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關(guān)于電動(dòng)折彎機的設計與優(yōu)化分析的論文
計算機數控系統（computernumericalcontrol，cnc）是用計算機控制加工過(guò)程，實(shí)現數字控制的系統，其由硬件和軟件組成，具有通用性強、可靠性高、功能豐富、機電一體化等特點(diǎn)，能實(shí)現控制、插補、進(jìn)給等基本功能及補償、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(kāi)發(fā)性等優(yōu)點(diǎn)的開(kāi)放式數控系統是先進(jìn)制造技術(shù)的重要研究領(lǐng)域。
1．電動(dòng)折彎機的作用分析
折彎機在鈑金制造加工中起著(zhù)十分重要的作用。折彎機是用于制造尺寸大、外形準確度要求較高，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，對折彎機控制系統的研究也在不斷發(fā)展中。目前在國內液壓型折彎機數控系統占據著(zhù)絕對的優(yōu)勢，但其和所有的液壓系統一樣，具有易污染環(huán)境、液壓缸響應慢、生產(chǎn)效率低、結構較為復雜、維修成本較高等缺點(diǎn)，且自上世紀八十年代以來(lái)再無(wú)重大技術(shù)改進(jìn)�；谒欧姍C直接驅動(dòng)的折彎機數控技術(shù)則是一門(mén)新興的技術(shù)。還有一種基于pc機的開(kāi)放式折彎機數控系統，設計了基于cpld的位置控制卡來(lái)實(shí)現數字—脈沖伺服接口和其他i／o接口功能，但對材料的折彎實(shí)現是由液壓系統來(lái)完成。
本文提出一種基于pc機的開(kāi)放式電動(dòng)折彎機數控系統，它采用伺服電機直接驅動(dòng)滑塊，在滑塊兩端的同步控制上采用并行結構方式，同時(shí)，它采用基于pc機、運動(dòng)控制接口板卡、伺服系統的硬件結構和實(shí)時(shí)linux操作系統、專(zhuān)業(yè)數控軟件emc2的軟件結構。實(shí)驗證明，該系統具有成本低、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)；在對材料的折彎上，x軸和y軸的定位精度都能很好地滿(mǎn)足工業(yè)實(shí)際要求。
2．電動(dòng)折彎機數控系統設計
本系統的硬件主要由pc機、運動(dòng)控制接口板卡、伺服驅動(dòng)裝置、伺服電機和反饋裝置五部分組成。pc機實(shí)現整個(gè)系統的管理功能，選用rtlinux作為系統軟件操作平臺，通過(guò)數控軟件emc2實(shí)現系統的人機操作界面和任務(wù)分配，實(shí)時(shí)顯示各軸的位置數據和各種狀態(tài)信息，并通過(guò)該界面向運動(dòng)控制板卡發(fā)送控制指令，從而驅動(dòng)伺服系統實(shí)現對板料的折彎控制。
運動(dòng)控制接口板卡的主控芯片采用fpga（fieldprogrammablegatearray，現場(chǎng)可編程門(mén)陣列），板卡通過(guò)pci總線(xiàn)與pc機進(jìn)行相連，一方面接收pc機發(fā)下來(lái)的命令，另一方面實(shí)時(shí)反饋給pc機各軸的位置數據和系統狀態(tài)信息。對光柵尺反饋回來(lái)的軸位置信息與給定位置信息進(jìn)行比較，實(shí)現系統位置的閉環(huán)控制，進(jìn)而通過(guò)伺服接口去不斷調整各軸的位移，從而保證折彎控制精度的實(shí)現。伺服驅動(dòng)裝置和伺服電機實(shí)現對x軸后檔料板、y軸滑塊的驅動(dòng)，伺服電機自帶編碼器實(shí)現電機速度的閉環(huán)控制；光柵尺作為反饋裝置，把y軸滑塊的位置數據實(shí)時(shí)反饋同運動(dòng)控制接口板卡進(jìn)行處理，構成滑塊位置系統的閉環(huán)控制。
3．折彎機工作原理簡(jiǎn)介
折彎機主要實(shí)現兩個(gè)方向的自由運動(dòng)，分別為后檔料的水平運動(dòng)（即本文中由伺服電機控制的x軸運動(dòng)）和滑塊垂直方向的運動(dòng)（即本文中由伺服電機控制的y軸運動(dòng)）。其使用一定的通用模具，通過(guò)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(shí)現過(guò)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(cháng)和折彎位置，滑塊根據所需折彎角度下降至下模內一定深度進(jìn)行折彎，然后回程，重復以上過(guò)程直至折彎工件加工完畢。
數控折彎機的優(yōu)勢在很大程度上決定于它的控制精度，主要體現在滑塊兩端的同步性問(wèn)題上�；谒欧姍C直接驅動(dòng)的電動(dòng)折彎機滑塊兩端同步性控制上，一般采用主從結構和并行結構兩種方式。由于并行結構方式不容易產(chǎn)生累積定位誤差，也不易發(fā)生諧振現象，可使系統具有較強的抗干擾能力。由于本系統設計為大功率折彎系統，滑塊梁較長(cháng)，為了有效的防止滑塊梁在向下折彎用力時(shí)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(gè)支撐柱及3臺伺服電機共同驅動(dòng)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。三臺伺服電機在同時(shí)獲得相同的位置指令后相互協(xié)調同步運動(dòng)，以免滑塊傾斜造成折彎精度下降甚至機械損傷。這也是數控折彎機區別于一般數控機床的不同點(diǎn)和難點(diǎn)。為保證三軸在任何時(shí)刻位置誤差都控制在規定的范圍內，從而實(shí)現滑塊的同步移動(dòng)。
4．結束語(yǔ)
電動(dòng)折彎機是折彎機發(fā)展的趨勢，而開(kāi)放式數控系統是數控系統發(fā)展的主流方向，把二者結合起來(lái)，不僅可以克服傳統液壓折彎機的固有缺點(diǎn)，而且可以很好地降低系統成本，使系統具有較高的性?xún)r(jià)比。本文設計的開(kāi)放式大功率電動(dòng)折彎機數控系統，采用pc機、運動(dòng)控制接口板卡和伺服系統的結構，在y軸上采用并行結構的方式，利用==臺伺服電機去共同驅動(dòng)滑塊的運動(dòng)，使系統更平穩、控制精度更高，同時(shí)也具有開(kāi)放性、軟硬件豐富、可移植性好、人機交互方便等優(yōu)點(diǎn)。實(shí)驗驗證，系統在x軸和y軸上的定位精度達到都很好地滿(mǎn)足了工業(yè)實(shí)際要求。另一方面，系統gui有待進(jìn)一步改善，使gui更加簡(jiǎn)潔美觀(guān)；采用性?xún)r(jià)比更高的設備、提高系統對反饋數據的運算處理能力，則能進(jìn)一步降低系統成本和提高折彎控制精度，這有望在下一階段的研究中實(shí)現。
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