开放式全电动折弯机数控系统的研究与开发

论文摘要

折弯机是板料成形行业的重要技术载体,在钣金制造加工中占有十分重要的地位,属于精密制造关键装备。目前,国内外的折弯机市场还是以液压数控折弯机为主流,但其具有结构复杂、液压缸响应慢、维修成本高、生产效率低且易污染环境等固有缺点,因而越来越不能适应工业市场发展的趋势;而基于伺服电机直接驱动的全电动折弯机技术则是上世纪90年代逐渐发展起来的高新技术,具有结构简单、响应速度快、环保节能、智能化、控制精度高等优点。另外,开放式数控系统已经成为数控领域发展的重要方向,因此,利用折弯机新技术,并结合开放性数控系统来研究开发折弯机技术,不仅可以极大推动我国在板料成形行业的发展,而且可以打破国外对该领域的垄断地位。在分析折弯机工作原理的基础上,提出开放式全电动折弯机数控系统的整体设计方案,在硬件上采用PC机+运动控制板卡+伺服系统+反馈装置的结构,而在软件上采用Linux操作系统+RTAI实时补丁+EMC2专业数控软件的结构,该方案具有实时性好、可移植性好、操作简便、灵活性好等优点,同时其具有很高的性价比。本课题研究的主要工作如下:1、根据国内外的现状,设计了系统总体方案,详细分析了硬件结构上的各个模块,提出了3台伺服电机共同驱动Y轴滑块的方法,以及确定了X轴、Y轴的伺服系统各自所采取的控制方式;2、详细分析了软件结构上的各个部分,尤其是数控软件EMC2的各个模块以及各模块之间的通信方式,为具体应用到折弯机而需要做的的修改和配置奠定基础;3、在分析折弯机操作工艺的基础上,利用Tcl/Tk设计了系统的人机界面;4、根据数控系统的一般控制流程,结合折弯机操作的特点,简单分析了X轴和Y轴的位置控制方法,其中X轴采用半闭环位置控制,Y轴采用全闭环位置控制;并且分析了Y轴在单独PID控制方式下的效果图;5、为提高系统折弯控制精度,对Y轴滑块采取了同步控制方式,主要分析了主从结构控制方式和并行结构控制方式,并给出了两种方式下的同步效果比较图。利用实验室的工作平台,对该系统进行了初步测试,在折弯机Y轴的同步控制精度上达到了±0.01mm,满足控制要求,因此,该设计方案具有可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 数控系统发展概述
• 1.2 国内外折弯机发展现状
• 1.2.1 国外数控折弯机发展现状
• 1.2.2 国内数控折弯机发展现状
• 1.3 折弯机发展趋势——全电动折弯机
• 1.4 课题来源和研究内容
• 1.5 本章小结
• 第二章 电动折弯机系统设计
• 2.1 折弯机机械结构及工作原理
• 2.2 系统方案选取
• 2.3 系统硬件设计
• 2.3.1 系统结构整体介绍
• 2.3.2 系统上位机
• 2.3.3 系统运动控制板卡
• 2.3.4 系统I/O 接口电路
• 2.4 系统伺服系统
• 2.5 本章小结
• 第三章 电动折弯机系统软件分析
• 3.1 Linux 和RTAI 简介
• 3.2 数控软件EMC2
• 3.2.1 EMC2 数控结构分析
• 3.2.2 EMC2 两种通信方式
• 3.3 本章小结
• 第四章 折弯机工艺分析及人机界面设计
• 4.1 折弯机折弯方式简介
• 4.2 折弯机工作方式分析
• 4.3 折弯机数控系统人机界面设计
• 4.3.1 人机界面设计原则
• 4.3.2 人机界面开发工具简介
• 4.3.3 系统人机界面详细设计
• 4.4 系统数据存储
• 4.5 本章小结
• 第五章 折弯机同步控制技术研究
• 5.1 X 轴、Y 轴位置控制分析
• 5.2 PID 控制器介绍
• 5.3 Y 轴PID 控制方式下的同步效果与分析
• 5.4 Y 轴同步控制的介绍及效果分析
• 5.5 本章总结
• 总结与展望
• 总结
• 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢
• 附件