基于台达数控系统的三维弯管机应用案例

    1、引言

    在工业经济快速发展的上世纪90年代后以来，基础设施建设厂房、设备、交通设施需求急剧增加，各种金属管的需求已远远不能满足，许多金属管的形状要求也不断复杂化，从而催生了弯管机系统设计和开发。传统的二维式的弯管机已无法满足复杂的工业需要。三维弯管机正是在这一背景下逐渐开发成熟。可程序设计控制器（PLC）在弯管机控制系统中的应用给复杂要求的弯管系统提供技术保证。到现在由于国内空调，汽车等行业的兴起对于弯管机的需求由量到质的转变，所以同样催生了弯管机技术的飞跃，数控技术终于引入到了弯管机行业，数控的介入是弯管行业的一次技术革命，不管从弯管速度、精度上都是具有相当的优势。台达作为行业的领军者率先利用产品的优势以及中达电通的整合技术销售给行业带了更强的生命力。

    2、概念设计

    2.1 系统概述
   
    基于台达数控系统的三维弯管机架构设计如图1所示。自动三维弯管机控制系统主要由中达通用型数控系统H4C-3、ASD-A 400W、200W和2KW伺服驱动器组成。400W伺服用于驱动小车进行送料即长度进给，200W伺服用于旋转角度控制，2KW伺服用于弯头的弯曲角度控制，外加一系列电磁阀配合机台外部辅助动作。利用中达电通的数控系统画面自由规划，PLC程序的编写，以及丰富的MACRO指令，全闭环高响应的电控配置已经达到了行业的高水平应用。

图1 台达数控弯管机架构

    2.2 系统特点

    中达电通数控系统功能特色，为数控弯管机系统的开发提供了开放平台：

    （1）内含INTERNAL PLC 功能。

    （2）用 320×240 的 LCD 可自行规划显示的画面内容。并提供动态点及反白功能，

    让画面更灵活。

    （3）使用者可使用变量 10000 组，做加、减、乘、除、AND、OR...等数学运算，灵活的设计加工程序。

    （4）马达运转时，加减速有2种模式设定，可随机构而调整。在加减速方面可设定：4 msec~1 sec。加减速也有S形及直线形可供选择。

    2.3 数控弯管机流程设计

    弯管主副夹夹紧、有芯进芯、弯管、辅推弯管、慢弯进行、主副夹退夹、伺服电机动作旋转、退弯动作、退芯完成等。其主要工作流程如图2所示。

图2 工作流程

    3、功能与操控界面设计

    3.1 系统运行方式

    数控弯管机分手动、全自动等多种操作方式，并可满足有芯棒和无芯棒，有主动式送料和贯穿式送料等不同控制要求场合的特定需要,并可将操作者填写的加工数据生成标准的G代码程序到指定的程序号,可以节省系统运算时间,提高加工效率.可以按操作者的需要在指定的弯号进行重夹，让加工工件的长度可以不受机台的行程限制。

    3.2 工件规格数据管理

    可存储上900种产品型号，每种型号可设定不限制弯管角度参数和旋转角度参数，可满足多种复杂、多角度、不同空间的要求，并可对工作进度进行实时监控显示。如图3所示。

图3 工作进度实时监控

    产品公共参数的输入后，系统会通过MACRO的运算算出其送料追随量：

    X=(2∏*R*Z/360)*W+B（其中X:  计算完成后的送料轴追随量；R:  为圆模的半径；Z:  为弯曲角度；W:  拉伸系数 ；B:  补偿量。）    

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    因为主动送料方式下要求弯曲动作的同时需要送料轴同时做比较精确的追随，这也是此数控系统调试的关键，不同的材料和不同的管径的工件其追随系数都不一样，该系数也是各机械厂家的经验，是非常珍贵的测试资料。公共参数如图4所示。

图4 公共参数

    3.3 操控界面

    （1）人性化的界面设计。操作者程序编写的接口，非常人性化和简单化，只需要输入对应各弯的送料量、旋转角度、弯曲角度、和补偿量、加工速度（各弯可以有不同的补偿量和加工速度）即可。下图中每一行的数据输入代表一个弯的动作，如果需要将一个弯的动作拆分，只需要输入对应的动作值就可以。例如，你只需要送料不需要弯曲和旋转，你就可以输入对应的送料量Y而后面的旋转量B和弯曲量C都不需要输入，其它动作同理。此编程窗口会随着使用者输入的程序行数而自动翻页，因此单个工件的弯数是不受栏位数限制的，如图5所示。

图5 工艺参数管理（1）

    （2）可自由调整设定“夹紧时间”、“退夹时间”、“进芯时间”，满足实际工艺要求，以及防止机械上的动作延时造成的次品；如图6所示。

图6 工艺参数管理（2）

    （3）其它界面操控功能设计。可以自由规划各轴点动和回零的速度以及加减速时间；

    单节动作的执行MDI的模式下的运行，可以做单个弯曲动作。也可以对机台动作进行前期调试；手动各辅助动作测试以及轴向点动测试；完善的报警系统，在操作不当或机械故障时能在屏幕上作出提示，并停机报警，如图7所示。

图7 报警管理画面

    4、文件系统管理设计

    根据不同用户的实际要求，需要产品多样性，弯管角度参数灵活可变的特点，三维弯管机系统在设计时要求数控系统拥有强大程序档案处理功能。在系统设计中，采用了中达电通数控系统的填充格式的程序设计，该方案可以让单个工件的弯数不受限制（只受程序容量的限制，可以说单个工件可以弯“无数”个弯），而且不同的工件编写好的程序（输入好的数据）可以保存在不同的程序号中，一共可以保存900个程序，即可以储存900个不同的工件程序。各程序号之间可以来回拷贝如图8所示。

图8 程序号拷贝

    操作者看到的程序是非常简单的程序。干涉处理和程序运算都是操作者看不到的也是无法修改的。整个程序的架构分主程序，前置程序，后置程序以及子程序等，各子程序可以用来处理不同的送料以及弯管方式，调用也非常方便。

    5、结束语

    该套数控弯管机系统的开发成功在于中达电通数控系统高度开放性，高响应性，高可靠性。同时该方案也为弯管机行业带来了性价比极高的整合系统，稳定性和精度以及接口的方便性都达到了同行业比较高的层次。为行业客户赢得了发展优势即经济效益，中达电通公司旨在植根于中国打造工业自动化的领军地位，为国内产业自动化和基础工业的发展提供有力的系统解决方案和自动化应用技术支持，并在母公司台达电子集团的强有力的支持下为全球的产业自动化市场打造出一个令华人骄傲的自动化世界品牌。