折彎機(jī)的制造工藝

折彎機(jī)的制造工藝

折疊機(jī)（也稱為卡盤壓力機(jī)）是一種完成卡盤壓力的壓力設(shè)備。使用簡單的一般模型可以制備一定形狀的金屬板材料。隨著工業(yè)技術(shù)的飛速發(fā)展,在電器、金屬結(jié)構(gòu)、儀器儀表、日用五金、建筑材料等工業(yè)部門得到了廣泛的應(yīng)用。折彎機(jī)在鈑金制造加工中起著十分重要的作用,現(xiàn)已發(fā)展成為板料折彎成型行業(yè)的重要技術(shù)載體,對(duì)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),液壓型數(shù)控折彎機(jī)占據(jù)著絕對(duì)優(yōu)勢(shì),但它和所有的液壓系統(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(diǎn),且自20世紀(jì)80年代以來再無重大技術(shù)改進(jìn)?；陔姍C(jī)直接驅(qū)動(dòng)的新型數(shù)控折彎機(jī)則成為了折彎機(jī)發(fā)展的新方向。作者提出一種基于工業(yè)PC機(jī)的開放式數(shù)控平臺(tái)的全電動(dòng)數(shù)控折彎機(jī)方案,它采用3個(gè)伺服電機(jī)同步驅(qū)動(dòng)控制折彎上模完成折彎工作,精度和效率都比液壓型折彎機(jī)有很大的提高。以工業(yè)PC機(jī)、運(yùn)動(dòng)控制板卡與伺服系統(tǒng)組成硬件結(jié)構(gòu),配合基于RTAI實(shí)時(shí)擴(kuò)展的Linux操作系統(tǒng)、增強(qiáng)型運(yùn)動(dòng)控制器EMC2(EnhancedMachineControllerv2)數(shù)控軟件一起搭建一款高性能、高精度的新型大功率全電動(dòng)數(shù)控折彎機(jī)。新的數(shù)控技術(shù)的引入,相對(duì)于傳統(tǒng)的PLC控制方式,提供了更好的用戶交互,在工序上也促進(jìn)了折彎過程加工的自動(dòng)化、智能化。實(shí)踐證明:該系統(tǒng)克服了傳統(tǒng)的液壓折彎機(jī)速度低、污染高的缺點(diǎn),具有成本低、可靠性高等優(yōu)點(diǎn);在對(duì)材料的折彎上,各軸的定位精度都能很好地滿足工業(yè)實(shí)際要求。1電動(dòng)折彎機(jī)主要發(fā)生在中小企業(yè)中的應(yīng)用特點(diǎn)折彎機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖1所示。折彎機(jī)主要實(shí)現(xiàn)兩個(gè)方向的自由運(yùn)動(dòng),分別為后擋料的水平運(yùn)動(dòng)(即x軸運(yùn)動(dòng))和滑塊垂直方向的運(yùn)動(dòng)(即y軸運(yùn)動(dòng))。它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(shí)現(xiàn)過程為:后擋料板首先移至一確定位置以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。傳統(tǒng)的電動(dòng)折彎機(jī)采用液壓驅(qū)動(dòng)上模動(dòng)作,液壓驅(qū)動(dòng)方式驅(qū)動(dòng)力大,但是其行程動(dòng)作慢,且有漏油、效率低的缺點(diǎn)。作者設(shè)計(jì)的新型全電動(dòng)數(shù)控折彎機(jī),將折彎上模的驅(qū)動(dòng)方式替換成新型的電伺服驅(qū)動(dòng)方式,能極大地改進(jìn)折彎加工效率,是折彎機(jī)發(fā)展的必然趨勢(shì),另一方面引入數(shù)控技術(shù),加入了LCD等顯示設(shè)備,相比于傳統(tǒng)的PLC面板箱方式,能提供更加人性化和實(shí)時(shí)的人機(jī)交互能力,并能實(shí)現(xiàn)折彎過程的自動(dòng)化。2系統(tǒng)的控制部分該系統(tǒng)的硬件主要由工業(yè)PC機(jī)、運(yùn)動(dòng)控制板卡、伺服驅(qū)動(dòng)裝置與伺服電機(jī)(如圖2所示)構(gòu)成。工業(yè)PC機(jī)選用基于RTAI(Real-TimeApplicationInterface)擴(kuò)展的實(shí)時(shí)Linux操作系統(tǒng)平臺(tái),通過數(shù)控軟件EMC2實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的人機(jī)操作界面和任務(wù)分配,實(shí)時(shí)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(yùn)動(dòng)控制板卡發(fā)送控制指令,從而驅(qū)動(dòng)伺服系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)板料的折彎控制。