冷彎式彎管機的角度檢測與數(shù)控設(shè)計方案

1、冷彎式彎管機的角度檢測與數(shù)控設(shè)計摘要： 在現(xiàn)代的加工制造業(yè)中，數(shù)字自動化控制已經(jīng)逐步取代傳統(tǒng)的控制方法，而 利用最為普及還是單片機，利用單片機進行自動控制已經(jīng)成為現(xiàn)代生產(chǎn)的首選方 法。本課題主要是對彎管機數(shù)控的設(shè)計。在設(shè)計過程中，研究了管材彎曲加工的工 藝特點，對管材彎曲變形區(qū)的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)進行了分析，利用塑性理論建立了管材 彎曲力矩的計算公式。在前面的基礎(chǔ)上，結(jié)合彎管機的實際工作原理，選擇MSC-51單片機對彎管機進行數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計。通過選擇合乎的傳感器、顯示擴展芯片8279、模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADC0809 74LS273譯碼器74LS138程序存儲器2764等元件完成數(shù) 控系統(tǒng)的硬軟件設(shè)計。設(shè)計

2、內(nèi)容由機械系統(tǒng) 液壓系統(tǒng) 數(shù)控系統(tǒng)部分構(gòu)成。本人 主要完成了數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計。關(guān)鍵字： 彎管機；數(shù)控系統(tǒng)；單片機；Cold-bend-bend-point detection and NC designAbstract: In a modern processing industry, the number of automated control has been gradually replacing the traditional control methods, the use of the most popular or SCM, to control use of SCM has b

3、ecome the first choice of modern production methods.The main issue is the design of CNC machine elbow. In the design process to study the processing of the pipe bending characteristics of the pipe bending deformation zone of the state of stress and strain analysis, the use of plastic pipe to establi

4、sh a formula for calculating the bending moment. In front on the basis of the actual elbow-work principle, select MSC-51 SCM of CNC machine pipe system design. By choosing out of the sensor, shows that expansion of chip 8279, analog-digital conversion chip ADC0809, 74LS273, decoder 74 LS138, program

5、 memory 2764, and other components to complete the NC system hardware and software design. Design elements from the mechanical system, hydraulic system, CNC parts. I completed the main numerical control system design.Keyword: Bending。 NC system。 SCM。第1章緒論1.1引言隨著社會的發(fā)展，各行各業(yè)對各種型號彎管的需求會迅速增長對管材彎曲成形 精度要求也

6、會越來越高，這一切促使人們對管材彎曲加工工藝及加工設(shè)備進行深入 的研究。美、英、日、德等工業(yè)發(fā)達國家紛紛開發(fā)研制計算機數(shù)控(CNC彎管加工設(shè)備，同時資助管材彎曲加工工藝的理論及實驗研究，并在實際應(yīng)用中取得良好的 經(jīng)濟效益。然而，我國的管材彎曲加工設(shè)備與加工技術(shù)的研究與應(yīng)用仍遠遠落后于 當(dāng)今世界先進水平，遠遠不能適應(yīng)我國工業(yè)生產(chǎn)和國防的需求，致使我國許多企業(yè) 不得不花費大量資金引進國外先進的管材數(shù)控彎曲加工設(shè)備。為了提高彎管生產(chǎn)的 效率，提高產(chǎn)品的精度，解決管材彎曲加工中人工檢測、控制角度造成的誤差，對 彎管成形工藝進行深入的理論與實驗研究，把傳統(tǒng)的彎管設(shè)備改造成CN彎管機是本課題的主要任務(wù)。傳

7、統(tǒng)的彎管機靠人工去測量、控制角度進行彎管的加工生產(chǎn)，這種生產(chǎn)方式效率 很低，已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代生產(chǎn)的要求。在當(dāng)今的企業(yè)生產(chǎn)中，數(shù)控技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，因此把傳統(tǒng)的彎管機改進成數(shù)控彎管機是彎管生產(chǎn)所要解決的問題。本課 題就是在傳統(tǒng)彎管機的基礎(chǔ)上進行數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計，使新型的彎管機能自動檢測控 制管材的彎曲角度，解決人工生產(chǎn)中產(chǎn)生的誤差，提高彎管生產(chǎn)的精度和效率。1.2 彎管機的概述管材彎曲有很多方法，相應(yīng)地也就有不同的彎管設(shè)備。在各種方法中，繞彎是 最常用的彎管方法，而繞彎最常用的設(shè)備是彎管機。因此，彎管機是管材彎曲加工 的主要設(shè)備。彎管機的結(jié)構(gòu)形式很多，按彎管時加熱與否可分為冷彎管機和熱彎管機兩

