折弯机的制造工艺

折弯机的制造工艺

折叠机（也称为卡盘压力机）是一种完成卡盘压力的压力设备。使用简单的一般模型可以制备一定形状的金属板材料。随着工业技术的飞速发展,在电器、金属结构、仪器仪表、日用五金、建筑材料等工业部门得到了广泛的应用。折弯机在钣金制造加工中起着十分重要的作用,现已发展成为板料折弯成型行业的重要技术载体,对折弯机控制系统的研究也在不断发展中。目前在国内,液压型数控折弯机占据着绝对优势,但它和所有的液压系统一样,具有易污染环境、液压缸响应慢、生产效率低、结构较为复杂、维修成本较高等缺点,且自20世纪80年代以来再无重大技术改进。基于电机直接驱动的新型数控折弯机则成为了折弯机发展的新方向。作者提出一种基于工业PC机的开放式数控平台的全电动数控折弯机方案,它采用3个伺服电机同步驱动控制折弯上模完成折弯工作,精度和效率都比液压型折弯机有很大的提高。以工业PC机、运动控制板卡与伺服系统组成硬件结构,配合基于RTAI实时扩展的Linux操作系统、增强型运动控制器EMC2(EnhancedMachineControllerv2)数控软件一起搭建一款高性能、高精度的新型大功率全电动数控折弯机。新的数控技术的引入,相对于传统的PLC控制方式,提供了更好的用户交互,在工序上也促进了折弯过程加工的自动化、智能化。实践证明:该系统克服了传统的液压折弯机速度低、污染高的缺点,具有成本低、可靠性高等优点;在对材料的折弯上,各轴的定位精度都能很好地满足工业实际要求。1电动折弯机主要发生在中小企业中的应用特点折弯机的机械结构如图1所示。折弯机主要实现两个方向的自由运动,分别为后挡料的水平运动(即x轴运动)和滑块垂直方向的运动(即y轴运动)。它使用一定的通用模具,通过控制x轴和y轴的位置,即可折成各种不同形状的零件。具体实现过程为:后挡料板首先移至一确定位置以限制折弯工件的折弯边长和折弯位置,滑块根据所需折弯角度下降至下模内一定深度进行折弯,然后回程,重复以上过程直至折弯工件加工完毕。传统的电动折弯机采用液压驱动上模动作,液压驱动方式驱动力大,但是其行程动作慢,且有漏油、效率低的缺点。作者设计的新型全电动数控折弯机,将折弯上模的驱动方式替换成新型的电伺服驱动方式,能极大地改进折弯加工效率,是折弯机发展的必然趋势,另一方面引入数控技术,加入了LCD等显示设备,相比于传统的PLC面板箱方式,能提供更加人性化和实时的人机交互能力,并能实现折弯过程的自动化。2系统的控制部分该系统的硬件主要由工业PC机、运动控制板卡、伺服驱动装置与伺服电机(如图2所示)构成。工业PC机选用基于RTAI(Real-TimeApplicationInterface)扩展的实时Linux操作系统平台,通过数控软件EMC2实现系统的人机操作界面和任务分配,实时显示各轴的位置数据和各种状态信息,并通过该界面向运动控制板卡发送控制指令,从而驱动伺服系统实现对板料的折弯控制。该系统采用两块运动控制板分别实现x轴与y轴的运动控制。运动控制卡的主控芯片采用FPGA(FieldProgrammableGateArray,现场可编程门阵列)以提供高速无时延的控制,并通过上位机的PCI光纤通信卡一起组成通信环路。两块运动控制板卡一方面接收PC机发下来的命令,另一方面实时反馈给PC机各轴的位置数据和系统状态信息。其中运动控制卡1负责控制y轴3个电机同步驱动y轴上模滑块完成折弯下压动作。运动控制卡2控制x轴,引导板材通过导轨定位到x轴下压点位置。y轴三轴同步驱动系统采用光栅尺反馈的轴位置信息实现闭环控制,保证折了弯控制精度的实现。3部分软件设计3.1系统的可移植性RTAI是对Linux内核的硬实时扩展,它遵循自由软件规范;它可以提供工业级的RTOS功能、实时的进程调度、内存管理、内核抢先机制和文件系统等功能、系统响应时间为微秒级,满足该系统对实时采集轴位置信息的要求。由于Linux的特点,使得系统成本降低并具有很好的二次开发性和可移植性。RTAI与Linux能无缝结合在一起,将下载的RTAI内核与补丁打入Linux源代码,编译后便能得到需要的实时Linux系统。3.2任务控制器haolEMC2由美国国家标准与技术研究院(NIST)开发出来的,是基于Linux操作系统及其实时扩展RTAI的开放式数控软件。EMC2高度模块化,整体架构如图3所示,与硬件无关的部分(图中HAL之上的部分)用4个模块实现,包含:人机界面、任务控制器、运动控制器、I/O控制器。