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基于台达20PM的多轴数控管件焊接机
作者:中达电通股份有限公司
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焊接设备/切割机展厅
交流电焊机, 直流电焊机, 气体保护焊机, 埋弧焊机, 高频焊接机, ...
焊接是最常见的金属连接工艺。钢管管件的数控焊接用于单根钢管的焊接和分支钢管的焊接,实现工艺过程的自动化,对于焊接工艺的精密加工具有十分重要的意义。

钢管管件数控焊接的核心问题是焊接点运动轨迹控制,设备外观如图1所示。数控焊枪根据工艺加工要求实现上下前后2轴运动控制。数控管件夹具平台用于固定需要焊接的钢管,本身可以做单轴的水平面旋转,同时平台本身可以在X-Y平面上,做X水平,Y垂直及圆弧的运动,构成3轴运动控制。本文以数控管件夹具平台3轴运动控制设计为主,对于焊枪水平和垂直焊接不予赘述。

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图1 数控焊接机

数控工艺分析

单根钢管焊接比较简单,只需中间夹具做一圆周运动即可,这个运动命名为同心圆,如图2所示。

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图2 单根钢管焊接 图3 分支钢管的焊接

图3为分支钢管的焊接,在焊接过程中,不仅要求中间夹具要做圆周运动,底座X-Y,平台也要同步反向旋转,才能完成分支钢管的焊接,这个运动命名为偏心圆,要求数控系统实现三轴的螺旋插补,如图4所示。偏心圆焊接轨迹的控制复杂程度远远大于同心圆轨迹。

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图4 数控焊枪的三轴螺旋插补轨迹

20PM运动控制PLC解决方案

台达DVP-20PM00D是一款具有运动控制专用功能的可编程控制器。DVP-20PM00D的最大特点是PLC主机直接提供电子凸轮功能,或者说DVP-20PM00D是内置电子凸轮功能的PLC,所以有些场所直接称呼DVP-20PM00D为台达20PM运动控制器。

20PM具有2路500KHz的输入与输出,在电子凸轮功能中定义X轴为从轴,编码器输入轴为主轴,当定义好CAM Table后,从轴依据定义的曲线跟随主轴运动。采用高速双CPU结构形式,利用独立CPU处理运动控制算法,可以很好地实现各种运动轨迹控制、逻辑动作控制,直线/圆弧插补控制等,多轴数控管件焊接机正是利用了20PM运动控制器的电子凸轮功能很好的解决了复杂轨迹控制等问题。20PM的主要特点:

(1)20PM适用于高速、高精度、高复杂的运动控制场合;
(2)多段速执行及中断定位;
(3)64K 大容量, 内置Flash存储体;
(5)两组差分脉冲输出,最高脉冲输出达500KHz;
(6)两组手摇轮控制;
(7)内置电子凸轮功能,轻松实现绕线、飞剪、追剪等应用;
(8)支持PLC顺序逻辑控制及NC控制(G 码与M码)。

运动控制解决方案

总体控制方案采用了两套台达20PM系列运动控制PLC,其中20PM00M为内涵三轴的运动控制功能的PLC,实现工件夹具平台三轴复杂螺旋插补偏心圆焊接轨迹, 对于常规PLC是完全是难以想象的。

运动控制编程

20PM支持的G 代码功能如下 :G0 高速定位 ;G1 双轴或三轴联动直线插补;G2 顺时针圆弧插补(设定圆心位置);G3 逆时针圆弧插补(设定圆心位置);G2 顺时针圆弧插补(设定半径长度);G3 逆时针圆弧插补(设定半径长度);G4 停顿时间;G90 设定绝对坐标系统;G91 设定相对坐标系统。

DVP20PM特色。64K步程序容量,100段运动程序,满足不同加工需求;在20PM中最大可设置100种运动轨迹,同时利用64K的程序容量,预先将需要执行的各种不同运行曲线的G码存储在PLC中,当需要加工某种规格时,可以采用文本显示器、触摸屏等来调用。支持G码的直接汇入,当采用CAM软件生成文本格式的G码后,可利用PMSOFT的汇入菜单直接汇入到PLC运动程序中。也可通过HMI,利用U盘导入文本格式的G码。支持手摇轮应用,可做一些手动的调整。具备电子原点返回模式,在20PM内存中加入了原点记忆功能,只要设定了电子原点,即使设备断电,在下次上电后也可以轻松找到原点位置。可连结EH2主机与所有扩充模块,20PM可以灵活配置,即可以接在EH2主机后作为专门定位扩展模块,也可以做为主机连接其它的模拟量等特殊功能模块。支持PLC顺序语言及定位语言(G 码与M码),实现了通用PLC与数控技术的一个完美结合。配置运动轨迹的离线仿真功能,在实际加工前利用该项功能可以检查运动程序是否存在问题,可及时解决减少错误发生(图5)。

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图5 配置运动轨迹的离线仿真功能

偏心圆焊接轨迹编程

上电参数初始化

把X,Y,Z的机械参数,及焊枪的上下轴,前后轴机械参数填到相关设置寄存器里如(D1818,D1820,D1898 D1900等),如图6所示。

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图6 上电参数初始化

手动程控

手动控制X,Y,Z轴,及焊枪的上下轴,前后轴。先把各轴的手动速度等参数写入相关寄存器如图7所示。图8为把手动命令放到五个轴相关的命令寄存器。需要注意的是20PM00M三轴运动控制器为主机,20PM00D两轴运动控制器作为扩展模块,他们之间的通信通过FROM,TO指令进行读写。主机的CR0-CR199,对应扩展的D1500-D1599。

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图7 手动速度参数

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图8 手动命令参数

自动控制

利用配方功能,如配方1,为工件1,为同心圆,速度为4,半径为20,角度为30,也即D2000=1,D2002=40, D2004=200,D2006=300, 如配方2,为工件2,为偏心圆,速度为4.8,半径为21,角度为40,偏心距为58,也即D2000=2,D2002=48,D2004=210,D2006=400,D2008=580

在O100循环程序中根据D2000的内容值,分别调用不同的运动子程序

运动子程序共有四种

D2000=1,调用OX1,为同心圆控制,G00 ZD3000 FD3002(D3000为根据角度半径计算D3002为速度)
D2000=2,调用OX2,为偏心圆控制,G02 XD3010 YD3012 ZD3014 RD3016 FD3020(D3010,D3012为根据角度半径计算的坐标D3020为速度)
D2000=3,调用OX3,焊枪垂直控制
D2000=4,调用OX4,平台水平运动

通过配方功能可实现所需的工件,比如配方10,为工件10,为偏心圆,速度为5.8,半径为31,角度为60,偏心距为50,也即

D2000=2,D2002=48, D2004=310,D2006=600,D2008=500

如果启动运行会自动调用相关的运动子程序及相关参数,如图9所示。

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图9 自动控制

结束语

台达DVP20PM00D产品是一款同时具有逻辑控制和位置控制的功能强大的PLC,可以灵活、高速、精确的完成平面两轴及三轴运动控制, DVP20PM00D出色的控制功能具有良好的发展前景,可以广泛应用于木工机械、焊接机械、切割设备以及半导体加工设备等等,例如液晶切片机、双轴立车、焊接轨迹控、点胶轨迹控制、龙门数控钻床、火焰切割机等广泛的机电控制领域。(end)
文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者,请点击此处) (12/12/2009)
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