数控转塔冲床转塔定位系统的设计.doc
《数控转塔冲床转塔定位系统的设计.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《数控转塔冲床转塔定位系统的设计.doc(30页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、济南大学毕业设计1 前言1.1选题背景与意义数控转塔冲床作为钣金加工业的先进加工设备,其制造水平直接影响钣金加工业的发展水平,本文对数控转塔冲床转塔定位系统进行研究。本节先对本文选题背景和意义进行了介绍。1.1.1国内外研究现状目前,数控技术在国内外已经成为一种相对成熟的加工技术,其发展正逐步向专用型、开放性、实时动态控制模式方向发展。基于集成化的发展基础,国外数控系统正在向超薄型、小型化方向发展;在智能化基础上,综合了计算机、多媒体、模糊控制、神经网络等学科技术,数控系统正逐步向高速度、高精度、高效率方向发展;加工过程中,数控系统可以自动修正、调节、补偿各项参数,正逐步向在线诊断和智能化故障
2、处理方向发展;基于网络的发展,CAD/CAM与数控技术集成于一体,形成了机床联网,所以中央控制的群控加工要求在数控技术上也得到了逐步实现1。目前,我国的数控系统主要有基于PC平台构成的总线式、嵌入式、多通道的结构,基于PC机的硬件与软件技术来实现数控系统的开发。现如今,国内外对开放式数控系统的研究主要体现在几个方向:基于软件芯片的开放式数控系统;基于数字伺服现场总线技术控制的开放式数控系统;基于Windows系统的开放式数控系统;基于COM组件技术的开放式数控系统等2。随着近年来数控技术的飞速发展,用于钣金加工领域的数控冲床在结构和性能上也取得了较快发展。由最初数控转塔冲床的手动编程到现在由自
3、动编程软件的自动生成,数控冲床的工作效率和复杂零件的加工能力都得到了飞跃式的提高。现在随着电力电子学、微电子学、传感技术、永磁技术和控制理论的惊人发展,交流伺服系统在此基础上也取得了举世瞩目的发展,已具备了宽调速范围、高稳速、高精度、快动态响应及四象限运行的良好技术性能4,而且交流伺服系统在数字化、智能化、网络化方面也取得了较快发展,所以现如今数控转塔冲床具有了高柔性、高效性、高精度、低噪环保性、节能、易于维护、稳定性好的发展优势,且数控全伺服式数控转塔转塔冲床将成为冲床未来的发展方向。国外如日本的AMADA MURATA KOMATSU,芬兰的FINN-POWER的企业产品已开始向高效化、网
4、络化和智能化方向发展。所以现在国内数控转塔冲床主轴驱动系统也开始采用大功率的全伺服驱动方式,极大地提高了冲床的冲压速度和加工精度;现如今采用的智能型夹钳机构也最大限度地减少了冲载死区5。1.1.2. 本课题的目的和意义制造业是国民经济的基础产业,制造业水平的高低一直是衡量一个国家工业发达程度的重要标志。如今,先进制造业技术已经成为国际竞争与产品革新的一种重要手段,大力发展先进制造技术已成为各国的技术战略之一6。并且随着“十一五计划”的提出,我国在现代制造业发展方向上也提出了高科技、高速度、高精度的高要求。而数控转塔冲床是由数控系统控制的高效、精密的板材加工设备,可以一次性完成多种复杂孔型和浅拉
5、深成型加工,已被广泛应用于现代汽车工业、机电产品,尤其是电子与仪表行业,已成为金属加工行业的先进金属加工设备。最近几年随着数控转塔冲床在高速度和自动化方面的快速发展,其加工精度问题已成为亟待解决的技术问题。本课题对数控转塔冲床上转盘和下转盘同步旋转及定位精度的研究和解决方法将对数控转塔冲床加工质量的提高有着重要意义。1.2研究内容与目标1.2.1设计内容研究本课题研究的内容基于开放式数控系统的理论,在PC机和固高运动控制卡的基础上,对上转盘和下转盘同步旋转及定位系统进行研究,查阅和选择交流伺服系统及元器件,通过伺服控制及检测系统确保定位的精确性,编制自动控制程序并对其调试运行。本课题主要完成以