8、類， 按傳動方式可分為手動、氣動、機械傳動和液壓傳動四種，按控制方式又可分為手 控、半自動、自動和數(shù)控四種。機械傳動式彎管機結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，通用性 大。液壓彎管機傳動平穩(wěn)、可靠、噪音小，結(jié)構(gòu)緊湊，能彎制不同直徑的管材。半 自動控制的彎管機，一般只對彎管角度進行自動控制，主要用于中、小批量的生 產(chǎn)。自動控制的彎管機通過尺寸預(yù)選機構(gòu)和程序控制系統(tǒng)對彎管全過程 ( 送進、彎 管和空間轉(zhuǎn)角 實行自動控制，這種彎管機一般采用液壓傳動，適用于大批量生 產(chǎn)。數(shù)控彎管機能夠根據(jù)零件圖規(guī)定的程序和尺寸，通過輸入數(shù)據(jù)來實現(xiàn)彎管過程 的全自動控制，它適用于大批量生產(chǎn)，尤其是管件尺寸參數(shù)多變的場合 .隨著科學(xué)技術(shù)

9、的不斷發(fā)展，彎管機的型式日趨多樣化，彎管性能也在大幅度地 提高。微型計算機、單片機、可編程控制器、先進的交流伺服系統(tǒng)以及新型液壓元 器件和液壓技術(shù)的應(yīng)用，使彎管機的功能更趨完善。而數(shù)控彎管機將是現(xiàn)代彎管生 產(chǎn)的主要設(shè)備。1.3 彎管機的發(fā)展歷程及趨勢國外大口徑長輸管道建設(shè)中，美國自 20世紀 60年代就開始使用垂直液壓 ( 即立 式彎管機，可以彎制152.4762mm (630英寸各種壁厚的鋼管。70年代后，冷彎 機的性能進一步完善，同時，彎管內(nèi)胎研制成功，與冷彎機配套使用，能夠彎制薄 壁高強度大口徑的輸油輸氣管道鋼管，最大彎管直徑達到1524mm(6英寸 。原蘇聯(lián)研制冷彎管機基本也是從 20

10、世紀60年代開始的，功能與美國機器相仿，但由于其主 機液壓系統(tǒng)采取臥式結(jié)構(gòu)，平面占用空間較大，運輸及現(xiàn)場擺布均存在較大困難。 目前，世界上有美國、加拿大和德國等發(fā)達國家近10家冷彎機生產(chǎn)廠，所產(chǎn)機型基 本結(jié)構(gòu)均為垂直液壓式，內(nèi)胎形式主要有氣動式和液壓式兩種。氣動式結(jié)構(gòu)內(nèi)胎優(yōu) 點在于行走速度快、彎管預(yù)制效率高，但需要另行配置空氣壓縮機，系統(tǒng)工作平穩(wěn) 性差，難以控制。液壓式內(nèi)胎借助于整機液壓站，結(jié)構(gòu)緊湊，且液壓傳動平穩(wěn)可 靠，能夠保證管道在預(yù)制過程中不發(fā)生橢圓變形 8 。另外，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，彎管機的型式日趨多樣化，彎管性能也在大 幅度地提高。特別是微型計算機、單片機、可編程控制器、先進的

11、交流伺服系統(tǒng)以 及新型液壓元器件和液壓技術(shù)的應(yīng)用，使傳統(tǒng)彎管機的功能更趨完善，數(shù)控彎管機 將取代傳統(tǒng)彎管機而成為現(xiàn)代彎管的主要設(shè)備。1.4 課題的目的及意義本課題研究的目的在于設(shè)計開發(fā)出一種數(shù)控冷彎式彎管機。能實現(xiàn)自動檢測、 控制產(chǎn)品的彎曲角度，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品的精度。世界各工業(yè)發(fā)達國家通過發(fā)展數(shù)控技術(shù)、建立數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)，促使制造業(yè)跨入一 個新的發(fā)展階段，給國民經(jīng)濟的結(jié)構(gòu)帶來了巨大的變化。數(shù)控機床是世界第三次產(chǎn) 業(yè)革命的重要內(nèi)容，它不但是機電工業(yè)的重要基礎(chǔ)裝備，還是汽車、石化、電子和 現(xiàn)代醫(yī)療裝備等產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化的主要手段。雖然數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)本身的產(chǎn)值遠不如汽 車、化工等產(chǎn)業(yè)，但高效的數(shù)控機床給制

