基于台达20PM的多轴数控管件焊接机

　　1 引言

　　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。

　　图1 数控焊接机

　　2 数控工艺分析

　　2.1 单根钢管焊接

　　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。

　　图2 单根钢管焊接

　　2.2 分支钢管焊接

　　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。

　　图3 分支钢管的焊接

　　图4 数控焊枪的三轴螺旋插补轨迹

　　3 20PM运动控制PLC解决方案

　　3.1 运动控制PLC简介

　　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;