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1、第25卷第4期轻工机械Vol.25No.42007年8月LightIndustryMachineryAug.2007[自控·检测]三维数控线材成型机控制系统112赵章风,李克彬,林伟明(1.浙江工业大学机械制造及自动化教育部重点实验室,浙江杭州310014;2.浙江金马逊机械有限公司,浙江缙云321403)摘要:将基于PC的数控系统应用于3D线材成型机的控制。该系统以NC(numericalcontrol)嵌入PC的结构形式(工业PC内嵌入工业运动控制卡和工业IöO卡),在Windows操作系统的基础上,运用visualC++进行数控软件(包括过程控制与
2、零件设计)开发,实现了线材(Á2～Á7)的三维设计与成型。生产与试验结果表明,基于PC的三维数控线材成型机不仅提高了加工效率(连续加工)和加工质量,也提升了三维线材零件设计的柔性和数控系统的开放性。并出了基于PC的三维数控线材成型机的可进一步改进的方面与措施。关键词:三维;数控;线材成型;控制系统中图分类号:TP273;TP391.8文献标志码:B文章编号:100522895(2007)04200812040引言与管材成型类似,线材成型的加工参数主要有3线材成型在汽车、家装和一些轻工行业得到愈来个:长度(Y),转角(B)和弯曲角度(C)。3D线材成型机愈
3、广泛的应用。例如,汽车座椅的衬架,家装中的一些在数控系统的控制下,按图1所示的工艺流程进行不锈钢造型装饰和厨卫用品等。工作。目前,线材成型的方法主要有折弯、滚弯、模弯(冷冲压成型)等方式。冷冲压成型需要专用模具,不能加工复杂的三维空间(3D)线材零件,生产效率较低。与冷冲压成型一样,折弯成型在线材表面会产生材料滑图1线材成型的工艺流程移现象,残留加工痕迹,不适合加工像不锈钢等材质的图1中的各部分工作说明如下:(1)线材开卷线材开卷分为主动开卷和被动开高档零件。滚弯成型的装备相对复杂,但加工质量较高。在自动化生产线中,折弯与滚弯方式比较常见。卷2种,在本系
4、统中,采用配有主动电机和张力传感器的主动式线材开卷机。当张力传感器检测到当前线材随着数控技术和计算机技术的发展,线材成型加处于张紧状态时,控制系统便启动送料电机进行主动工也从手工、半自动方式发展到数控全自动加工方式,开卷与送料。并且,基于PC的、开放式的数控系统也逐步替代了传(2)校直从线材开卷机出来的线材需经过校直统的、专用的数控系统。从实现结构上来看,基于PC的后才能进行弯曲成型。本系统采用无动力校直,其动力开放式数控系统大致分为4种结构形式:PC连接NC[1]来自于进料与旋转部分。型,PC嵌入NC型,NC嵌入PC型和全软件型。其(3)进料+旋转进料
5、部分一方面为校直部分提中,在工业PC内嵌入工业运动控制卡和工业IöO卡,供动力,一方面为弯曲成型部分提供定长线料(参数构成NC嵌入PC型数控系统,可以充分利用PC机的Y);旋转部分则用于控制弯曲成型过程中的参数B。校软件资源,同时,运动控制卡采用硬件实现插补等运直装置、进料装置和线料在加工过程中由旋转装置一算,不占用PC机硬件资源,可实现多轴(多坐标)、高精体旋转,从而保证加工精度。度和高速度的机械加工。具有模块化、开放和编程灵活[2,3](4)弯曲成型弯曲成型装置是系统的重要部等优点,是基于PC的数控系统主流方式。分,本系统采用双机头工作方式,分别用于
6、加工零件中1工艺流程收稿日期:2007204212作者简介:赵章风(1973-),男,安徽安庆人,浙江工业大学讲师,主要从事机电一体化与计算机先进控制方面的科研和教学工作,发表论文10余篇。·82·轻工机械LightIndustryMachinery2007年第4期的不同弯曲半径。机头的成型方式为滚弯,图2是3D线材成型机的工作机头部分。在加工过程中,双机头由同一电机驱动,同时同向旋转,一个机头处于加工位置,另一机头处于原点位置,互相不发生干涉,当加工半径变化需要切换机头时,在控制系统的作用下,原机头先退回原点位置,另一个机头再上行至工作位并开始工作。与
7、双机头单独控制相比,结构简化,成本降低。在线材成型过程中,除了弯曲外,为了防止三维零件的加工干涉和防止部分过长零件在自身重力的作用下发生变形,工作机头装配在工作平台上,工作平台在加工图2双机头工作示意图过程中,可随加工过程作X,Y双坐标随动,避开加工均使用交流伺服电机。干涉位置(如切换工作机头,零件旋转等),并在加工过2控制系统长零件时起到随动支承的作用。根据工艺流程及控制要求,设计控制系统如下。(5)切断在零件加工完成后,由电机带动凸轮机2.1硬件系统构切断线材,再次进料与弯曲成型,从而实现连续加工。3D线材成型机的控制系统是基于PC的开放型数上述3D
8、线材成型机共使用了7个电机,其中线材控系统,在工业PC内嵌入工业运动控制卡和工业
