基于臺達20PM運動控制器的漸開線數(shù)控彎管

1  引言

　　管材塑性加工是以管材作毛坯,通過塑性加工手段,制造管材零件的加工技術 。管材塑性加工由于容易滿足塑性成形產品輕量化、強韌化和低耗高效、精確制造等方面的要求,已成為先進塑性加工技術面向21 世紀研究與發(fā)展的一個重要方向。

　　2 數(shù)控彎管

　　2.1 彎管工藝

　　實踐中有許多不同的彎管工藝,從不同的角度出發(fā)可以有多種不同的分類。工程中通常按彎曲時加熱與否可分為冷彎和熱彎,根據彎曲時有無填充物可分為有芯彎管和無芯彎管。 無模彎曲成形是指管材彎曲變形區(qū)不直接受到模具的作用,最終的形狀由工具和工件的相對運動決定,屬于高度靈活的柔性加工手段。有模彎曲成形是指通過剛性模具直接作用于彎曲變形區(qū)而進行的管材彎曲,要求此剛性模具作用部分尺寸可以補償制件卸載后發(fā)生的彎曲回彈,屬于可重復性高而且快速的加工手段。管材彎曲的幾種新工藝包括熱應力彎曲；基于工具運動控制的無模彎曲；疊加法彎曲；數(shù)控機床繞彎等等。

　　2.2 數(shù)控彎管

　　數(shù)控彎管將管材夾緊在彎曲模上,隨彎曲模一起轉動,當管材被拉過壓塊時,壓塊即將管材繞彎在彎曲管上,屬于成形模彎曲工藝。傳統(tǒng)繞彎工藝多是手工繞彎,效率低,質量難以保證。隨著數(shù)控機床業(yè)的發(fā)展,采用先進的數(shù)控彎管機床實現(xiàn)繞彎工藝,可以大大地提高生產效率,保證產品的質量。由于可以方便地調節(jié)工藝參數(shù),因此數(shù)控彎管機可以既準確又穩(wěn)定地完成彎曲、送進、轉角等動作,保證了管制件的彎曲準確度。數(shù)控彎管機可以自動連續(xù)地成形不同曲率半徑的空間彎曲件。結合相應的數(shù)據庫軟件系統(tǒng),控制程序還可以預先修正彎曲回彈量。但是該工藝的模具結構(見圖7) 比較復雜,制件質量對工藝參數(shù)敏感,要求有充分的前期準備和試制工作。尤其是對于彎制薄壁管制件的情況,如果工藝參數(shù)選擇不當,則很容易出現(xiàn)起皺現(xiàn)象導致零件甚至是模具的報廢。如何高效準確地獲取這些工藝參數(shù),充分保證彎管產品質量,是數(shù)控繞彎工藝的研究熱點。

　　3 數(shù)控彎管系統(tǒng)

　　3.1系統(tǒng)組成

　　基于臺達機電一體化平臺的數(shù)控彎管設備共有六個運動軸系，工藝要求其中兩軸需要直線插補，兩軸需要圓弧插補，其它兩軸沒有特別的要求。PLC控制器選擇的是32EH00T2和20PM00D，顯示部分選擇的是10.4寸觸摸屏DOP-AE10THTD1，如表1所示。

　　表1 數(shù)控彎管系統(tǒng)配置 

　　3.2 20PM運動控制器

　　彎管控制系統(tǒng)核心由臺達運動控制器DVP-20PMMOOD構成。臺達DVP-20PM00D是一款具有運動控制專用功能的可編程控制器。DVP-20PM00D的最大特點是PLC主機直接提供電子凸輪功能，或者說DVP-20PM00D是內置電子凸輪功能的PLC,所以有些場所直接稱呼DVP-20PM00D為臺達20PM運動控制器。20PM具有2路500KHz的輸入與輸出，在電子凸輪功能中定義X軸為從軸，編碼器輸入軸為主軸，當定義好CAM Table后，從軸依據定義的曲線跟隨主軸運動。采用高速雙CPU結構形式，利用獨立CPU處理運動控制算法，可以很好地實現(xiàn)各種運動軌跡控制、邏輯動作控制，直線/圓弧插補控制等，數(shù)控彎管機正是利用了20PM運動控制器的電子凸輪功能解決復雜運動軌跡控制問題。

