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三坐标自动焊接机床的数控系统设计 　　摘 要：为了提高电路板焊接质量和焊接效率，改善焊接工人劳动条件，实现小批量电路板的自动化焊接，研制开发了一种智能三坐标台式自动焊接机。该系统具有智能化程度高、精度高、焊接速度快等特点，能够完成电路板上元器件的自动焊接；主要由滚珠丝杠三坐标运动机构、自动送锡机构、控制系统和上位机软件组成；通过电机与丝杠的相互配合，上下位机的相互通信，使得焊接过程操作简便，焊接质量优良，满足了实际使用要求。 　　关键词：三坐标；自动；焊接机床；数控系统 　　一直以来，各个电子制造厂焊接电路板时运用的大多都是传统的手工艺焊接的办法，也就是人工手持电烙铁来进行焊接的办法，这样对焊接工人技能需求就很高，且存在许多缺点。首先是速度慢，由于人太过于自由灵活，稍微受点影响就会导致焊接位置偏移，带来焊接误差，还非常容易出操作事端，发生较多的工伤事故。因而这种焊接办法也在逐渐地被企业淘汰，与此对应的自动化焊接技术优势凸显，逐渐时兴起来。 　　1 系统总体实现过程 　　本系统是将三坐标移动精确定位思想灵活应用到电路板焊点定位上，被固定在轴上的焊枪可在空间中X、Y、Z三个方向自由移动，从而实现焊点的精确定位并依照命令执行焊接动作。X、Y、Z的具体坐标移动的位置也就是电路板的焊点位置，从Altium Designer软件导出至Excel表格中，再由上位机采集通过串口传送给下位机，单片机接收到定位坐标后给定细分器脉冲来控制电机驱动器，驱动步进电机转动一定的角度，步进电机带动丝杠上的滑块实现三坐标的运动，通过焊枪的二维运动和焊台的一维运动相互组合，定位至要焊接的焊点。 　　如图1所示，焊枪由x、z方向的两个步进电机来驱动丝杠，待x、z平面内定位完毕，y方向的步进电机开始运动，将载有电路板的焊台运送到焊接位置，再由步进电机组成的送丝机构向高频加热器的线圈内送焊丝，焊丝通过加热融化再加上烙铁头与焊锡的接触来进一步加热，即可对所需加工零件进行焊接，焊接时，温度由非接触式温度传感器检测，保证工作过程中的温度要求，当温度过高或过低时便可进行手动调节，使整个系统的操作更加人性化。焊接完成后，x、y、z轴方向的步进电机反转，并回到起始位置待命。 　　2 控制系统设计 　　控制系统利用上位机导入电路板焊点位置的坐标数据，上位机和下位机通过串口通信，主要完成焊点坐标的信号传输，下位机接到上位机的焊点坐标后发出程序指令，电机驱动器接到指令后开始控制步进电机转动，进而控制丝杠滑动平台移动、通过坐标与步进电机的步距角还有丝杠的螺距之间的关系，设定相应的算法，使得三坐标准确定位。 　　控制系统主要由步进驱动器、主控芯片、液晶显示屏等组成。主控芯片选用的单片机是Free scale公司的16位单片机MC9S12XS1 　　28。为了使步进电机移动的精度更高，从而使丝杠的传动更加平稳，我们选择了最大可16细分的ZD-6560-V4高性能步进驱动器。 　　3 机械结构设计 　　机械部分主要是以实现x、y、z三个方向上的运动为主，此外还有对送丝系统的设计。焊枪固定在z轴方向的丝杠滑块上，同时z轴丝杠又被固定在x轴丝杠滑块上，并能自由移动，这样就实现了焊枪的二维移动。带有工件的焊台则固定在y轴丝杠滑块上，可实现焊台的前后移动。此机械结构各部分的相互结合实现了三个坐标上的运动，焊枪可在工件上的任何一个位置进行焊接。 　　4 下位机程序设计 　　单片机在接到上位机传来的坐标信号后，发出终端，这时各个步进电机开始按指令执行，x，y，z三轴开始运动，定位至焊接点，等准备就绪之后送丝机构开始往下输送焊锡丝，同时给焊锡和烙铁头加热，二者温度都达到要求之后便开始焊接电路板，某焊孔焊接完毕后，x，y，z三轴复位，等待下一次中断信号，继续焊接电路板上的其他焊孔。单片机程序设计整体流程图如图3所示。 　　5 上位机设计 　　上位机采用C#可视化语言编写，上位机软件可与单片机进行串口通信，在上位机中输入控件输入焊点坐标位置，通过串口将数据发送给下位机，下位机接到信号后再处理并控制烙铁头的运动，具体界面如图4所示。 　　6 结束语 　　该三坐标自动焊接机床的数控系统借鉴三坐标测量机的设计原理，为焊接机能够实现精确定位焊点提供了较强的理论性依据。焊接精度高，系统采用丝杠传动系统实现焊枪在空间X、Y、Z方向的移动，在最大程度上保证了丝杠的直线性和分辨率微小化，从而保证了加工的精确性，提高了焊接的精度。该系统整体结构稳定，外形美观，制造成本低，软件结构开放，编程操作和维修简单，应用前景较好。 　　参考文献 　　[1]张国雄.三坐标测量机的发展趋势[J].中国机械工程，2000，Z1：231-235+9. 　　[2]荣烈润.三坐标测量机的现状和发展动向