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随着焊接自动化的不断提高，对管道焊接提出了更高的要求，如何在不增加或少量增加焊接成本的基础上提高管道焊接的质量和效率是急需解决的问题，研制基于PC机的管道专用数控焊接机可望有效地解决这个问题，有利于提高我国焊接自动化水平。 本文在分析国内外管道自动焊机研究状况的基础上，细化了五自由度管道数控专用焊机的设计，确定数控系统由PC机和多轴运动控制器组成，完善了五自由度管道数控专用焊机的空间数学模型。为了适应焊缝的宽度，提高焊缝的质量，并结合焊接过程的实际情况，确定了在理论中心轨迹的基础上添加附加摆动，讨论了圆摆动和正弦摆动两种典型模式，建立了运动轨迹的方程。当焊接两圆管的直径相同时，施焊过程中会产生尖角，导致速度不连续，而难以在焊接过程中实现，由此确定采用圆弧过渡的修正方法。对上述中的运动轨迹方程通过Matlab进行了仿真，论证了运动轨迹方程的正确性及所提出修正方法的可行性。 在确定硬件系统的基础上，编制了适合硬件控制系统的软件。软件设计的主要内容为：(1)编制了友好的人机界面，能方便地完成焊接参数的输入及常用焊接参数的存储；(2)建立PC机与PMAC的通信接口，通过加载动态链接库在程序中调用PMAC的内部函数，控制多轴的协调运动；(3)利用VtoolsD研制VxD实现硬件中断，建立VxD和应用程序的通信接口，通过中断来实现数据的实时读取。 针对附加摆动，设计了附加圆摆动的正弦轨迹曲线和椭圆轨迹曲线实验，论证了在原有模型基础上添加摆动轨迹在实际当中是完全切实可行的，有效地解决了焊接机设计的核心技术问题。同时通过附加圆摆动的折线轨迹曲线的实验和调试，确定了利用圆摆动过渡尖角的方法，避免了当焊接两圆管直径相同或是相近时在焊接过程中产生的冲击。 系统以VC++6.0、BC3.1、VtoolsD3.0和Pcomm Library工具包为软件开发工具，以个人微机和PMAC为硬件开发平台。本文应用的理论已在两轴驱动实验中得到验证，为五自由度管道数控专用焊机的进一步研制打下了坚实的理论和实验基础。