摘 要：在簡(jiǎn)要介紹多軸數(shù)控焊接原理的基礎(chǔ)上。重點(diǎn)討論利用臺(tái)達(dá)內(nèi)嵌運(yùn)動(dòng)控制功能的20PM系列PLC，實(shí)現(xiàn)焊接軌跡的三軸螺旋偏心圓插補(bǔ)平臺(tái)控制，給出軟件編程。

關(guān)鍵詞：DVP20PM00D 運(yùn)動(dòng)控制 三軸螺旋插補(bǔ) 數(shù)控焊接

1 引言

　　焊接是最常見的金屬連接工藝。鋼管管件的數(shù)控焊接用于單根鋼管的焊接和分支鋼管的焊接，實(shí)現(xiàn)工藝過(guò)程的自動(dòng)化，對(duì)于焊接工藝的精密加工具有十分重要的意義。

　　鋼管管件數(shù)控焊接的核心問(wèn)題是焊接點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡控制，設(shè)備外觀如圖1所示。數(shù)控焊槍根據(jù)工藝加工要求實(shí)現(xiàn)上下前后2軸運(yùn)動(dòng)控制。數(shù)控管件夾具平臺(tái)用于固定需要焊接的鋼管，本身可以做單軸的水平面旋轉(zhuǎn)，同時(shí)平臺(tái)本身可以在X-Y平面上，做X水平，Y垂直及圓弧的運(yùn)動(dòng)，構(gòu)成3軸運(yùn)動(dòng)控制。本文以數(shù)控管件夾具平臺(tái)3軸運(yùn)動(dòng)控制設(shè)計(jì)為主，對(duì)于焊槍水平和垂直焊接不予贅述。

圖1 數(shù)控焊接機(jī)

2 數(shù)控工藝分析

　　2.1 單根鋼管焊接

　　單根鋼管焊接比較簡(jiǎn)單，只需中間夾具做一圓周運(yùn)動(dòng)即可,這個(gè)運(yùn)動(dòng)命名為同心圓，如圖2所示。

圖2 單根鋼管焊接

　　2.2 分支鋼管焊接

　　圖3為分支鋼管的焊接，在焊接過(guò)程中，不僅要求中間夾具要做圓周運(yùn)動(dòng)，底座X-Y,平臺(tái)也要同步反向旋轉(zhuǎn)，才能完成分支鋼管的焊接，這個(gè)運(yùn)動(dòng)命名為偏心圓，要求數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)三軸的螺旋插補(bǔ)，如圖4所示。偏心圓焊接軌跡的控制復(fù)雜程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于同心圓軌跡。

圖3 分支鋼管的焊接

圖4 數(shù)控焊槍的三軸螺旋插補(bǔ)軌跡

3 20PM運(yùn)動(dòng)控制PLC解決方案

　　3.1 運(yùn)動(dòng)控制PLC簡(jiǎn)介

　　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，多軸數(shù)控管件焊接機(jī)正是利用了20PM運(yùn)動(dòng)控制器的電子凸輪功能很好的解決了復(fù)雜軌跡控制等問(wèn)題。20PM的主要特點(diǎn)：

　　(1)20PM適用于高速、高精度、高復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)控制場(chǎng)合;

　　(2)多段速執(zhí)行及中斷定位;

　　(3)64K 大容量, 內(nèi)置Flash存儲(chǔ)體;

　　(5)兩組差分脈沖輸出，最高脈沖輸出達(dá)500KHz;

　　(6)兩組手搖輪控制;

　　(7)內(nèi)置電子凸輪功能，輕松實(shí)現(xiàn)繞線、飛剪、追剪等應(yīng)用;

　　(8)支持PLC順序邏輯控制及NC控制(G 碼與M碼)。

　　3.2 運(yùn)動(dòng)控制解決方案

　　總體控制方案采用了兩套臺(tái)達(dá)20PM系列運(yùn)動(dòng)控制PLC，其中20PM00M為內(nèi)涵三軸的運(yùn)動(dòng)控制功能的PLC，實(shí)現(xiàn)工件夾具平臺(tái)三軸復(fù)雜螺旋插補(bǔ)偏心圓焊接軌跡, 對(duì)于常規(guī)PLC是完全是難以想象的。

圖5 20PM00M接線原理

　　3.3 運(yùn)動(dòng)控制編程

　　20PM支持的G 代碼功能如下：G0 高速定位;G1 雙軸或三軸聯(lián)動(dòng)直線插補(bǔ);G2 順時(shí)針圓弧插補(bǔ)(設(shè)定圓心位置);G3 逆時(shí)針圓弧插補(bǔ)(設(shè)定圓心位置);G2 順時(shí)針圓弧插補(bǔ)(設(shè)定半徑長(zhǎng)度);G3 逆時(shí)針圓弧插補(bǔ)(設(shè)定半徑長(zhǎng)度);G4 停頓時(shí)間;G90 設(shè)定絕對(duì)坐標(biāo)系統(tǒng);G91 設(shè)定相對(duì)坐標(biāo)系統(tǒng)。

