關於電動折彎機的設計與優化分析的論文

計算機數控系統（computernumericalcontrol，cnc）是用計算機控制加工過程，實現數字控制的系統，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，能實現控制、插補、進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、可二次開發性等優點的開放式數控系統是先進製造技術的重要研究領域。

　　1．電動折彎機的作用分析

折彎機在鈑金製造加工中起着十分重要的作用。折彎機是用於製造尺寸大、外形準確度要求較高，相對彎曲半徑大的變曲率型材，已發展成爲板料折彎成型行業的重要技術載體。因此，對摺彎機控制系統的研究也在不斷髮展中。目前在國內液壓型折彎機數控系統佔據着絕對的優勢，但其和所有的液壓系統一樣，具有易污染環境、液壓缸響應慢、生產效率低、結構較爲複雜、維修成本較高等缺點，且自上世紀八十年代以來再無重大技術改進。基於伺服電機直接驅動的折彎機數控技術則是一門新興的技術。還有一種基於pc機的開放式折彎機數控系統，設計了基於cpld的位置控制卡來實現數字—脈衝伺服接口和其他i／o接口功能，但對材料的折彎實現是由液壓系統來完成。

本文提出一種基於pc機的開放式電動折彎機數控系統，它採用伺服電機直接驅動滑塊，在滑塊兩端的同步控制上採用並行結構方式，同時，它採用基於pc機、運動控制接口板卡、伺服系統的硬件結構和實時linux操作系統、專業數控軟件emc2的軟件結構。實驗證明，該系統具有成本低、可靠性高等優點；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實際要求。

　　2．電動折彎機數控系統設計

本系統的硬件主要由pc機、運動控制接口板卡、伺服驅動裝置、伺服電機和反饋裝置五部分組成。pc機實現整個系統的管理功能，選用rtlinux作爲系統軟件操作平臺，通過數控軟件emc2實現系統的人機操作界面和任務分配，實時顯示各軸的位置數據和各種狀態信息，並通過該界面向運動控制板卡發送控制指令，從而驅動伺服系統實現對板料的折彎控制。

運動控制接口板卡的主控芯片採用fpga（fieldprogrammablegatearray，現場可編程門陣列），板卡通過pci總線與pc機進行相連，一方面接收pc機發下來的命令，另一方面實時反饋給pc機各軸的位置數據和系統狀態信息。對光柵尺反饋回來的軸位置信息與給定位置信息進行比較，實現系統位置的閉環控制，進而通過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現。伺服驅動裝置和伺服電機實現對x軸後檔料板、y軸滑塊的驅動，伺服電機自帶編碼器實現電機速度的閉環控制；光柵尺作爲反饋裝置，把y軸滑塊的位置數據實時反饋同運動控制接口板卡進行處理，構成滑塊位置系統的閉環控制。

　　3．折彎機工作原理簡介

折彎機主要實現兩個方向的自由運動，分別爲後檔料的水平運動（即本文中由伺服電機控制的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。具體實現過程爲：後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，滑塊根據所需折彎角度下降至下模內一定深度進行折彎，然後回程，重複以上過程直至折彎工件加工完畢。

數控折彎機的優勢在很大程度上決定於它的控制精度，主要體現在滑塊兩端的同步性問題上。基於伺服電機直接驅動的電動折彎機滑塊兩端同步性控制上，一般採用主從結構和並行結構兩種方式。由於並行結構方式不容易產生累積定位誤差，也不易發生諧振現象，可使系統具有較強的抗干擾能力。由於本系統設計爲大功率折彎系統，滑塊樑較長，爲了有效的防止滑塊樑在向下折彎用力時發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，採用了3個支撐柱及3臺伺服電機共同驅動滑塊進行折彎，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軸互爲主從、y2和y3軸也互爲主從。三臺伺服電機在同時獲得相同的位置指令後相互協調同步運動，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於一般數控機牀的不同點和難點。爲保證三軸在任何時刻位置誤差都控制在規定的範圍內，從而實現滑塊的同步移動。

　　4．結束語

電動折彎機是折彎機發展的趨勢，而開放式數控系統是數控系統發展的主流方向，把二者結合起來，不僅可以克服傳統液壓折彎機的固有缺點，而且可以很好地降低系統成本，使系統具有較高的性價比。本文設計的開放式大功率電動折彎機數控系統，採用pc機、運動控制接口板卡和伺服系統的結構，在y軸上採用並行結構的方式，利用==臺伺服電機去共同驅動滑塊的運動，使系統更平穩、控制精度更高，同時也具有開放性、軟硬件豐富、可移植性好、人機交互方便等優點。實驗驗證，系統在x軸和y軸上的定位精度達到都很好地滿足了工業實際要求。另一方面，系統gui有待進一步改善，使gui更加簡潔美觀；採用性價比更高的設備、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現。