該系統(tǒng)采用兩塊運(yùn)動(dòng)控制板分別實(shí)現(xiàn)x軸與y軸的運(yùn)動(dòng)控制。運(yùn)動(dòng)控制卡的主控芯片采用FPGA(FieldProgrammableGateArray,現(xiàn)場可編程門陣列)以提供高速無時(shí)延的控制,并通過上位機(jī)的PCI光纖通信卡一起組成通信環(huán)路。兩塊運(yùn)動(dòng)控制板卡一方面接收PC機(jī)發(fā)下來的命令,另一方面實(shí)時(shí)反饋給PC機(jī)各軸的位置數(shù)據(jù)和系統(tǒng)狀態(tài)信息。其中運(yùn)動(dòng)控制卡1負(fù)責(zé)控制y軸3個(gè)電機(jī)同步驅(qū)動(dòng)y軸上模滑塊完成折彎下壓動(dòng)作。運(yùn)動(dòng)控制卡2控制x軸,引導(dǎo)板材通過導(dǎo)軌定位到x軸下壓點(diǎn)位置。y軸三軸同步驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用光柵尺反饋的軸位置信息實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制,保證折了彎控制精度的實(shí)現(xiàn)。3部分軟件設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)的可移植性RTAI是對(duì)Linux內(nèi)核的硬實(shí)時(shí)擴(kuò)展,它遵循自由軟件規(guī)范;它可以提供工業(yè)級(jí)的RTOS功能、實(shí)時(shí)的進(jìn)程調(diào)度、內(nèi)存管理、內(nèi)核搶先機(jī)制和文件系統(tǒng)等功能、系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間為微秒級(jí),滿足該系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)采集軸位置信息的要求。由于Linux的特點(diǎn),使得系統(tǒng)成本降低并具有很好的二次開發(fā)性和可移植性。RTAI與Linux能無縫結(jié)合在一起,將下載的RTAI內(nèi)核與補(bǔ)丁打入Linux源代碼,編譯后便能得到需要的實(shí)時(shí)Linux系統(tǒng)。3.2任務(wù)控制器haolEMC2由美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院(NIST)開發(fā)出來的,是基于Linux操作系統(tǒng)及其實(shí)時(shí)擴(kuò)展RTAI的開放式數(shù)控軟件。EMC2高度模塊化,整體架構(gòu)如圖3所示,與硬件無關(guān)的部分(圖中HAL之上的部分)用4個(gè)模塊實(shí)現(xiàn),包含:人機(jī)界面、任務(wù)控制器、運(yùn)動(dòng)控制器、I/O控制器。人機(jī)界面利用了Linux系統(tǒng)界面接口豐富的特點(diǎn),可為用戶提供基于TK、Python甚至字符或者遠(yuǎn)程訪問的界面形式,方便用戶構(gòu)建良好的界面。任務(wù)控制器是系統(tǒng)的核心,它從用戶界面取得操作,然后對(duì)其進(jìn)行解析,并把任務(wù)具體分配到運(yùn)動(dòng)控制器與I/O控制器中,并同時(shí)負(fù)責(zé)G代碼解釋的工作;與此同時(shí)監(jiān)控運(yùn)動(dòng)控制器和I/O控制器的完成情況,并將其狀態(tài)反饋給用戶界面。任務(wù)控制器另外還負(fù)責(zé)一些特殊的運(yùn)行狀態(tài)的快速判斷處理。運(yùn)動(dòng)控制器是一個(gè)實(shí)時(shí)運(yùn)行的功能模塊,主要完成運(yùn)動(dòng)軌跡的規(guī)劃、插補(bǔ)運(yùn)算并驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu),它從任務(wù)控制器那里取得指令,并將執(zhí)行情況反饋給任務(wù)控制器。而I/O控制器主要完成一些如急停等緊急處理以及其他輔助性輸入輸出設(shè)備控制。HAL是EMC2中直接與硬件打交道的部分,它實(shí)質(zhì)是一個(gè)框架,其設(shè)計(jì)理念與設(shè)計(jì)硬件電路相同。HAL提供了一系列定義了輸入、輸出和方法的組件(如PID、編碼器等),用戶可以根據(jù)需要加載和連接這些組件,HAL配置文件決定了需要加載的組件和組件之間的連接方式。EMC2內(nèi)部存在兩種通信方式,即NML和共享內(nèi)存(SHMEN)。NML實(shí)質(zhì)上是一種用C++類實(shí)現(xiàn)的中性網(wǎng)絡(luò)消息協(xié)議,它的本地實(shí)現(xiàn)基于共享內(nèi)存,遠(yuǎn)程實(shí)現(xiàn)基于網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,如TCP/IP、VME總線等。