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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(qiáng)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(gè)重要方向。

2  數(shù)控彎管
2.1 彎管工藝
    實(shí)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(shí)加熱與否可分為冷彎和熱彎，根據(jù)彎曲時(shí)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(duì)運(yùn)動(dòng)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(bǔ)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(yùn)動(dòng)控制的無模彎曲；疊加法彎曲；數(shù)控機(jī)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(dòng)，當(dāng)管材被拉過壓塊時(shí)，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(jī)床業(yè)的發(fā)展，采用先進(jìn)的數(shù)控彎管機(jī)床實(shí)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(jī)可以既準(zhǔn)確又穩(wěn)定地完成彎曲、送進(jìn)、轉(zhuǎn)角等動(dòng)作，保證了管制件的彎曲準(zhǔn)確度。數(shù)控彎管機(jī)可以自動(dòng)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(duì)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(duì)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(bào)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(diǎn)。

3  數(shù)控彎管系統(tǒng)
3.1系統(tǒng)組成
    基于臺(tái)達(dá)機(jī)電一體化平臺(tái)的數(shù)控彎管設(shè)備共有六個(gè)運(yùn)動(dòng)軸系，工藝要求其中兩軸需要直線插補(bǔ)，兩軸需要圓弧插補(bǔ)，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，如附表所示。

附表  數(shù)控彎管系統(tǒng)配置

3.2 20pm運(yùn)動(dòng)控制器
    彎管控制系統(tǒng)核心由臺(tái)達(dá)運(yùn)動(dòng)控制器dvp-20pmmood構(gòu)成。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，數(shù)控彎管機(jī)正是利用了20pm運(yùn)動(dòng)控制器的電子凸輪功能解決復(fù)雜運(yùn)動(dòng)軌跡控制問題。

4  20pm數(shù)控彎管編程設(shè)計(jì)
4.1 彎模模式
    根據(jù)彎管加工要求，開發(fā)了兩個(gè)彎管工藝模式，參見圖1所示。

 圖1  彎管模式

4.2 工藝流程
    設(shè)備分手動(dòng)和自動(dòng)模式，手動(dòng)模式下主要是包括設(shè)備回原點(diǎn)、懸臂定長(zhǎng)前進(jìn)/后退、懸臂定長(zhǎng)上升/下降以及彎短管時(shí)的手動(dòng)彎模。
    設(shè)備的自動(dòng)流程分a模式和b模式，分別對(duì)應(yīng)下面的a流程和b流程，流程之間的切換通過人機(jī)來完成。見圖2、圖3，在具體實(shí)施中，plc為主控制器，用來控制流程的選擇和跳轉(zhuǎn)等，同時(shí)通過plc給pm命令，以完成pm所擔(dān)負(fù)的工作。

圖2  彎模a模式流程圖

圖3  彎模b模式流程圖

4.3 漸開線坐標(biāo)計(jì)算
    由于20pm自身不支持漸開線方式的插補(bǔ)功能，所以在具體實(shí)施中，將漸開線按照彎曲的角度分成多點(diǎn)，通過人機(jī)計(jì)算出每點(diǎn)的坐標(biāo)，最后pm通過做直線插補(bǔ)來實(shí)現(xiàn)用戶要求的功能。當(dāng)時(shí)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(wèi)，r，h都為常量，可以通過人機(jī)設(shè)定。
    在計(jì)算時(shí)，為了預(yù)防編寫的宏指令對(duì)人機(jī)的執(zhí)行速度造成影響，通過畫面cycle宏來實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)的計(jì)算，這樣就不會(huì)影響到人機(jī)其它頁面的操作速度。下面是編寫的宏指令：
    bmov($88, (2@d664), 2)
    bmov($90, (2@d144), 2)
    ## x=(r+h)*sinθ+(l-r*θ)cosθ
    ## y=r-(r+h)*cosθ+(l-r*θ)sinθ
    #初始化運(yùn)算
    if $58 <= $m56 (signed dw)
    $112 = sin($58) (signed dw)   
    $116 = cos($58) (signed dw) 
    $66 = fcnv($58) (signed dw)
    $60 = fcnv($m50) (signed dw)
    $62 = fcnv($m52) (signed dw)
    $64 = fcnv($m54) (signed dw)
    $120 = fdiv($66, 180.0) (signed dw)
    $124 = fmul($120, 3.14) (signed dw)
    $128 = fmul($124, $62) (signed dw)
    ##r+h
    $108 = fadd($62, $64) (signed dw)
    ##l-r*θ
    $132 = fsub($60, $128) (signed dw)
    ##(r+h)*sinθ
    $136 = fmul($108, $112) (signed dw)
    ##(l-r*θ)cosθ
    $140 = fmul($132, $116) (signed dw)
    ##(r+h)*cosθ
    $144 = fmul($108, $116) (signed dw)
    ##(l-r*θ)sinθ
    $148 = fmul($132, $112) (signed dw)
    ##開始計(jì)算
    ## x
    $152 = fadd($136, $140) (signed dw)
    ## y
    $156 = fsub($62, $144) (signed dw)
    $160 = fadd($156, $148) (signed dw)
    ##角度自加一
    $58 = $58 + 1 (signed dw)
    ##轉(zhuǎn)成整數(shù)并存儲(chǔ)
    $164 = icnv($152) (signed dw)
    $168 = icnv($160) (signed dw)
    $170 = $88 - $164 (signed dw)
    $172 = $90 - $168 (signed dw)
    *$200 = $170 (signed dw)
    *$900 = $172 (signed dw)
    $200 = $200 + 2 (dw)
    $900 = $900 + 2 (dw)
    elseif $58 < 120 (signed dw)
    $58 = $58 + 1 (signed dw)
    *$200 = 400 (signed dw)
    *$900 = 400 (signed dw)
    $200 = $200 + 2 (dw)
    $900 = $900 + 2 (dw)
    else
    ##賦值給pm，并重新初始化
    bmov((2@d3000), $500, 240)
    bmov((2@d3600), $1000, 240)
    $58 = 0 (dw)
    $200 = 500 (dw)
    $900 = 1000 (dw)
    setb $50.0
    endif
    end

5  結(jié)束語
    臺(tái)達(dá)pm20運(yùn)動(dòng)控制器在執(zhí)行圓弧插補(bǔ)以及執(zhí)行連續(xù)性的動(dòng)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(shì)，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。