焊接3D成形系統的移動機構控制研究

李子炎　王建明　張文明

摘要：通過設計三維移動機構的控制系統，研究三維移動機構的控制設置，使焊槍在三維空間內按照進行移動，進而實現焊接的3D成形制造。

關鍵詞：焊接；移動機構；步進電機；驅動器設置

在焊接3D成形工藝中，能夠完美的控制移動機構的運動，是系統良好的關鍵所在。為了使控制系統更加精準，對成形系統中的移動機構做如下研究。

1 控制系統設計思路

確定整體框架與工作流程是整個設計過程的首要工作。

啟動控制機構后，系統進行初始化，當控制元復位后輸入移動參數和焊接工藝參數進行自檢，對準焊槍準備進行焊接。移動機構帶動焊槍移動進行引弧、移動、熄弧。當焊接過程完成后，焊槍被移動到安全位置，移動機構停止工作等待下一個任務命令。整個成形控制系統流程為開始→初始化→參數輸入→焊槍對中→主控程序啟動焊接→引弧→中間焊接→熄弧→結束。

2 控制系統對驅動電機控制設計

移動機構的控制元是步進電機，每一個維度使用一臺，由ZD2HD542驅動器和DYIS控制器來控制。

2.1 驅動器設置

對步進電機驅動器ZD2HD542的設置包括驅動器與控制器連接設置、工作方式設置、工作電流設置和細分設置等幾個方面。

首先進行驅動器與控制器連接設置，使用共陽極接線法，將脈沖正極與方向正極和電源端口連接，將驅動器脈沖負極和方向負極分別與控制器的脈沖接口、負極接口連接。

驅動器工作方式可以設置成脫機和懸空兩種。當需要手動控制時，把5V電源連接在脫機正極和負極之間，步進電機脫機，切換到手動控制模式。當需要驅動器驅動步進電機時，斷開脫機正極和負極之間，使之懸空。

在設置驅動器電流時，S1、S2和S3三個端子控制電流，通過不同開關的組合方式可以分為八檔；S4端子在開路狀態滿載電流輸出，閉合狀態下50%的電流輸出。

驅動脈沖的細分設置由S5、S6、S7和S8四個端子的不同開合狀態決定，共有對步進角度細分設置和每轉脈沖數量細分設置兩種方法。步進角度細分計算公式

α′=αm

式中：α′——細分后的步進角度，單位°；

α——細分前的步進角度，單位°；

m——細分數。

每轉脈沖數量細分設置是步進電機轉動一圈脈沖控制器需要接收的脈沖數量。每轉脈沖數量細分設置也是由S5、S6、S7和S8四個端子進行細分設置，設置方法見下表。選擇每轉脈沖數量越大，步進電機轉動控制越精確。但是每轉脈沖數量過大時，步進電機轉動會產生共振，發出比較大的噪聲。

2.2 步進電機控制器設置

步進電機驅動器工作參數是由步進電機控制器輸出的，通過對步進電機控制器編碼來實現控制器不同的參數輸出。通過編碼可以控制脈沖的頻率和數量、脈沖輸出的時間、脈沖輸出方向以及在各個階段工作完成發出提示音。

根據對步進電機的轉動需求，對步進電機控制器進行編碼。編碼前，將控制器調整到程序編輯狀態，設置的信息為JF=02500，rS=H，CC=0000；然后進入控制內容編碼。

3 結語

通過模擬測試，本方案研究適合3D成形要求。步進角度經過細分之后，步進電機轉動控制更加精確。按照3D成形系統尺寸精度要求，選擇10000個脈沖，步進電機轉動一圈。

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