12、造業(yè)帶來了現(xiàn)代化的生產(chǎn)方式以及高倍率 的效益增長，這是促進國民經(jīng)濟發(fā)展的巨大源動力。特別是數(shù)控技術(shù)在制造業(yè)的擴 展與延伸所產(chǎn)生的輻射作用和波及效果，足以給機械制造業(yè)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品結(jié) 構(gòu)、制造方式及管理模式等帶來深刻的變化。在航空、航天、船舶、汽車、摩托車、空調(diào)等制造業(yè)中，大量應(yīng)用到對管材的彎 曲加工作業(yè)，如何將管材彎曲成復(fù)雜的空間幾何形狀，并保持工藝要求的精度，一 直是人們所關(guān)心的問題。近十幾年來，國內(nèi)的許多汽車、摩托車、空調(diào)生產(chǎn)廠家引 進了用于管材彎曲成形加工的CN彎管機，這種彎管機以它在同一臺機器上可實現(xiàn)管 材的各種復(fù)雜彎曲加工，以及加工精度高和對管材外表面損傷小等特點，在管材的 彎曲成

13、形加工方法中占有非常重要的地位。所以數(shù)控彎管機將取代傳統(tǒng)的彎管機而 成為彎管生產(chǎn)的主要設(shè)備。1.5課題內(nèi)容1彎管機總體方案設(shè)計2數(shù)控彎管機的控制系統(tǒng)研究3 傳感器的選擇，控制系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計4 繪制控制系統(tǒng)電路圖1.6設(shè)計思路在設(shè)計計算之前，先了解和本課題相關(guān)的圖書資料。然后結(jié)合彎管機的實際工 作原理和要求，完成液壓系統(tǒng)的設(shè)計。接著選擇合適的傳感器和能達到課題要求的控制系統(tǒng)。最后根據(jù)彎管的實際情況和容易出現(xiàn)的問題進行控制系統(tǒng)的硬件和軟件 設(shè)計，完成彎管機的彎曲角度自動檢測和控制的數(shù)控系統(tǒng)。第2章數(shù)控彎管機研制方案的確定2.1數(shù)控彎管機的設(shè)計要求為了提高彎管機的生產(chǎn)能力、精度，數(shù)控彎管機設(shè)計

14、要求如下：(1自動化程度高，工作效率高新研制的彎管機采用先進的控制系統(tǒng)，使操作更加簡單。(2工作可靠性強新研制的彎管機完全采用單片機控制，能夠在長期而頻繁切換的工作狀態(tài)中保證控制系統(tǒng)的工作可靠性。(3彎管能力強原有的彎管機的液壓系統(tǒng)的最大工作壓力僅為 10MPa，所能彎曲 的最大規(guī)格為100 30mm，最大彎曲角度僅為90，己不能滿足現(xiàn)在的生產(chǎn)要求。新研制的彎管機，具有全國先進水平的彎管能力，液壓系統(tǒng)的最大工作壓力為32MPa，最大可以彎曲規(guī)格為 426 65mm ,最大彎曲角度可以達到180；。(4噪音小，耗能低。2.2數(shù)控彎管機的工作原理新研制彎管機主要由機械系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和數(shù)控系統(tǒng)三大部

15、分組成，其工作原 理基本如下：彎管模固定在主軸上并跟隨主軸一起轉(zhuǎn)動，管子通過夾緊模固定在彎管 模的夾槽上，雙油缸提供推力，將管子順著夾緊模向前推進。另一端卷揚機通過鋼 絲繩，繞經(jīng)滑輪組，提供拉力，使轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)盤帶動彎管模，使彎管模以彎管機 主軸為圓心轉(zhuǎn)動。從而得到所需的彎管半徑。新型彎管機的主要技術(shù)參數(shù)見表2-1表2-1新型彎管機主要技術(shù)參數(shù)技術(shù)指標數(shù)據(jù)技術(shù)指標數(shù)據(jù)彎管直徑/ mm60 乂 426mm最大彎曲角度/180彎曲半徑/ mmR200 x1250mm彎管速度/ms0.002彎曲最大壁厚/mm65mm液壓系統(tǒng)工作壓力MPa322.3機械系統(tǒng)設(shè)計新研制的彎管機的機械系統(tǒng)主要由雙液壓缸組

