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(shù) 。管材塑性加工由于容易滿足塑性成形產(chǎn)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(jìn)塑性加工技術(shù)面向21 世紀(jì)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(jù)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(jìn)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(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(zhuǎn)動,當(dāng)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(zhì)量難以保證。隨著數(shù)控機床業(yè)的發(fā)展,采用先進(jìn)的數(shù)控彎管機床實現(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)控彎管機可以既準(zhǔn)確又穩(wěn)定地完成彎曲、送進(jìn)、轉(zhuǎn)角等動作,保證了管制件的彎曲準(zhǔn)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(jié)合相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫軟件系統(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。

3 數(shù)控彎管系統(tǒng)

3.1系統(tǒng)組成

 

      基于臺達(dá)機電一體化平臺的數(shù)控彎管設(shè)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。

 

3.2 20PM運動控制器

 

      彎管控制系統(tǒng)核心由臺達(dá)運動控制器DVP-20PMMOOD構(gòu)成。臺達(dá)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(nèi)置電子凸輪功能的PLC,所以有些場所直接稱呼DVP-20PM00D為臺達(dá)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(dāng)定義好CAM Table后，從軸依據(jù)定義的曲線跟隨主軸運動。采用高速雙CPU結(jié)構(gòu)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(fù)雜運動軌跡控制問題。

4 20PM數(shù)控彎管編程設(shè)計

4.1 彎模模式

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

 

 

4.2 工藝流程

      設(shè)備分手動和自動模式，手動模式下主要是包括設(shè)備回原點、懸臂定長前進(jìn)/后退、懸臂定長上升/下降以及彎短管時的手動彎模。
      設(shè)備的自動流程分A模式和B模式，分別對應(yīng)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(zhuǎn)等，同時通過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(biāo)，最后PM通過做直線插補來實現(xiàn)用戶要求的功能。當(dāng)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(shè)定
    在計算時，為了預(yù)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(biāo)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：

 

 

5 結(jié)束語

      臺達(dá)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(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。