用于全電動折彎機的多軸同步控制系統技術方案

本實用新型專利技術公開了一種用于全電動折彎機的多軸同步控制系統，包括運動控制板卡、數控系統與若干組滑塊驅動機構；每組滑塊驅動機構包括伺服驅動器、永磁同步伺服電機、同步皮帶傳動機構、滾珠絲杠與光柵尺；永磁同步伺服電機通過同步皮帶傳動機構與滾珠絲杠連接，且滾珠絲杠的底端安裝于折彎機滑塊的頂端；光柵尺安裝在折彎機滑塊的背面且與滾珠絲杠在同一豎直軸線上；永磁同步伺服電機還與伺服驅動器相連，伺服驅動器及光柵尺分別通過運動控制板卡與數控系統相連。采用該系統能夠顯著提高多臺永磁同步伺服電機運行的同步性能以及折彎定位精度。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及涉及工業自動化控制與折彎機數控
，特別涉及一種用于全電動折彎機的多軸同步控制系統。
技術介紹
板料折彎是鈑金加工工藝中重要的一種。該工藝采用成套上下模具，在冷態下通過擠壓使金屬板材產生塑性變形折制成預定角度的鈑金件。該工藝的通用性好、工藝簡單、成形質量高等優點，已廣泛應用于電器、造船、航空、重型機械制造等行業領域。為實現折彎機數控化，提高定位精度與同步精度，克服傳統液壓式折彎機的固有缺點，采用伺服電機直接驅動的全電動折彎機成為主流。小功率全電動折彎機上模滑塊僅需二臺伺服電機同步驅動控制，而大功率要實現1000KN及以上的折彎壓力，則需要使用多臺伺服電機在一個滑塊(剛體)上進行同步驅動。但，在大功率全電動折彎機實際使用中，存在各電機受力不平衡引發的位置不同步現象，從而導致機械上的強耦合，而機械上的強耦合將導致滑塊等移動部件扭斜，加劇絲杠等傳動器件磨損，降低加工精度與機床壽命，嚴重時損壞驅動元件與行走機構。為防止上述情況發生，驅動滑塊需要多軸同步速度位置聯動。因此，研究多軸電機位置同步控制系統是大功率全電動折彎機研制中必不可少的環節。
技術實現思路
本技術的專利技術目的是針對現有工業自動化控制與折彎機數控的技術不足，提供一種用于全電動折彎機的多軸同步控制系統。為實現上述專利技術目的，本技術采用的技術方案為提供一種用于全電動折彎機的多軸同步控制系統，包括運動控制板卡、數控系統與若干組滑塊驅動機構；每組滑塊驅動機構包括伺服驅動器、永磁同步伺服電機、同步皮帶傳動機構、滾珠絲杠與光柵尺；所述永磁同步伺服電機通過同步皮帶傳動機構與滾珠絲杠連接，且滾珠絲杠的底端安裝于折彎機滑塊的頂端；所述光柵尺安裝在折彎機滑塊的背面且與滾珠絲杠在同一豎直軸線上；所述永磁同步伺服電機還與伺服驅動器相連，伺服驅動器及光柵尺分別通過運動控制板卡與數控系統相連。優選地，所述伺服驅動器的三相輸出與所述伺服電機動力電源側連接；所述伺服驅動器的X2功能端口通過電纜線與運動控制板卡連接，所述伺服驅動器的編碼器輸入端口通過電纜線與永磁同步伺服電機的旋轉編碼器輸出端連接。優選地，所述數控系統包括工控計算機與嵌入式觸摸屏；所述嵌入式觸摸屏與工控計算機連接；所述運動控制板卡包括開關量控制板卡與速度控制板卡；所述伺服驅動器及光柵尺與速度控制板卡連接，所述開關量控制板卡通過電纜線連接折彎機滑塊的上下行程限位開關；所述開關量控制板卡與速度控制板卡均通過光纖連接至工控計算機內部的PCI模塊。優選地，所述同步皮帶傳動機構包括第一帶齒輪、同步皮帶與第二帶齒輪；第一帶齒輪安裝于永磁同步伺服電機的輸出軸上，第二帶齒輪安裝于滾珠絲杠的螺母上，第二帶齒輪通過同步皮帶與第一帶齒輪連接。 優選地，所述折彎機滑塊的長度大于3000_。優選地，所述滑塊驅動機構的數量為四個，分別為第一滑塊驅動機構、第二滑塊驅動機構、第三滑塊驅動機構與第四滑塊驅動機構；第一滑塊驅動機構包括第一伺服驅動器、第一永磁同步伺服電機、第一同步皮帶傳動機構、第一滾珠絲杠與第一光柵尺；第二滑塊驅動機構包括第二伺服驅動器、第二永磁同步伺服電機、第二同步皮帶傳動機構、第二滾珠絲杠與第二光柵尺；第三滑塊驅動機構包括第三伺服驅動器、第三永磁同步伺服電機、第三同步皮帶傳動機構、第三滾珠絲杠與第三光柵尺；第四滑塊驅動機構包括第四伺服驅動器、第四永磁同步伺服電機、第四同步皮帶傳動機構、第四滾珠絲杠與第四光柵尺。