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關(guān)于電動折彎機(jī)的設(shè)計與優(yōu)化分析的論文
計算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)（computernumericalcontrol，cnc）是用計算機(jī)控制加工過程，實現(xiàn)數(shù)字控制的系統(tǒng)，其由硬件和軟件組成，具有通用性強(qiáng)、可靠性高、功能豐富、機(jī)電一體化等特點，能實現(xiàn)控制、插補(bǔ)、進(jìn)給等基本功能及補(bǔ)償、圖形編輯和顯示等選擇功能。目前具有可互操作性、可移植性、可二次開發(fā)性等優(yōu)點的開放式數(shù)控系統(tǒng)是先進(jìn)制造技術(shù)的重要研究領(lǐng)域。
1．電動折彎機(jī)的作用分析
折彎機(jī)在鈑金制造加工中起著十分重要的作用。折彎機(jī)是用于制造尺寸大、外形準(zhǔn)確度要求較高，相對彎曲半徑大的變曲率型材，已發(fā)展成為板料折彎成型行業(yè)的重要技術(shù)載體。因此，對折彎機(jī)控制系統(tǒng)的研究也在不斷發(fā)展中。目前在國內(nèi)液壓型折彎機(jī)數(shù)控系統(tǒng)占據(jù)著絕對的優(yōu)勢，但其和所有的液壓系統(tǒng)一樣，具有易污染環(huán)境、液壓缸響應(yīng)慢、生產(chǎn)效率低、結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜、維修成本較高等缺點，且自上世紀(jì)八十年代以來再無重大技術(shù)改進(jìn)。基于伺服電機(jī)直接驅(qū)動的折彎機(jī)數(shù)控技術(shù)則是一門新興的技術(shù)。還有一種基于pc機(jī)的開放式折彎機(jī)數(shù)控系統(tǒng)，設(shè)計了基于cpld的位置控制卡來實現(xiàn)數(shù)字—脈沖伺服接口和其他i／o接口功能，但對材料的折彎實現(xiàn)是由液壓系統(tǒng)來完成。
本文提出一種基于pc機(jī)的開放式電動折彎機(jī)數(shù)控系統(tǒng)，它采用伺服電機(jī)直接驅(qū)動滑塊，在滑塊兩端的同步控制上采用并行結(jié)構(gòu)方式，同時，它采用基于pc機(jī)、運動控制接口板卡、伺服系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)和實時linux操作系統(tǒng)、專業(yè)數(shù)控軟件emc2的軟件結(jié)構(gòu)。實驗證明，該系統(tǒng)具有成本低、可靠性高等優(yōu)點；在對材料的折彎上，x軸和y軸的定位精度都能很好地滿足工業(yè)實際要求。
2．電動折彎機(jī)數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計
本系統(tǒng)的硬件主要由pc機(jī)、運動控制接口板卡、伺服驅(qū)動裝置、伺服電機(jī)和反饋裝置五部分組成。pc機(jī)實現(xiàn)整個系統(tǒng)的管理功能，選用rtlinux作為系統(tǒng)軟件操作平臺，通過數(shù)控軟件emc2實現(xiàn)系統(tǒng)的人機(jī)操作界面和任務(wù)分配，實時顯示各軸的位置數(shù)據(jù)和各種狀態(tài)信息，并通過該界面向運動控制板卡發(fā)送控制指令，從而驅(qū)動伺服系統(tǒng)實現(xiàn)對板料的折彎控制。