　　DVP20PM特色。64K步程序容量,100段運(yùn)動(dòng)程序，滿足不同加工需求;在20PM中最大可設(shè)置100種運(yùn)動(dòng)軌跡，同時(shí)利用64K的程序容量，預(yù)先將需要執(zhí)行的各種不同運(yùn)行曲線的G碼存儲(chǔ)在PLC中，當(dāng)需要加工某種規(guī)格時(shí)，可以采用文本顯示器、觸摸屏等來(lái)調(diào)用。支持G碼的直接匯入，當(dāng)采用CAM軟件生成文本格式的G碼后，可利用PMSOFT的匯入菜單直接匯入到PLC運(yùn)動(dòng)程序中。也可通過(guò)HMI,利用U盤導(dǎo)入文本格式的G碼。支持手搖輪應(yīng)用，可做一些手動(dòng)的調(diào)整。具備電子原點(diǎn)返回模式，在20PM內(nèi)存中加入了原點(diǎn)記憶功能，只要設(shè)定了電子原點(diǎn)，即使設(shè)備斷電，在下次上電后也可以輕松找到原點(diǎn)位置?？蛇B結(jié)EH2主機(jī)與所有擴(kuò)充模塊，20PM可以靈活配置，即可以接在EH2主機(jī)后作為專門定位擴(kuò)展模塊，也可以做為主機(jī)連接其它的模擬量等特殊功能模塊。支持PLC順序語(yǔ)言及定位語(yǔ)言(G 碼與M碼)，實(shí)現(xiàn)了通用PLC與數(shù)控技術(shù)的一個(gè)完美結(jié)合。配置運(yùn)動(dòng)軌跡的離線仿真功能，在實(shí)際加工前利用該項(xiàng)功能可以檢查運(yùn)動(dòng)程序是否存在問(wèn)題，可及時(shí)解決減少錯(cuò)誤發(fā)生，參見下圖。

4 偏心圓焊接軌跡編程

　　4.1上電參數(shù)初始化

　　把X,Y,Z的機(jī)械參數(shù)，及焊槍的上下軸，前后軸機(jī)械參數(shù)填到相關(guān)設(shè)置寄存器里如(D1818,D1820,D1898 D1900;等)，如圖6所示。

圖 6上電參數(shù)初始化

　　4.2 手動(dòng)程控

　　手動(dòng)控制X,Y,Z軸，及焊槍的上下軸，前后軸。先把各軸的手動(dòng)速度等參數(shù)寫入相關(guān)寄存器如圖7所示。圖8為把手動(dòng)命令放到五個(gè)軸相關(guān)的命令寄存器。需要注意的是20PM00M三軸運(yùn)動(dòng)控制器為主機(jī)，20PM00D兩軸運(yùn)動(dòng)控制器作為擴(kuò)展模塊，他們之間的通信通過(guò)FROM,TO指令進(jìn)行讀寫。主機(jī)的CR0-CR199,對(duì)應(yīng)擴(kuò)展的D1500-D1599。

圖7 手動(dòng)速度參數(shù)

圖8 手動(dòng)命令參數(shù)

　　4.3 自動(dòng)控制

　　利用配方功能，如配方1，為工件1，為同心圓，速度為4，半徑為20，角度為30，也即D2000=1,D2002=40,,D2004=200,D2006=300,

　　如配方2，為工件2，為偏心圓，速度為4.8，半徑為21，角度為40，偏心距為58,也即

　　D2000=2,D2002=48,,D2004=210,D2006=400,D2008=580

　　在O100循環(huán)程序中根據(jù)

　　D2000的內(nèi)容值,分別調(diào)用不同的運(yùn)動(dòng)子程序

　　運(yùn)動(dòng)子程序共有四種

　　D2000=1,調(diào)用OX1,為同心圓控制,G00 ZD3000 FD3002(D3000為根據(jù)角度半徑計(jì)算D3002為速度)

　　D2000=2,調(diào)用OX2,為偏心圓控制,G02 XD3010 YD3012 ZD3014 RD3016 FD3020(D3010,D3012為根據(jù)角度半徑計(jì)算的坐標(biāo)D3020為速度)

　　D2000=3,調(diào)用OX3,焊槍垂直控制

　　D2000=4,調(diào)用OX4,平臺(tái)水平運(yùn)動(dòng)

　　通過(guò)配方功能可實(shí)現(xiàn)所需的工件,比如配方10,為工件10,為偏心圓，速度為5.8，半徑為31，角度為60，偏心距為50,也即

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

　　如果啟動(dòng)運(yùn)行會(huì)自動(dòng)調(diào)用相關(guān)的運(yùn)動(dòng)子程序及相關(guān)參數(shù)，如圖9所示。

圖9 自動(dòng)控制

5 結(jié)束語(yǔ)

　　臺(tái)達(dá)DVP20PM00D產(chǎn)品是一款同時(shí)具有邏輯控制和位置控制的功能強(qiáng)大的PLC，可以靈活、高速、精確的完成平面兩軸及三軸運(yùn)動(dòng)控制， DVP20PM00D出色的控制功能具有良好的發(fā)展前景，可以廣泛應(yīng)用于木工機(jī)械、焊接機(jī)械、切割設(shè)備以及半導(dǎo)體加工設(shè)備等等，例如液晶切片機(jī)、雙軸立車、焊接軌跡控、點(diǎn)膠軌跡控制、龍門數(shù)控鉆床、火焰切割機(jī)等廣泛的機(jī)電控制領(lǐng)域。