BECKHOFF CNC系统在全自动激光切管机上的应用.docx

BECKHOFFCNC系统在全自动激光切管机上的应用图2C6640K控制器外形图TwinCAT软件系统可将几乎任何兼容的PC转变成为带多PLC系统和NC/CNC轴控制系统的实时控制器。同时集成了适用于所有Beckhoff控制器的编程环境。TwinCAT系统由用于实时执行控制程序的运行时系统和用于编程、诊断和配置的开发环境构成。任何Windows程序如：可视化程序或者办公软件程序都可以通过Microsoft接口来访问TwinCAT数据，也可以执行指令。这样解决了原机各个系统互相之间网络、通讯的复杂度。同时同一CPU、同一进程、同一控制程序的控制方式使得各个功能之间的信息交换变得极为可靠、高效和方便,硬件网络采用EtherCAT工业实时以太网2(如图3所示)。图3激光切管机硬件系统框图3.全自动激光切管机主要功能3.1管材自动测量TwinCAT_CNC建立双通道，第一通道负责管材切割经过中的插补联动，第二通道负责管材供料。双通道之间采取M代码相互协调。管材定位机构位于系统第二通道，机械构造如图4所示图4激光切管机管材测量机构使用G100测量指令进展管材长度测量，实现管材的准确夹持。系统执行G100指令之后，测量轴带动测量板以设定速度慢速靠近管材端面，到达端面之后，到位传感器向系统发出信号，系统记录当前测量轴的实时坐标，然后测量轴减速停顿，使用该测量指令可以非常准确的测量管材的实际长度，为后续管材的加工提供准确位置。G100使用例程如下列图5图5G100测量指令例如3.2管材拐角切割B样条曲线曲面具有几何不变性、凸包性、保凸性、变差减小性、部分支撑性等很多优良性质3，是目前CAD系统常用的几何表示方法，和贝塞尔曲线被“拉向它的内部控制点的方式差不多，B样条曲线也被“拉向控制点。不同的是B样条曲线并不必须在第一个和最后一个控制点进展插值；相反，二次曲线在两个控制点的中点开场和完毕，而三次曲线在首末两个控制点相邻的控制点附近开场和完毕4。在BECKHOFFCNC系统中通过用户的预定义参数，平滑编程点的轨迹变化，如图6。图6BECKHOFFCNCB样条轨迹平滑示意图管材切割经过中，转换切割面时最多需要4轴联动+1轴辅助随动，拐角G代码采用小线段拟合，CNC执行HSCB-Spline样条指令。编程例如如下列图7图7BECKHOFFCNCHSC指令例如TwinCATCNC的HSCB-Spline指令5可实现轨迹控制的速度平滑，进步加工效率，减小轴运动对机械安装的冲击，进步设备寿命，并可有效改善切切断面效果，下列图8是HSCB-Spline指令开启和关闭状态下的速度曲线监控，可看到平滑效果明显。图8BECKHOFFHSC指令开启及关闭对切割速度的影响3.3圆管切割中的坐标转换切割圆管时，CNC系统将旋转轴坐标平行展开，与轴向的挪动轴形成虚拟坐标系，这样在很大程度上方便了编程人员，使图形编程工作简单明了，易于理解，如图9。图9BECKHOFFCNC圆管切割的坐标系展开4.完毕语基于BECKHOFFIPC的全自动激光切管机采用EtherCAT总线构造，为系统的实时性能和拓扑的灵敏性树立了新的标准6，同时，降低了现场总线的使用本钱将CNC数控，PTP轴运动和PLC逻辑控制通过一台控制器实现，构造简洁，稳定性更高，可靠性更好。参考文献：德国倍福自动化有限公司.德国倍福产品选型手册-工业PC和自动化系统G.2017.BeckhoffAutomationCo.,Ltd.ProductsManualofBeckhoff-IndustrialPCandAutomationSystemG.2017.BeckhoffAutomationGmbHEtherCATCommunicationTheoryEB/OL.2007.:/wwwethercatorg/陈鹏,邓飞,刘思廷三维空间属性差值算法的研究.电脑知识与技术，2021.7蒋勇.李玉梅.基于三次B样条的曲线逼近算法及其收敛性J;计算机工程与设计;2021.6BeckhoffAutomationGmbHBeckhoffInfoSystemEB/OL2018.s:/infosys.beckhoff/english.php郇极.工业以太网现场总线EtherCAT驱动程序设计及应用M北京:北京航空航天大学出版社，2020