進一步地，本技術提供一種用于全電動折彎機的多軸同步控制方法，工控計算機包括運動控制模塊、PID模塊、模糊控制模塊、速度與力矩輸出控制模塊、PCI通訊模塊與力矩限幅控制模塊；所述運動控制器模塊包含使能端控制、軌跡規劃處理與反饋位置處理；所述多軸同步控制方法包括高速同步驅動階段與加壓折彎驅動階段；I)通過嵌入式觸摸屏對參數進行設置；2)通過嵌入式觸摸屏針對特定工件輸入折彎數據，工控計算機將自動計算折彎行程、角度與撓度補償量，生成折彎程序；3)折彎時，將待折彎板料置于全電動折彎機的下工作臺上，數控系統驅動全電動折彎機的后擋料裝置定位；此時，多軸同步控制系統為高速同步驅動階段；其中，第一伺服驅動器與第四伺服驅動器設置成速度控制模式；第二伺服驅動器與第三伺服驅動器設置成力矩控制模式，第二伺服驅動器驅動第二永磁同步伺服電機力矩跟隨第一永磁同步伺服電機力矩，第三伺服驅動器驅動第三永磁同步伺服電機力矩跟隨第四永磁同步伺服電機力矩；同時，力矩限幅控制模塊將四臺永磁同步伺服電機的輸出力矩調整為給定值，且力矩變化曲線為線性變化；4)全電動折彎機的滑塊帶動其上模以10 100mm/S的速度下行至速度轉換點，再以I lOmm/s的速度下行至夾緊點；此時，多軸同步控制系統切換為加壓折彎驅動階段；所述四個伺服驅動器均設置成速度控制模式，力矩限幅控制模塊將四臺永磁同步伺服電機的輸出力矩線性調整為給定的加壓力矩，進而加壓折彎至行程終點并進行保壓；5)保壓時間到后，力矩限幅控制模塊通過減少力矩輸出值控制四臺伺服驅動器同時自動進行卸壓，多軸同步控制系統切換為高速同步驅動階段并控制全電動折彎機的滑塊高速向上回程，取走成形板料，加工完畢。優選地，所述高速同步驅動階段包括如下步驟( I)運動控制模塊依據用戶指令規劃出各軸運動軌跡，并將其轉換成位置指令下發至PID模塊，PID模塊根據自身比例、積分與微分參數對輸入指令處理后第一輸出速度指令值；(2)速度指令經PCI通訊模塊直接發至速度控制板卡,速度控制板卡將其轉換成模擬電壓經電纜線傳輸至第一伺服驅動器與第四伺服驅動器，第一伺服驅動器驅動第一永磁同步伺服電機，第四伺服驅動器驅動第四永磁同步伺服電機按照給定速度運轉，并分別通過第一滾珠絲杠與第四滾珠絲杠的帶動滑塊作上下直線運動；(3)第一光柵尺、第二光柵尺、第三光柵尺與第四光柵尺分別實時檢測折彎機滑塊機械位置，轉換成電平信號傳輸至速度控制板卡，速度控制板卡將電信號轉換成第一數字量后經PCI通訊模塊反饋至PID模塊；PID模塊將第一數字量與第一輸出速度指令值作比較得到位置偏差，該位置偏差經由比例、積分調節后產生新的速度指令，并通過步驟(2)控制第一永磁同步伺服電機與第四永磁同步伺服電機轉速；(4)將速度與力矩輸出控制模塊設置為力矩輸出模式，速度控制板卡采集第一永磁同步伺服電機與第四永磁同步伺服電機實時輸出的力矩信號，經PCI通訊模塊傳輸至速度與力矩輸出控制模塊45pci通訊模塊對力矩信號作平滑與濾波處理后，再由pci通訊模塊下發至速度控制板卡，經電纜線分別送至第二伺服驅動器與第三伺服驅動器，第二伺服驅動器通過第二滾珠絲杠驅動第二永磁同步伺服電機力矩跟隨第一永磁同步伺服電機力矩，第三伺服驅動器通過第三滾珠絲杠驅動第三永磁同步伺服電機力矩跟隨第四永磁同步伺服電機力矩；(5)模糊控制模塊將其中一臺永磁同步伺服電機的速度反饋同另外三臺永磁同步伺服電機的速度反饋分別作差，然后根據各永磁同步伺服電機轉動慣量比值確定速度補償量；并使用位置補償量及其變化率作為參考，在線調整各軸PID控制器的參數；(6)運功控制模塊通過其切換控制端口輸出邏輯低電平對速度與力矩輸出控制模塊與模糊控制模塊工作模式進行切換，實現高速同步驅動階段切換至加壓折彎驅動階段。優選地，本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于全電動折彎機的多軸同步控制系統，其特征在于：包括運動控制板卡、數控系統與若干組滑塊驅動機構；每組滑塊驅動機構包括伺服驅動器、永磁同步伺服電機、同步皮帶傳動機構、滾珠絲杠與光柵尺；所述永磁同步伺服電機通過同步皮帶傳動機構與滾珠絲杠連接，且滾珠絲杠的底端安裝于折彎機滑塊的頂端；所述光柵尺安裝在折彎機滑塊的背面且與滾珠絲杠在同一豎直軸線上；所述永磁同步伺服電機還與伺服驅動器相連，伺服驅動器及光柵尺分別通過運動控制板卡與數控系統相連。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：史步海，伍祁林，蘇炳恩，方志雄，戴敏，
申請(專利權)人：華南理工大學，
類型：實用新型
國別省市：