16、合件、彎管機主機部分、夾緊組合 體、彎管部件以及卷揚機等幾部分組成。2.3.1雙液壓缸組合件根據(jù)彎管的原理并經(jīng)過分析、比較，選用雙液壓缸組合件作為彎管機的主動力 源。彎管機的驅(qū)動力矩由雙活塞液壓缸來提供。由于新型彎管機的彎管能力較一般 設(shè)備有很大提高，所需的驅(qū)動力矩也大幅度增加，工作壓力需要32MPa勺液壓缸裝置。彎管時，壓力油進入主驅(qū)動油缸左腔并推動油缸活塞，從而推動管子，使管子 順著夾緊模前進。2.3.2彎管機主機部分彎管機主機部分安裝有彎管模，轉(zhuǎn)盤和彎管機主軸等重要部件。彎管機的主軸 在彎管時不轉(zhuǎn)動，下段套上彎管下套后埋入地下，通過混凝土固定。主軸下套上開 有進油口，可通過進油減少摩擦。

17、彎管模通過銷與轉(zhuǎn)盤相連，鋼絲繩帶動轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動 的同時也帶動了彎管模的轉(zhuǎn)動。從而實現(xiàn)管子的彎曲。2.3.3夾緊組合體管子的夾緊是通過夾緊油缸和夾緊絲桿來實現(xiàn)的。夾緊油缸和夾緊絲桿通過頂塊夾 緊彎管模，使其與主機部分的彎管模相配合，完成管子的夾緊。其中，夾緊油缸通 過液壓缸來實現(xiàn)夾緊，而夾緊絲桿是手動夾緊，起微調(diào)的作用。2.3.4彎管部件彎管部件是通過彎管主軸來固定，隨著主機部分的彎管模轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動，同過與彎管機主機部分的彎管模配合來實現(xiàn)彎管第 3 章 彎管機數(shù)控系統(tǒng)的選擇3.1 引言數(shù)控彎管機是基于矢量彎管原理，按程序通過數(shù)字控制系統(tǒng)來彎曲用戶所需的任 意空間立體管件的現(xiàn)代重要的先進彎曲加工設(shè)備，其

18、執(zhí)行機構(gòu)主要包括夾緊彎曲機 構(gòu)和管材送進旋轉(zhuǎn)機構(gòu) . 隨著微機技術(shù)的迅速發(fā)展，現(xiàn)在的數(shù)控彎管機一般都采用微 機控制，故也稱為 CNC(Computer Numerical Control 系列的彎管機。由于計算機可 完全由軟件來確定數(shù)字信息的處理過程，從而具有真正的“柔性”，使數(shù)控系統(tǒng)的 性能大大提高。3.2 彎管機常用控制系統(tǒng)的分類3.2.1液壓伺服控制系統(tǒng)液壓伺服控制系統(tǒng)是一種自動控制系統(tǒng)。這種系統(tǒng)輸出的信號 ( 位移、速度、加 速度或力 能自動地、快速準確地復(fù)現(xiàn)輸入信號的變化規(guī)律，所以也稱這種系統(tǒng)為隨 動系統(tǒng)。與此同時，它還能起到信號放大和能量轉(zhuǎn)換的作用，因此也是一種功率的 放大裝置。液

19、壓伺服系統(tǒng)不管多么復(fù)雜，都是由以下基本元件組成。(1 輸入 (指令 元件給出輸入指令信號，加于系統(tǒng)的輸入端；(2 反饋測量元件檢測系統(tǒng)輸出量，給出與輸入指令信號相同量綱形式的反饋信 號；(3 比較元件把輸入的控制信號和反饋信號作代數(shù)比較，給出偏差信號，有時比 較元件并不單獨存在，而與指令元件，反饋測量元件或放大元件在一起由同一結(jié)構(gòu) 元件來完成。也有由幾個結(jié)構(gòu)元件完成一種功能，如由齒條、齒輪、側(cè)速發(fā)電機， 伺服放大器幾種結(jié)構(gòu)元件構(gòu)成反饋測量功能元件；(4 放大、轉(zhuǎn)換、控制元件把偏差信號放大、轉(zhuǎn)換成液壓信號 ( 壓力、流量 ， 并控制執(zhí)行元件的動作；(5 執(zhí)行元件產(chǎn)生對控制對象的控制作用，在液壓伺

