双焊枪自动焊接机数控系统设计

X、Y、Z三轴采用安川的交流伺服系统，以确保空间曲线的准确拟合。而旋转轴是为了保证良好的焊接质量，为焊接工艺的要求所添加的,它只需控制焊枪在运动过程中做位置跟随运动。所以控制精度要求不高，又考虑到控制成本的要求，选用了由23H280-01EA型的混合式步进电机和AKS230型的细分驱动器构成的步进驱动系统。

传感器选择的是KEYENCE公司的光纤传感器,其主模块为FS-V31, 缆线NPN输出,响应时间193 μs~16.7 ms。为了提高焊接效率，焊接过程采用变速控制方式，并由光纤传感器检测焊接工件的立管边沿，以确定工件是否到达焊接工作区域。在工件没有运动到焊接工作区域时，输送台带动焊接件高速运行。当到达工作区域，安装在焊枪座上的光纤传感器检测到焊接工件的立管边沿时（即横管和立管的T型相贯线的起焊点位置），输送台带动焊接件执行低速注册运动，以补偿传感器检测位置和焊枪头部位置之间在X轴方向上所存在的位置偏差，确保在焊机开始起弧焊接时焊枪头部位于T型相贯线的起焊点位置。

焊接电源选用Pulse MIG-350Y/YL型的逆变式脉冲弧焊电源。它是一种使用Ar、CO2或者混合气体进行保护半自动数字化电焊电源。本系统使用混合气体进行MIG焊接。熔化极气体保护焊（MIG）的主要优点是可以方便地进行各种位置的焊接，同时也具有焊接速度较快、熔敷率高等优点，因此适合用于自动化焊接。另外，该焊接电源提供了RS485通信端口，方便6K4控制器对其进行直接控制，而无需人工操作。

2 自动焊接机软件设计

整个控制系统软件主要由三大模块组成：上位机IPC管理模块、通信模块、下位机控制模块。其中，上位机IPC的应用软件的主要任务是作为整个控制系统的后台管理模块，完成一些实时性不强的任务和一些多任务协调方面的工作。而对于各轴伺服插补运算、位置跟随、脉冲输出控制、I/O点的检测、系统的顺序上电、控制状态显示等实时性较强的任务，则由下位机6K4四轴运动控制器和MCS-51单片机系统来完成,其软件结构如图3所示。

图3 软件结构

2.1 上位机应用程序设计

上位机应用程序的主要作用是将数控系统的操作界面展示在屏幕上方便用户的操作，这是数控系统开发很重要的一部分。本研究利用Visual Basic 6.0可视化开发工具开发了自动焊接机人机界面。在数控系统工作时，用户只需输入简单的几个参数，就可以自动完成散热器T型管相贯线的焊接。这大大减轻了操作人员的劳动强度，提高了工作效率。上位机应用程序主界面如图4所示。

经过对自动焊接机硬件系统和用户需求的分析，系统上位机应用程序主要包括以下几个模块：系统初始化、参数设置与显示、点位数据库生成及下载、原点设置、系统状态显示等模块。

(1)系统初始化：该模块主要为用户提供一个交互性好的人机界面。在这个界面中，用户可以方便地进行各种操作。数控系统运行时，首先运行此模块，完成用户登录、建立上位机与6K4运动控制器的连接，对有关指示器设置相应的工作状态等工作。

(2)参数设置与显示：针对散热器T型管相贯线数学模型的生成及焊接点位数据库生成所需的各种参数，设置了如下人机接口：横管直径、立管直径、焊接运动线速度、插补周期、两把焊枪的摆角及摆动速度。用户可以通过数字软键盘和带触摸屏的工控一体化机来方便地设置各种参数。在本模块中，采用直线插补方法对焊接曲线进行直线段拟合，完成上位机的对曲线的粗插补，并生成相应的焊接点位数据库，将其下载到6K4运动控制器中，以供运动程序调用。另外，在该模块中，还设置了焊接电源参数显示界面。上位机系统接收来自6K4控制器的相关参数数据，如焊接电流、焊接电压、送丝速度、起弧电流等。

(3)点位数据库生成及下载：在菜单栏中的工具选项下可以打开这个子菜单。点击生成按钮，程序会自动生成焊接所需的各轴的焊接点位数据库，并在屏幕上显示出来。然后点击下载按钮，则可将生成的点位数据库下载到6K4控制器中，当下载完成时，提示用户下载成功，可以返回主界面，完成下一步工作。

(4)原点设置模块：通过机床面板上的手动控制按钮，分别对Y轴、Z轴、C轴坐标位置进行手动设置，使两把焊枪均到达焊接起弧位置，并通过机床面板上的确定按钮保存当前设定的焊枪在焊接起弧位置时各轴的相对坐标原点，以方便工件的连续自动焊接。硬件原点按钮是使焊枪回到由各轴正负限位开关及原位开关（由接近开关组成）决定的硬件安装原点位置。

(5)系统状态显示：通过以太网接口，上位机系统可以通过API函数访问6K4运动控制器，读取各轴的当前坐标位置和运动速度，并在界面上进行实时显示。

2