6、下几个方面的工作内容:(1)熟悉基于固高运动控制平台的开放式数控系统的组成,分析伺服系统的运动控制原理。(2)熟悉数控转塔冲床的工作原理及其主要组成部分。 (3)针对影响数控转塔冲床转塔的定位精度因素进行观察分析,设计出提高数控转塔冲床加工精度的最优设计方案。 (4)分析比较现在交流伺服系统的发展现状,并根据本课题的设计要求选择设计较优的伺服运动控制系统。(5)对数控转塔冲床转塔运动伺服系统进行硬件设计,介绍各控制部分以及反馈测量部分的原理和应用,并对其硬件部件选择定型。(6)以Windows + V B为数控转塔冲床控制程序的开发环境,自行开发控制程序,绘制程序控制的设计步骤和具体模块设计。
7、(7)基于固高公司的机电一体化实验平台对设计的硬件和软件系统进行运行、校验,观察其运行效果并对其不足之处进行改进。1.2.2预期研究结果希望通过本课题的研究设计,提出的数控转塔冲床转塔定位系统的设计方案,能有效的降低由于数控转塔冲床的制造和装配误差造成的转盘实际定位不准和上下模具所在的转盘相对位置精度不高造成的上下转盘不能同步旋转现象的发生。2总体方案设计2.1数控转塔冲床的组成及工作原理数控转塔冲床(冲模回转头压力机)是利用数控技术控制冲压机床进行板料冲压的一种通用、高效、精密的数控冲压装备。它由信息载体、数控系统、伺服系统、电气系统、传动系统、机床床身、工作台、上下转塔、辅助系统等部分组成
8、。数控转塔冲床的机械机构如图2.1所示。数控系统是转塔冲床实现自动加工的核心,它能够实时监测转塔冲床的工作状态以及加工环境,接受操作人员输入的操作命令,控制机床各功能部件协调动作来完成加工任务;伺服系统是转塔冲床的最重要部件之一,它直接驱动各轴运动,接受数控系统的运动命令并实现转塔冲床各轴速度、位置的精确控制;伺服系统包括X轴电机伺服、Y轴电机伺服、冲头驱动伺服、转塔轴电机伺服、转模轴电机伺服7;电气系统主要包括转塔冲床所用的各种传感器,气动控制回路以及数控系统与电机、传感器、气动部件等的连线;传动系统包括X轴(将工件眼垂直于床身长度方向移动的伺服驱动轴)Y(将工件沿垂直于床身长度方向移动的伺
9、服驱动轴)Z轴(冲头滑块冲压移动伺服驱动轴)A轴(旋转转塔型刀具库选择模具的旋转轴)C轴(模具自动分度的旋转轴,可以任意角度旋转模具)7;机床床身,多数机床床身是钢板焊接结构,一般有C型、桥型和O型等三种常用设计结构,现在市场上大部分采用开式机身(即C形或桥形机身),只有少数厂商采用闭式机身(即O形机身)5;控转塔冲床在上滑块与工作台之间,有一对可以存放若干套模具的回转头(即转盘),通过上下转塔的同步旋转,带动按照程序指令选择的旋转模具的转动定位,保证上下模具的对准;辅助系统有夹钳、定位锥销的控制系统,其一般是有气压气阀来控制。数控转塔冲床的工作原理,数控转塔冲床是通过编程软件(或手工)编制的
10、加工程序,由伺服送料机构夹钳选择加持待加工板料,当待加工的板材夹持在夹钳上后,夹钳夹持板材可在上、下转盘之间相对于滑块中心沿x,y轴方向移动定位,当板料被送至需加工的位置时,然后上位机发出指令按规定的程序驱动模具选择系统选择模具库中相应的模具,当所需模具到达冲头冲压的指定位置时,然后主轴驱动系统驱动冲头向下运动,由滑块冲头冲击模具,冲出所需要的形状和尺寸的孔来。图2.1 转塔型数控冲床2.2 数控转塔冲床转塔定位系统的设计要求基于现如今数控转塔冲床的发展现状和该机床存在的问题,对本课题定位系统的设计提出以下设计要求: u 采用伺服电机驱动转盘机构;u 数控系统硬件采用集成运动控制器GUC;u
11、伺服控制系统的设计,实现伺服控制功能并可保证上下转盘的同步定位,提高同步定位精度,绘制电气原理图;u 转盘及定位销能够手动和自动控制;u 具有较好的安全保护功能,可进行超程保护、故障报警、急停和复位等功能的实现。2.3 系统的设计方案通过对数控转塔冲床系统中转塔运行过程观察和其实现的作用进行分析,并且对运行过程中影响上下转塔定位误差因素分析,针对本课题中提出了如下两种设计方案:方案 一:(1)、本课题数控系统采用PC+运动控制卡结构。原理图如图2.2所示。工业用计算机具有抗干扰能力强,运行稳定,环境适应能力强等优点7。运动控制卡采用固高公司的运动控制卡,可直接插在工控机的主板对应插槽里。工控机