EMC2中NML用于GUI與任務(wù)控制器模塊之間、任務(wù)控制器和I/O控制器模塊之間的通信。任務(wù)控制器和運(yùn)動(dòng)控制器模塊之間則是采用共享內(nèi)存的方式進(jìn)行通訊,因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)控制器是運(yùn)行在內(nèi)核空間中,而NML方式無法在內(nèi)核狀態(tài)下使用。另外HAL框架也使用共享內(nèi)存來進(jìn)行組件間的通信。3.3界面程序設(shè)計(jì)EMC2是一個(gè)開放完善的數(shù)控軟件平臺(tái),要使用它來完成數(shù)控折彎機(jī)的設(shè)計(jì),主要包括用戶界面的設(shè)計(jì)與EMC2數(shù)控系統(tǒng)的配置。電動(dòng)折彎機(jī)的軟件界面不同于傳統(tǒng)的數(shù)控加工界面,有其特有的工藝要求。EMC2提供了豐富的GUI接口,用戶可以根據(jù)自己的需要選擇。為便于現(xiàn)場工作人員的操作,結(jié)合折彎機(jī)系統(tǒng)的特點(diǎn),作者設(shè)計(jì)的圖形用戶界面選用TCL/TK腳本作為界面編程語言,界面示意圖如圖4所示,界面簡單但功能齊全。界面布局分為三部分:主窗口、按鈕欄和狀態(tài)顯示欄。其中,主窗口用于選擇運(yùn)行模式,按鈕欄用于各模式下所需的各種操作選擇,狀態(tài)欄用于實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)各種狀態(tài)信息。其中,主窗口中編輯模式用于程序參數(shù)的編輯,如折彎角度、折彎過程速度大小等;自動(dòng)模式用于多道工序的順序運(yùn)行;單步模式用于工序的單步運(yùn)行;而手動(dòng)模式用于手動(dòng)運(yùn)行程序。在設(shè)計(jì)完界面后,需要將界面控件對(duì)應(yīng)的功能綁定到EMC2提供的接口函數(shù)(API),以實(shí)現(xiàn)與整個(gè)數(shù)控系統(tǒng)的整合。EMC2是一個(gè)通用的數(shù)控系統(tǒng)軟件,為了使EMC2跟當(dāng)前的硬件環(huán)境配合起來使用,還需要配置EMC2,通過EMC2提供的配置腳本來完成。通過配置4個(gè)模塊的工作參數(shù)設(shè)置以及電動(dòng)折彎機(jī)所使用的數(shù)控系統(tǒng)的x與y軸控制軸的相關(guān)參數(shù)設(shè)置,整個(gè)系統(tǒng)就能正常工作了。4個(gè)控制軸之間的約束副大功率電動(dòng)折彎機(jī)驅(qū)動(dòng)功率輸出在上模滑塊折彎過程上。大功率的單電機(jī)驅(qū)動(dòng)方案雖然簡便,但由于大功率電機(jī)價(jià)格不菲,對(duì)于控制成本沒有優(yōu)勢(shì)。作者設(shè)計(jì)的折彎機(jī),滑塊梁較長,為了有效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,使折彎精度更好,采用了在y軸上,用3個(gè)支撐柱及3臺(tái)伺服電機(jī)共同驅(qū)動(dòng)滑塊進(jìn)行折彎。數(shù)控折彎機(jī)的優(yōu)勢(shì)在很大程度上取決于它的控制精度,三軸同步上?；瑝K驅(qū)動(dòng)的問題就顯得尤為重要。目前,基于多伺服電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)折彎機(jī)上?；瑝K同步性控制,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。在安裝位置上,將3根支撐柱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,如圖5所示。3臺(tái)伺服電機(jī)在同時(shí)獲得相同的位置指令后相互協(xié)調(diào)同步運(yùn)動(dòng),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(diǎn)和難點(diǎn)。為保證3個(gè)軸在任何時(shí)刻位置誤差都控制在規(guī)定的范圍內(nèi),從而實(shí)現(xiàn)滑塊的同步移動(dòng),該系統(tǒng)的三軸并行結(jié)構(gòu)同步控制方式如圖6示。5新型液壓折彎機(jī)隨著數(shù)控技術(shù)以及伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)的發(fā)展,基于數(shù)控系統(tǒng)的全電動(dòng)高效折彎機(jī)已是折彎機(jī)發(fā)展的必然趨勢(shì)。作者設(shè)計(jì)的基于開放式數(shù)控系統(tǒng)的全電動(dòng)大功率電動(dòng)折彎機(jī),采用搭載了開放數(shù)控系統(tǒng)EMC2的工業(yè)PC機(jī)