焊接→引弧→中间焊接→熄弧→结束。

2 控制系统对驱动电机控制设计

移動机构的控制元是步进电机，每一个维度使用一台，由ZD2HD542驱动器和DYIS控制器来控制。

2.1 驱动器设置

对步进电机驱动器ZD2HD542的设置包括驱动器与控制器连接设置、工作方式设置、工作电流设置和细分设置等几个方面。

首先进行驱动器与控制器连接设置，使用共阳极接线法，将脉冲正极与方向正极和电源端口连接，将驱动器脉冲负极和方向负极分别与控制器的脉冲接口、负极接口连接。

驱动器工作方式可以设置成脱机和悬空两种。当需要手动控制时，把5V电源连接在脱机正极和负极之间，步进电机脱机，切换到手动控制模式。当需要驱动器驱动步进电机时，断开脱机正极和负极之间，使之悬空。

在设置驱动器电流时，S1、S2和S3三个端子控制电流，通过不同开关的组合方式可以分为八档；S4端子在开路状态满载电流输出，闭合状态下50%的电流输出。

驱动脉冲的细分设置由S5、S6、S7和S8四个端子的不同开合状态决定，共有对步进角度细分设置和每转脉冲数量细分设置两种方法。步进角度细分计算公式

α′=αm

式中：α′——细分后的步进角度，单位°；

α——细分前的步进角度，单位°；

m——细分数。

每转脉冲数量细分设置是步进电机转动一圈脉冲控制器需要接收的脉冲数量。每转脉冲数量细分设置也是由S5、S6、S7和S8四个端子进行细分设置，设置方法见下表。选择每转脉冲数量越大，步进电机转动控制越精确。但是每转脉冲数量过大时，步进电机转动会产生共振，发出比较大的噪声。

2.2 步进电机控制器设置

步进电机驱动器工作参数是由步进电机控制器输出的，通过对步进电机控制器编码来实现控制器不同的参数输出。通过编码可以控制脉冲的频率和数量、脉冲输出的时间、脉冲输出方向以及在各个阶段工作完成发出提示音。

根据对步进电机的转动需求，对步进电机控制器进行编码。编码前，将控制器调整到程序编辑状态，设置的信息为JF=02500，rS=H，CC=0000；然后进入控制内容编码。

3 结语

通过模拟测试，本方案研究适合3D成形要求。步进角度经过细分之后，步进电机转动控制更加精确。按照3D成形系统尺寸精度要求，选择10000个脉冲，步进电机转动一圈。

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