12、运动控制卡接口板指示灯、气动等输出按钮、传感器等输入伺服驱动器编码器伺服电机PCI总线图2.2 PC+运动控制卡的结构原理图(2)、本课题中运动伺服控制单元包括伺服电机、伺服电机驱动器、运动控制卡 三部件。伺服系统的执行元件采用交流伺服电机。且上、下模所在的上下转盘由数控系统控制的交流伺服电机T1、T2分别控制。通过各交流伺服电机上的光电编码器,与同一个运动控制卡相连,通过反馈系统和计算机可编程控制器以实现上下转盘的同步运行和定位。当今,交流伺服电动机具有良好的速度控制特性、高效率、不发热、高精确位置控制、惯量低等优点,所以本设计中上下转盘驱动电机采用数字交流伺服电动机。驱动器是运动控制卡和伺
13、服电机的连接器,运动控制卡输出的脉冲信号并不能直接驱动伺服电机运动,此时需要伺服驱动器来进行信号和电压的转化,而此方案中运动控制卡选用固高运动控制卡。由于开环控制中有不确定因素如电机失步,控制精度难以保证;全闭环控制精度高,但成本昂贵;所以本课题数控转塔冲床的伺服系统采用半闭环系统。原理图如图2.3所示。反馈信号控制信号运动控制卡伺服驱动器轴运动机构旋转编码器伺服电机放大后的控制信号图2.3 半闭环控制伺服系统(3)、对现有的伺服系统比较分析,本课题采用具备电流环,速度环与位置环的智能型的伺服控制系统,通过高速现场通信总线接口实现上、下转盘两轴的精确同步定位控制。它们的特点表现在以下几个方面:
14、首先它们都具有参数记忆功能,系统的所有运行参数都可以通过人机对话的方式由软件来设置,保存在伺服单元内部,通过通信接口进行通信,这些参数甚至可以在运行途中由上位计算机加以修改,可提高冲床的加工精度;其次它们都具有故障自诊断与分析功能,无论什么时候,只要系统出现故障,就会将故障的类型以及可能引起故障的原因通过用户界面清楚的显示出来,这就简化了维修与调试的复杂性,重要的是此伺服系统还具有参数自整定功能,带有自整定功能的伺服单元可以几次试运行后,自动将系统的参数整定出来,且可自动实现其最优化4。如当转塔数控冲床的转塔在旋转换模时由于机床误差的原因,转塔转过的角度有偏斜时,伺服系统可在前几次的运行中对其
15、运行参数进行自整定,补偿误差造成的角度偏差,提高制造质量。(4)、上、下转盘机械设计中,分别在上、下转塔身上安装由汽缸、导套、定位销、定位锥孔组成转塔定位装置。汽缸固定安装在转塔身上,汽缸下部连接有导套,导套中设有与汽缸杆同轴的定位销,定位销与导套之间设有复位弹簧,在上、下转塔上还设置有与转盘同轴心且固定连接的定位盘,定位盘上设有与定位销对应的若干锥孔,下转盘上还设有与定位销对应的若干锥孔。此方案中在上、下转塔上设置定位锥销,同时保证了上下模具的径向定位精度和模具轴心线与转塔轴线的距离一致,保证了上下转塔的定位精度。(5)、以V B为编程工具,在Windows下进行编程以实现运动控制卡的各种功
16、能。方案二:(1)、本课题数控系统采用PC+运动控制卡结构。原理图如2.2所示。工业用计算机具有抗干扰能力强,运行稳定,环境适应能力强等优点。运动控制卡采用固高公司的运动控制卡,可直接插在工控机的主板对应插槽里。(2)、本课题中运动伺服控制单元包括伺服电机、伺服电机驱动器、运动控制卡三部件。伺服系统的执行元件采用交流伺服电机,上、下转塔由数控系统控制的交流伺服电动机驱动。通过链轮链条连接来实现上下转塔的同步运行和同步定位,驱动系统机械原理结构图如图2.3所示。交流伺服电动机采用光电式位置监测元件:旋转式光电编码器(检测电机位置、速度和换向信号)和光栅(负载位置)。(3)、数控冲床转塔采用高强度