20、服系統(tǒng)中，執(zhí)行元件有液 壓缸、液壓馬達和擺動液壓缸等?？刂圃?zhí)行元件和控制對象（負載三者是密切相關(guān)的，三者組合起來稱為 液壓動力元件或液壓動力機構(gòu)。此外，在液壓伺服控制系統(tǒng)中，還有各種校正裝 置，以及不包含在控制回路之內(nèi)的液壓能源裝置和輔助元件。322電液伺服控制系統(tǒng)控制元件、執(zhí)行元件和控制對象稱為液壓動力元件或液壓動力機構(gòu)。凡包含有液壓動力機構(gòu)的反饋控制系統(tǒng)稱為液壓控制系統(tǒng)。伺服系統(tǒng)是指：輸入量總在頻繁的變 化，系統(tǒng)的輸出量能夠以一定的準確度跟隨輸入量的變化而變化。電液控制系統(tǒng)主 要由電器元件、電液伺服閥及液壓執(zhí)行元件組成，其中電器元件是系統(tǒng)的信號比 較、校正、放大和檢測裝置，作為電液控

21、制系統(tǒng)的核心元件-電液伺服閥，它起到了將輸入的小功率電信號轉(zhuǎn)換成液壓信號的作用。電液伺服控制系統(tǒng)的功能方框如 圖3-1所示。-I-電流圖3.1電液伺服控制系統(tǒng)的功能方框圖隨著計算機的發(fā)展，數(shù)字控制在液壓系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛，在伺服系統(tǒng)中采用計算機控制一般都是直接數(shù)字控制，即 DDC （Direct Digital Con trol，計算機在給定值的情況下，每隔一定時間和一定的控制算法計算出控制量的大小和方向，再通過輸 出通道和執(zhí)行機構(gòu)對調(diào)節(jié)對象進行控制。目前這種控制方式己基本取代了原有的模 擬電液伺服控制。數(shù)字式電液伺服系統(tǒng)的控制形式多樣，根據(jù)計算機的數(shù)字量（脈沖量到與輸出流體的流量或壓力之間的轉(zhuǎn)換

22、方式不同，有如下三種：1. 步進電機式由計算機輸出的數(shù)字信號以脈沖方式輸入到步進電機控制器，步進電機的轉(zhuǎn)角取決于輸入脈沖數(shù)，轉(zhuǎn)速取決于輸入脈沖的頻率。步進電機的轉(zhuǎn)角通過一套傳動裝置 轉(zhuǎn)換成閥的開口，即流量的變化，這就組成數(shù)字流量閥，如果通過控制機構(gòu)使閥的 出口壓力和其成比例就組成數(shù)字壓力閥。2. 數(shù)模轉(zhuǎn)換式通過伺服閥或比例閥實現(xiàn)電液轉(zhuǎn)換。計算機產(chǎn)生的數(shù)字量通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成 模擬量控制電流作用于伺服閥或比例閥的輸入端，反饋信號經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成 數(shù)字量進入計算機。這種系統(tǒng)利用伺服閥的高頻相應(yīng)、高精度等待點，易于實現(xiàn)搞 精度的伺服控制。3. 高速開關(guān)閥方式 用高速響應(yīng)的力矩馬達直接或間接的驅(qū)

23、動開口固定的開關(guān)閥，利用計算機輸出的 數(shù)字信號經(jīng)放大后去控制前面的開關(guān)閥。閥始終交替工作于開和關(guān)兩種狀態(tài)，反饋 信號經(jīng)過采樣器再以數(shù)字量的形式傳遞回計算機。電液伺服控制的特點如下： 電液伺服系統(tǒng)是電氣元件和液壓元件的結(jié)合，此系統(tǒng)可發(fā)揮兩者的優(yōu)點。它既具 有電氣元件的信號傳遞速度快，線路連接方便，易于測量、比較和校正的特點，又 具有液壓元件的輸出功率大，結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，慣性小，反應(yīng)快，適合作動力元 件等優(yōu)點。所以結(jié)合起來的電液伺服控制系統(tǒng)具有控制精度高，響應(yīng)速度快，信號 處理靈活，輸出功率大，結(jié)構(gòu)緊湊，質(zhì)量輕等特點。因此 . 這種電液結(jié)合的系統(tǒng)被各 個技術(shù)領(lǐng)域里的各個部門廣泛采用。 由于電液壓