人机界面利用了Linux系统界面接口丰富的特点,可为用户提供基于TK、Python甚至字符或者远程访问的界面形式,方便用户构建良好的界面。任务控制器是系统的核心,它从用户界面取得操作,然后对其进行解析,并把任务具体分配到运动控制器与I/O控制器中,并同时负责G代码解释的工作;与此同时监控运动控制器和I/O控制器的完成情况,并将其状态反馈给用户界面。任务控制器另外还负责一些特殊的运行状态的快速判断处理。运动控制器是一个实时运行的功能模块,主要完成运动轨迹的规划、插补运算并驱动执行机构,它从任务控制器那里取得指令,并将执行情况反馈给任务控制器。而I/O控制器主要完成一些如急停等紧急处理以及其他辅助性输入输出设备控制。HAL是EMC2中直接与硬件打交道的部分,它实质是一个框架,其设计理念与设计硬件电路相同。HAL提供了一系列定义了输入、输出和方法的组件(如PID、编码器等),用户可以根据需要加载和连接这些组件,HAL配置文件决定了需要加载的组件和组件之间的连接方式。EMC2内部存在两种通信方式,即NML和共享内存(SHMEN)。NML实质上是一种用C++类实现的中性网络消息协议,它的本地实现基于共享内存,远程实现基于网络协议,如TCP/IP、VME总线等。EMC2中NML用于GUI与任务控制器模块之间、任务控制器和I/O控制器模块之间的通信。任务控制器和运动控制器模块之间则是采用共享内存的方式进行通讯,因为运动控制器是运行在内核空间中,而NML方式无法在内核状态下使用。另外HAL框架也使用共享内存来进行组件间的通信。3.3界面程序设计EMC2是一个开放完善的数控软件平台,要使用它来完成数控折弯机的设计,主要包括用户界面的设计与EMC2数控系统的配置。电动折弯机的软件界面不同于传统的数控加工界面,有其特有的工艺要求。EMC2提供了丰富的GUI接口,用户可以根据自己的需要选择。为便于现场工作人员的操作,结合折弯机系统的特点,作者设计的图形用户界面选用TCL/TK脚本作为界面编程语言,界面示意图如图4所示,界面简单但功能齐全。界面布局分为三部分:主窗口、按钮栏和状态显示栏。其中,主窗口用于选择运行模式,按钮栏用于各模式下所需的各种操作选择,状态栏用于实时显示系统各种状态信息。其中,主窗口中编辑模式用于程序参数的编辑,如折弯角度、折弯过程速度大小等;自动模式用于多道工序的顺序运行;单步模式用于工序的单步运行;而手动模式用于手动运行程序。在设计完界面后,需要将界面控件对应的功能绑定到EMC2提供的接口函数(API),以实现与整个数控系统的整合。EMC2是一个通用的数控系统软件,为了使EMC2跟当前的硬件环境配合起来使用,还需要配置EMC2,通过EMC2提供的配置脚本来完成。通过配置4个模块的工作参数设置以及电动折弯机所使用的数控系统的x与y轴控制轴的相关参数设置,整个系统就能正常工作了。4个控制轴之间的约束副大功率电动折弯机驱动功率输出在上模滑块折弯过程上。大功率的单电机驱动方案虽然简便,但由于大功率电机价格不菲,对于控制成本没有优势。作者设计的折弯机,滑块梁较长,为了有效防止滑块梁在向下折弯用力时发生弓形弯曲以及提高滑块的平行度,使折弯精度更好,采用了在y轴上,用3个支撑柱及3台伺服电机共同驱动滑块进行折弯。数控折弯机的优势在很大程度上取决于它的控制精度,三轴同步上模滑块驱动的问题就显得尤为重要。目前,基于多伺服电机直接驱动的电动折弯机上模滑块同步性控制,一般采用主从结构和并行结构两种方式。由于并行结构方式不容易产生累积定位误差,也不易发生谐振现象,可使系统具有较强的抗干扰能力。在安装位置上,将3根支撑柱分别安置在滑块的左端(y1轴)、中端(y2轴)和右端(y3轴),其中y1和y2轴互为主从、y2和y3轴也互为主从,如图5所示。3台伺服电机在同时获得相同的位置指令后相互协调同步运动,以免滑块倾斜造成折弯精度下降甚至机械损伤。这也是数控折弯机区别于一般数控机床的不同点和难点。为保证3个轴在任何时刻位置误差都控制在规定的范围内,从而实现滑块的同步移动,该系统的三轴并行结构同步控制方式如图6示。5新型液压折弯机随着数控技术以及伺服驱动技术的发展,基于数控系统的全电动高效折弯机已是折弯机发展的必然趋势。作者设计的基于开放式数控系统的全电动大功率电动折弯机,采用搭载了开放数控系统EMC2的工业PC机