17、的厚转塔,因为厚转塔使模具对中性好,导向精度高、可大大提高转盘和模具的使用寿命;转盘采用定位锥销定位,定位精度高,能保证机床加工精度及使用效率;转塔采用侧向定位,侧向定位可有效避免因端面定位造成的转塔端面受力而变形。本设计中转塔采用稳定性好,精度高的链轮传动链联接传动方式,同时分度模采用剖分式蜗轮蜗杆传动,传动比大,自锁性好,可消除侧向间隙,分度精度高,调整方便,并具有误操作保护功能。链传动的机械结构图如图2.4所示。(4)、以V B为编程工具,在Windows下进行编程以实现运动控制卡的各种功能。对以上所述两种方案进行分析,第一种方案采用软件控制方式来控制上下转盘的同步运行和定位,定位精度高
18、,但由于采用两个数字交流伺服电动机,费用高,且软件编程复杂。而第二种方案中采用机械方式链轮链条传动装置联接来保证上下转盘的同步运行和定位,简化了软件编程内容,降低了制造费用。所以,经过对比本课题最后采用第二种设计方案。图 2.4转塔驱动系统机械结构图3 电气系统的设计3.1 数控系统的设计3.1.1 开放式数控系统的选择数控技术及装备是发展现在新兴高新技术产业和尖端工业的使能技术和最基本的装备,是制造自动化的基础,是现代制造装备的灵魂核心,而数控系统是数控技术和数控装备的核心8。近几年,随着电子技术和控制技术的快速发展,数控系统已具备非常强大的功能。如今,国内外数控系统在柔性、准确性、可靠性和
19、集成性等方面都取得了较快的发展。目前,世界上供使用和研究的数控系统可分为以下三类:专用型、通用型和开放式。专用型数控系统即传统数控系统,该数控系统的系统硬件是专用的,不同厂家生产的主板、伺服电路板之间无互换性;系统软件结构也是专用的,无可移植性和伸缩性。所以,其存在的封闭性、不兼容和不可扩展性,使其控制系统已不能满足当今数控市场上机床多功能变化的需求。且开发制造费用高,技术难度大。而通用型数控系统的开放性、互换性也有一定的局限性,很难满足市场上的要求。相比之下,随着计算机技术的快速发展而诞生的利用PC机丰富的软、硬件资源开发开放体系结构的新一代数控系统开放式数控系统成为当今市场上数控系统的主流
20、趋势9。经过调查、比较现如今的数控系统,考虑到开放式数控系统具有的较好的通用性、柔性、适用性、可移植性、可扩展性、可互操作性,和可较容易实现智能化、网络化的优势,且开放式数控体系结构可采用模块化、层次化的结构,能动态改变系统的拓扑结构,能实现与其他自动化系统或软件模块的互操作,来自不同厂商的符合规范的功能要素能够构成一个完整的数控系统,能提供一致性很好的人机界面等特点10。所以本课题定位系统的设计选择基于开放式数控系统来进行设计。3.1.2 “PC+运动控制卡”开放式数控系统的选择2002年6月我国正式颁布的机械设备一开放式数控系统一总则(GB/B187591-2002)的国家标准,对数控系统
21、的开放程度在三个层次作了定义,每个层次数控系统的开放程度不同。同时国标总则对一个完整的ONC系统应具有的基本体系结构也做了明确规范,对指导以后的ONC设计具有重要的指导意义。按照总则要求,一个ONC系统的基本结构应包含系统平台、硬件平台、软件平台、ONC应用软件、配置系统以及功能单元库等组成部分,如图3.1所示12。功能单元功能单元应用软件ONC、API软件平台通信系统图形系统操作系统硬件平台NC模块PLC硬件计算机基本结构配置系统功能单元库系统平台图3.1 ONC 系统基本结构图由于PC机的开放性,PC已成为开放式控制系统的基础。采用PC机的软硬件平台直接作为数控系统的设计平台,硬件不需要重
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 数控 冲床 定位 系统 设计
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【可****】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【可****】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。