　　4  20PM數(shù)控彎管編程設計

　　4.1 彎模模式

　　    根據彎管加工要求，開發(fā)了兩個彎管工藝模式，參見圖1所示。

　　    彎模A模式                                 彎模B模式

　　圖1 彎管模式

　　4.2 工藝流程

　　設備分手動和自動模式，手動模式下主要是包括設備回原點、懸臂定長前進/后退、懸臂定長上升/下降以及彎短管時的手動彎模。

　　設備的自動流程分A模式和B模式，分別對應下面的A流程和B流程，流程之間的切換通過人機來完成。在具體實施中，PLC為主控制器，用來控制流程的選擇和跳轉等，同時通過PLC給PM命令，以完成PM所擔負的工作。

                                                圖2 彎模A模式流程圖

　　圖3 彎模B模式流程圖

　　 4.3 漸開線坐標計算

　　 由于20PM自身不支持漸開線方式的插補功能，所以在具體實施中，將漸開線按照彎曲的角度分成多點，通過人機計算出每點的坐標，最后PM通過做直線插補來實現(xiàn)用戶要求的功能。當時給出的具體漸開線方程：

　　X=（R+H）*sinα+（L-α*R）*cosα

　　Y= R-（R+H）* cosα+（L-α*R）*sinα

　　其中L,R,H都為常量，可以通過人機設定

　　在計算時，為了預防編寫的宏指令對人機的執(zhí)行速度造成影響，通過畫面cycle宏來實現(xiàn)坐標的計算，這樣就不會影響到人機其它頁面的操作速度。下面是編寫的宏指令：BMOV($88, (2@D664), 2)

　　BMOV($90, (2@D144), 2)

　　## X=（R+H)*SINθ+(L-R*θ)COSθ

　　## Y=R-（R+H)*COSθ+(L-R*θ)SINθ

　　#初始化運算

　　IF $58 <= $M56 (Signed DW)

　　$112 = SIN($58) (Signed DW)  

　　$116 = COS($58) (Signed DW)

　　$66 = FCNV($58) (Signed DW)

　　$60 = FCNV($M50) (Signed DW)

　　$62 = FCNV($M52) (Signed DW)

　　$64 = FCNV($M54) (Signed DW)

　　$120 = FDIV($66, 180.0) (Signed DW)

　　$124 = FMUL($120, 3.14) (Signed DW)

　　$128 = FMUL($124, $62) (Signed DW)

　　##R+H

　　$108 = FADD($62, $64) (Signed DW)

　　##L-R*θ

　　$132 = FSUB($60, $128) (Signed DW)

　　##（R+H)*SINθ

　　$136 = FMUL($108, $112) (Signed DW)

　　##(L-R*θ)COSθ

　　$140 = FMUL($132, $116) (Signed DW)

　　##（R+H)*COSθ

　　$144 = FMUL($108, $116) (Signed DW)

　　##(L-R*θ)SINθ

　　$148 = FMUL($132, $112) (Signed DW)

　　##開始計算

　　## X

　　$152 = FADD($136, $140) (Signed DW)

　　## Y

　　$156 = FSUB($62, $144) (Signed DW)

　　$160 = FADD($156, $148) (Signed DW)

　　##角度自加一

　　$58 = $58 + 1 (Signed DW)

　　##轉成整數(shù)并存儲

　　$164 = iCNV($152) (Signed DW)

　　$168 = iCNV($160) (Signed DW)

　　$170 = $88 - $164 (Signed DW)

　　$172 = $90 - $168 (Signed DW)

　　*$200 = $170 (Signed DW)

　　*$900 = $172 (Signed DW)

　　$200 = $200 + 2 (DW)

　　$900 = $900 + 2 (DW)

　　ELSEIF $58 < 120 (Signed DW)

　　$58 = $58 + 1 (Signed DW)

　　*$200 = 400 (Signed DW)

　　*$900 = 400 (Signed DW)

　　$200 = $200 + 2 (DW)

　　$900 = $900 + 2 (DW)

　　ELSE

　　##賦值給PM，并重新初始化

　　BMOV((2@D3000), $500, 240)

　　BMOV((2@D3600), $1000, 240)

　　$58 = 0 (DW)

　　$200 = 500 (DW)

　　$900 = 1000 (DW)

　　SETB $50.0

　　endif

　　end

　　5  結束語

　　臺達PM20運動控制器在執(zhí)行圓弧插補以及執(zhí)行連續(xù)性的動作流程方面更接近于專業(yè)數(shù)控系統(tǒng)，有著PLC所不能比擬的優(yōu)勢，盡管在執(zhí)行程序流程的靈活性方面，和PLC還是有一定的距離。

　　用管材制造的彎曲零件,無論是平面彎曲件,還是空間彎曲件,除大量應用于氣體、液體的輸送管路外,在金屬結構中的應用也十分廣泛。因此管材彎曲成形工藝是備受關注并得到迅速發(fā)展的重要領域,開展這方面的研究工作,具有十分重要的意義。