摘  要：在簡要介紹多軸數(shù)控焊接原理的基礎(chǔ)上。重點討論利用臺達(dá)內(nèi)嵌運動控制功能的20PM系列PLC，實現(xiàn)焊接軌跡的三軸螺旋偏心圓插補平臺控制，給出軟件編程。

　　關(guān)鍵詞：DVP20PM00D  運動控制  三軸螺旋插補  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，實現(xiàn)工藝過程的自動化，對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)控焊接的核心問題是焊接點運動軌跡控制，設(shè)備外觀如圖1所示。數(shù)控焊槍根據(jù)工藝加工要求實現(xiàn)上下前后2軸運動控制。數(shù)控管件夾具平臺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)，同時平臺本身可以在X-Y平面上，做X水平，Y垂直及圓弧的運動，構(gòu)成3軸運動控制。本文以數(shù)控管件夾具平臺3軸運動控制設(shè)計為主，對于焊槍水平和垂直焊接不予贅述。

圖1 數(shù)控焊接機

　　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單，只需中間夾具做一圓周運動即可,這個運動命名為同心圓，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，在焊接過程中，不僅要求中間夾具要做圓周運動，底座X-Y,平臺也要同步反向旋轉(zhuǎn)，才能完成分支鋼管的焊接，這個運動命名為偏心圓，要求數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)三軸的螺旋插補，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軌跡

　　3  20PM運動控制PLC解決方案

　　3.1 運動控制PLC簡介

　　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，多軸數(shù)控管件焊接機正是利用了20PM運動控制器的電子凸輪功能很好的解決了復(fù)雜軌跡控制等問題。20PM的主要特點：

　　（1）20PM適用于高速、高精度、高復(fù)雜的運動控制場合；

　　（2）多段速執(zhí)行及中斷定位；

　　（3）64K 大容量, 內(nèi)置Flash存儲體；

　　（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 運動控制解決方案

　　總體控制方案采用了兩套臺達(dá)20PM系列運動控制PLC，其中20PM00M為內(nèi)涵三軸的運動控制功能的PLC，實現(xiàn)工件夾具平臺三軸復(fù)雜螺旋插補偏心圓焊接軌跡, 對于常規(guī)PLC是完全是難以想象的。

圖5 20PM00M接線原理

　　3.3 運動控制編程

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

　　DVP20PM特色。64K步程序容量,100段運動程序，滿足不同加工需求；在20PM中最大可設(shè)置100種運動軌跡，同時利用64K的程序容量，預(yù)先將需要執(zhí)行的各種不同運行曲線的G碼存儲在PLC中，當(dāng)需要加工某種規(guī)格時，可以采用文本顯示器、觸摸屏等來調(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運動程序中。也可通過HMI,利用U盤導(dǎo)入文本格式的G碼。支持手搖輪應(yīng)用，可做一些手動的調(diào)整。具備電子原點返回模式，在20PM內(nèi)存中加入了原點記憶功能，只要設(shè)定了電子原點，即使設(shè)備斷電，在下次上電后也可以輕松找到原點位置。可連結(jié)EH2主機與所有擴充模塊，20PM可以靈活配置，即可以接在EH2主機后作為專門定位擴展模塊，也可以做為主機連接其它的模擬量等特殊功能模塊。支持PLC順序語言及定位語言(G 碼與M碼），實現(xiàn)了通用PLC與數(shù)控技術(shù)的一個完美結(jié)合。配置運動軌跡的離線仿真功能，在實際加工前利用該項功能可以檢查運動程序是否存在問題，可及時解決減少錯誤發(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的機械參數(shù)，及焊槍的上下軸，前后軸機械參數(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 手動程控

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

圖7 手動速度參數(shù)

圖8 手動命令參數(shù)

　　4.3 自動控制

　　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)用不同的運動子程序

　　運動子程序共有四種

　　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,平臺水平運動

　　通過配方功能可實現(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

　　如果啟動運行會自動調(diào)用相關(guān)的運動子程序及相關(guān)參數(shù)，如圖9所示。

圖9 自動控制

    5結(jié)束語

　　臺達(dá)DVP20PM00D產(chǎn)品是一款同時具有邏輯控制和位置控制的功能強大的PLC，可以靈活、高速、精確的完成平面兩軸及三軸運動控制， DVP20PM00D出色的控制功能具有良好的發(fā)展前景，可以廣泛應(yīng)用于木工機械、焊接機械、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、雙軸立車、焊接軌跡控、點膠軌跡控制、龍門數(shù)控鉆床、火焰切割機等廣泛的機電控制領(lǐng)域。