焊接3D成形系統(tǒng)的移動(dòng)機(jī)構(gòu)控制研究

李子炎　王建明　張文明

摘要：通過設(shè)計(jì)三維移動(dòng)機(jī)構(gòu)的控制系統(tǒng)，研究三維移動(dòng)機(jī)構(gòu)的控制設(shè)置，使焊槍在三維空間內(nèi)按照進(jìn)行移動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)焊接的3D成形制造。

關(guān)鍵詞：焊接；移動(dòng)機(jī)構(gòu)；步進(jìn)電機(jī)；驅(qū)動(dòng)器設(shè)置

在焊接3D成形工藝中，能夠完美的控制移動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，是系統(tǒng)良好的關(guān)鍵所在。為了使控制系統(tǒng)更加精準(zhǔn)，對(duì)成形系統(tǒng)中的移動(dòng)機(jī)構(gòu)做如下研究。

1 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

確定整體框架與工作流程是整個(gè)設(shè)計(jì)過程的首要工作。

啟動(dòng)控制機(jī)構(gòu)后，系統(tǒng)進(jìn)行初始化，當(dāng)控制元復(fù)位后輸入移動(dòng)參數(shù)和焊接工藝參數(shù)進(jìn)行自檢，對(duì)準(zhǔn)焊槍準(zhǔn)備進(jìn)行焊接。移動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)焊槍移動(dòng)進(jìn)行引弧、移動(dòng)、熄弧。當(dāng)焊接過程完成后，焊槍被移動(dòng)到安全位置，移動(dòng)機(jī)構(gòu)停止工作等待下一個(gè)任務(wù)命令。整個(gè)成形控制系統(tǒng)流程為開始→初始化→參數(shù)輸入→焊槍對(duì)中→主控程序啟動(dòng)焊接→引弧→中間焊接→熄弧→結(jié)束。

2 控制系統(tǒng)對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制設(shè)計(jì)

移動(dòng)機(jī)構(gòu)的控制元是步進(jìn)電機(jī)，每一個(gè)維度使用一臺(tái)，由ZD2HD542驅(qū)動(dòng)器和DYIS控制器來控制。

2.1 驅(qū)動(dòng)器設(shè)置

對(duì)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器ZD2HD542的設(shè)置包括驅(qū)動(dòng)器與控制器連接設(shè)置、工作方式設(shè)置、工作電流設(shè)置和細(xì)分設(shè)置等幾個(gè)方面。

首先進(jìn)行驅(qū)動(dòng)器與控制器連接設(shè)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(qū)動(dòng)器脈沖負(fù)極和方向負(fù)極分別與控制器的脈沖接口、負(fù)極接口連接。

驅(qū)動(dòng)器工作方式可以設(shè)置成脫機(jī)和懸空兩種。當(dāng)需要手動(dòng)控制時(shí)，把5V電源連接在脫機(jī)正極和負(fù)極之間，步進(jìn)電機(jī)脫機(jī)，切換到手動(dòng)控制模式。當(dāng)需要驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)時(shí)，斷開脫機(jī)正極和負(fù)極之間，使之懸空。

在設(shè)置驅(qū)動(dòng)器電流時(shí)，S1、S2和S3三個(gè)端子控制電流，通過不同開關(guān)的組合方式可以分為八檔；S4端子在開路狀態(tài)滿載電流輸出，閉合狀態(tài)下50%的電流輸出。

驅(qū)動(dòng)脈沖的細(xì)分設(shè)置由S5、S6、S7和S8四個(gè)端子的不同開合狀態(tài)決定，共有對(duì)步進(jìn)角度細(xì)分設(shè)置和每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)量細(xì)分設(shè)置兩種方法。步進(jìn)角度細(xì)分計(jì)算公式

α′=αm

式中：α′——細(xì)分后的步進(jìn)角度，單位°；

α——細(xì)分前的步進(jìn)角度，單位°；

m——細(xì)分?jǐn)?shù)。

每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)量細(xì)分設(shè)置是步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一圈脈沖控制器需要接收的脈沖數(shù)量。每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)量細(xì)分設(shè)置也是由S5、S6、S7和S8四個(gè)端子進(jìn)行細(xì)分設(shè)置，設(shè)置方法見下表。選擇每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)量越大，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)控制越精確。但是每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)量過大時(shí)，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生共振，發(fā)出比較大的噪聲。

2.2 步進(jìn)電機(jī)控制器設(shè)置

步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器工作參數(shù)是由步進(jìn)電機(jī)控制器輸出的，通過對(duì)步進(jìn)電機(jī)控制器編碼來實(shí)現(xiàn)控制器不同的參數(shù)輸出。通過編碼可以控制脈沖的頻率和數(shù)量、脈沖輸出的時(shí)間、脈沖輸出方向以及在各個(gè)階段工作完成發(fā)出提示音。

根據(jù)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)需求，對(duì)步進(jìn)電機(jī)控制器進(jìn)行編碼。編碼前，將控制器調(diào)整到程序編輯狀態(tài)，設(shè)置的信息為JF=02500，rS=H，CC=0000；然后進(jìn)入控制內(nèi)容編碼。

3 結(jié)語

通過模擬測試，本方案研究適合3D成形要求。步進(jìn)角度經(jīng)過細(xì)分之后，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)控制更加精確。按照3D成形系統(tǒng)尺寸精度要求，選擇10000個(gè)脈沖，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一圈。

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