運動控制接口板卡的主控芯片采用fpga（fieldprogrammablegatearray，現(xiàn)場可編程門陣列），板卡通過pci總線與pc機(jī)進(jìn)行相連，一方面接收pc機(jī)發(fā)下來的命令，另一方面實時反饋給pc機(jī)各軸的位置數(shù)據(jù)和系統(tǒng)狀態(tài)信息。對光柵尺反饋回來的軸位置信息與給定位置信息進(jìn)行比較，實現(xiàn)系統(tǒng)位置的閉環(huán)控制，進(jìn)而通過伺服接口去不斷調(diào)整各軸的位移，從而保證折彎控制精度的實現(xiàn)。伺服驅(qū)動裝置和伺服電機(jī)實現(xiàn)對x軸后檔料板、y軸滑塊的驅(qū)動，伺服電機(jī)自帶編碼器實現(xiàn)電機(jī)速度的閉環(huán)控制；光柵尺作為反饋裝置，把y軸滑塊的位置數(shù)據(jù)實時反饋同運動控制接口板卡進(jìn)行處理，構(gòu)成滑塊位置系統(tǒng)的閉環(huán)控制。
3．折彎機(jī)工作原理簡介
折彎機(jī)主要實現(xiàn)兩個方向的自由運動，分別為后檔料的水平運動（即本文中由伺服電機(jī)控制的x軸運動）和滑塊垂直方向的運動（即本文中由伺服電機(jī)控制的y軸運動）。其使用一定的通用模具，通過控制x軸和y軸的位置，即可折成各種不同形狀的零件。具體實現(xiàn)過程為：后擋料板首先移至一確定位置限制折彎工件的折彎邊長和折彎位置，滑塊根據(jù)所需折彎角度下降至下模內(nèi)一定深度進(jìn)行折彎，然后回程，重復(fù)以上過程直至折彎工件加工完畢。
數(shù)控折彎機(jī)的優(yōu)勢在很大程度上決定于它的控制精度，主要體現(xiàn)在滑塊兩端的同步性問題上。基于伺服電機(jī)直接驅(qū)動的電動折彎機(jī)滑塊兩端同步性控制上，一般采用主從結(jié)構(gòu)和并行結(jié)構(gòu)兩種方式。由于并行結(jié)構(gòu)方式不容易產(chǎn)生累積定位誤差，也不易發(fā)生諧振現(xiàn)象，可使系統(tǒng)具有較強(qiáng)的抗干擾能力。由于本系統(tǒng)設(shè)計為大功率折彎系統(tǒng)，滑塊梁較長，為了有效的防止滑塊梁在向下折彎用力時發(fā)生弓形彎曲以及提高滑塊的平行度，使得折彎控制精度更好，采用了3個支撐柱及3臺伺服電機(jī)共同驅(qū)動滑塊進(jìn)行折彎，分別安置在滑塊的左端（y1軸）、中端（y2軸）和右端（y3軸），其中，y1和y2軸互為主從、y2和y3軸也互為主從。三臺伺服電機(jī)在同時獲得相同的位置指令后相互協(xié)調(diào)同步運動，以免滑塊傾斜造成折彎精度下降甚至機(jī)械損傷。這也是數(shù)控折彎機(jī)區(qū)別于一般數(shù)控機(jī)床的不同點和難點。為保證三軸在任何時刻位置誤差都控制在規(guī)定的范圍內(nèi)，從而實現(xiàn)滑塊的同步移動。
4．結(jié)束語
電動折彎機(jī)是折彎機(jī)發(fā)展的趨勢，而開放式數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的主流方向，把二者結(jié)合起來，不僅可以克服傳統(tǒng)液壓折彎機(jī)的固有缺點，而且可以很好地降低系統(tǒng)成本，使系統(tǒng)具有較高的性價比。本文設(shè)計的開放式大功率電動折彎機(jī)數(shù)控系統(tǒng)，采用pc機(jī)、運動控制接口板卡和伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，在y軸上采用并行結(jié)構(gòu)的方式，利用==臺伺服電機(jī)去共同驅(qū)動滑塊的運動，使系統(tǒng)更平穩(wěn)、控制精度更高，同時也具有開放性、軟硬件豐富、可移植性好、人機(jī)交互方便等優(yōu)點。實驗驗證，系統(tǒng)在x軸和y軸上的定位精度達(dá)到都很好地滿足了工業(yè)實際要求。另一方面，系統(tǒng)gui有待進(jìn)一步改善，使gui更加簡潔美觀；采用性價比更高的設(shè)備、提高系統(tǒng)對反饋數(shù)據(jù)的運算處理能力，則能進(jìn)一步降低系統(tǒng)成本和提高折彎控制精度，這有望在下一階段的研究中實現(xiàn)。
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