基于臺(tái)達(dá)20PM運(yùn)動(dòng)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(guò)塑性加工手段,制造管材零件的加工技術(shù) 。管材塑性加工由于容易滿足塑性成形產(chǎn)品輕量化、強(qiáng)韌化和低耗高效、精確制造等方面的要求,已成為先進(jìn)塑性加工技術(shù)面向21 世紀(jì)研究與發(fā)展的一個(gè)重要方向。

2 數(shù)控彎管

2.1 彎管工藝

實(shí)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(shí)加熱與否可分為冷彎和熱彎,根據(jù)彎曲時(shí)有無(wú)填充物可分為有芯彎管和無(wú)芯彎管。 無(wú)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(duì)運(yùn)動(dòng)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(guò)剛性模具直接作用于彎曲變形區(qū)而進(jìn)行的管材彎曲,要求此剛性模具作用部分尺寸可以補(bǔ)償制件卸載后發(fā)生的彎曲回彈,屬于可重復(fù)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(yīng)力彎曲；基于工具運(yùn)動(dòng)控制的無(wú)模彎曲；疊加法彎曲；數(shù)控機(jī)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(zhuǎn)動(dòng),當(dāng)管材被拉過(guò)壓塊時(shí),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(zhì)量難以保證。隨著數(shù)控機(jī)床業(yè)的發(fā)展,采用先進(jìn)的數(shù)控彎管機(jī)床實(shí)現(xiàn)繞彎工藝,可以大大地提高生產(chǎn)效率,保證產(chǎn)品的質(zhì)量。由于可以方便地調(diào)節(jié)工藝參數(shù),因此數(shù)控彎管機(jī)可以既準(zhǔn)確又穩(wěn)定地完成彎曲、送進(jìn)、轉(zhuǎn)角等動(dòng)作,保證了管制件的彎曲準(zhǔn)確度。數(shù)控彎管機(jī)可以自動(dòng)連續(xù)地成形不同曲率半徑的空間彎曲件。結(jié)合相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)軟件系統(tǒng),控制程序還可以預(yù)先修正彎曲回彈量。但是該工藝的模具結(jié)構(gòu)(見圖7) 比較復(fù)雜,制件質(zhì)量對(duì)工藝參數(shù)敏感,要求有充分的前期準(zhǔn)備和試制工作。尤其是對(duì)于彎制薄壁管制件的情況,如果工藝參數(shù)選擇不當(dāng),則很容易出現(xiàn)起皺現(xiàn)象導(dǎo)致零件甚至是模具的報(bào)廢。如何高效準(zhǔn)確地獲取這些工藝參數(shù),充分保證彎管產(chǎn)品質(zhì)量,是數(shù)控繞彎工藝的研究熱點(diǎn)。

3 數(shù)控彎管系統(tǒng)

3.1系統(tǒng)組成

基于臺(tái)達(dá)機(jī)電一體化平臺(tái)的數(shù)控彎管設(shè)備共有六個(gè)運(yùn)動(dòng)軸系，工藝要求其中兩軸需要直線插補(bǔ)，兩軸需要圓弧插補(bǔ)，其它兩軸沒(méi)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。

3.2 20PM運(yùn)動(dòng)控制器

彎管控制系統(tǒng)核心由臺(tái)達(dá)運(yùn)動(dòng)控制器DVP-20PMMOOD構(gòu)成。臺(tái)達(dá)DVP-20PM00D是一款具有運(yùn)動(dòng)控制專用功能的可編程控制器。DVP-20PM00D的最大特點(diǎn)是PLC主機(jī)直接提供電子凸輪功能，或者說(shuō)DVP-20PM00D是內(nèi)置電子凸輪功能的PLC,所以有些場(chǎng)所直接稱呼DVP-20PM00D為臺(tái)達(dá)20PM運(yùn)動(dòng)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(dāng)定義好CAM Table后，從軸依據(jù)定義的曲線跟隨主軸運(yùn)動(dòng)。采用高速雙CPU結(jié)構(gòu)形式，利用獨(dú)立CPU處理運(yùn)動(dòng)控制算法，可以很好地實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)動(dòng)軌跡控制、邏輯動(dòng)作控制，直線/圓弧插補(bǔ)控制等，數(shù)控彎管機(jī)正是利用了20PM運(yùn)動(dòng)控制器的電子凸輪功能解決復(fù)雜運(yùn)動(dòng)軌跡控制問(wèn)題。

4 20PM數(shù)控彎管編程設(shè)計(jì)

4.1 彎模模式

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

4.2 工藝流程

設(shè)備分手動(dòng)和自動(dòng)模式，手動(dòng)模式下主要是包括設(shè)備回原點(diǎn)、懸臂定長(zhǎng)前進(jìn)/后退、懸臂定長(zhǎng)上升/下降以及彎短管時(shí)的手動(dòng)彎模。

設(shè)備的自動(dòng)流程分A模式和B模式，分別對(duì)應(yīng)下面的A流程和B流程，流程之間的切換通過(guò)人機(jī)來(lái)完成。在具體實(shí)施中，PLC為主控制器，用來(lái)控制流程的選擇和跳轉(zhuǎn)等，同時(shí)通過(guò)PLC給PM命令，以完成PM所擔(dān)負(fù)的工作。

圖3 彎模B模式流程圖

4.3 漸開線坐標(biāo)計(jì)算

由于20PM自身不支持漸開線方式的插補(bǔ)功能，所以在具體實(shí)施中，將漸開線按照彎曲的角度分成多點(diǎn)，通過(guò)人機(jī)計(jì)算出每點(diǎn)的坐標(biāo)，最后PM通過(guò)做直線插補(bǔ)來(lái)實(shí)現(xiàn)用戶要求的功能。當(dāng)時(shí)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(guò)人機(jī)設(shè)定

在計(jì)算時(shí)，為了預(yù)防編寫的宏指令對(duì)人機(jī)的執(zhí)行速度造成影響，通過(guò)畫面cycle宏來(lái)實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)的計(jì)算，這樣就不會(huì)影響到人機(jī)其它頁(yè)面的操作速度。下面是編寫的宏指令：

5 結(jié)束語(yǔ)

臺(tái)達(dá)PM20運(yùn)動(dòng)控制器在執(zhí)行圓弧插補(bǔ)以及執(zhí)行連續(xù)性的動(dòng)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(shì)，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(wú)論是平面彎曲件,還是空間彎曲件,除大量應(yīng)用于氣體、液體的輸送管路外,在金屬結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用也十分廣泛。因此管材彎曲成形工藝是備受關(guān)注并得到迅速發(fā)展的重要領(lǐng)域,開展這方面的研究工作,具有十分重要的意義。