24、伺服控制的液壓元件，特別是精密液壓控制元件 （ 如電液伺服閥 抗污染 能力差、制造難度高且對工作油液的清潔度要求高，所以液壓伺服系統(tǒng)必須采用精 細過濾，這使得其應(yīng)用部門獲得液壓能源不如電氣系統(tǒng)方便。3.3 數(shù)控彎管機常用的控制系統(tǒng)隨著電子技術(shù)、計算機技術(shù)和自動控制技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)控機床的數(shù)控系統(tǒng) 也在不斷更新，從第一代采用電子管構(gòu)成的數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展到今天基于工業(yè) PC 機的 CNC系統(tǒng)。至怕前為止已出現(xiàn)了以下幾種彎管機數(shù)控系統(tǒng)。1）基于單片機的 CNC系統(tǒng)采用單片機開發(fā)的數(shù)控彎管機成本低，其操作簡 單、實時性好、現(xiàn)場的適應(yīng)力強。并且機床操作方便、人機界面友好，因此，一般 都用來開發(fā)簡易的經(jīng)濟型

25、數(shù)控機床。的CNC系統(tǒng)目前在半自動加工的彎管機控制系統(tǒng)中 應(yīng)用廣泛。為了使人機交互友好和滿足復(fù)雜的彎管工藝要，在數(shù)控彎管機上，采用 PLC作為下位機直接與硬件交互和采用觸摸屏實現(xiàn)顯示，從而開發(fā)出了基于PLC的彎管機CNC系統(tǒng)。但是PLC的缺點是：體積大，價格也比較貴。3）基于工業(yè)PC勺CN係統(tǒng)隨著PCM功能的逐漸強大和完善。工業(yè)界己將 P（機 應(yīng)用于自動化領(lǐng)域，為了經(jīng)受高低溫沖擊、潮濕、振動、電磁干擾、粉塵等惡劣工作環(huán)境的考驗，生產(chǎn)商通過增加密封保護、過濾器、板壓條和額外風(fēng)扇等措施，形 成了工業(yè)PC.在彎管機數(shù)控系統(tǒng)中，采用PC或工業(yè)P（主板作為CN平臺，通過在主板 （或母板上的PCI/ISA

26、槽插入實現(xiàn)NC功能的各種模塊，如運動控制卡、DA板、工/0板等等，構(gòu)成具有高度靈活性的彎管機數(shù)控系統(tǒng)。充分利用Win dow操作系統(tǒng)的資源和用高級語言編程，能夠使數(shù)控軟件系統(tǒng)的功能更強大。3.4彎管機控制系統(tǒng)總體方案的確定綜上所述，伺服驅(qū)動控制系統(tǒng)的電氣元件的信號傳遞速度快，線路連接方便， 易于測量、比較和校正，而且液壓元件的輸出功率大，結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，慣性 小,反應(yīng)快。而由于單片機有容易開發(fā)，功能比較完善，而且價格便宜，體積小等 一系列優(yōu)點，根據(jù)本課題的設(shè)計要求，選擇伺服控制系統(tǒng)和單片機進行彎管機的數(shù) 控設(shè)計。3.4.1采用伺服驅(qū)動控制系統(tǒng)組成都伺服驅(qū)動系統(tǒng)是CNC系統(tǒng)中一個重要分，它的性

27、能直接決定與影響CNC系統(tǒng)的快速性、穩(wěn)定性和精確性。彎管機伺服驅(qū)動系統(tǒng)是以位置為控制對象的自動控制系 統(tǒng)，對位置的控制是以對速度控制為前提的。對于位置閉環(huán)控制的進給系統(tǒng)，速度 控制單元是位置環(huán)的內(nèi)環(huán)，它接收來自控制器的輸出，并將這個輸出作為速度環(huán)路 的輸人命令，去實現(xiàn)對速度的控制。就位置控制而言，若位置比較及位置控制器都 由微機完成，即是位置數(shù)字伺服系統(tǒng)。目前，在高性能的CNC系統(tǒng)中.位置、速度和加速度是數(shù)字伺服。本課題研制的數(shù)控彎管機的伺服控制系統(tǒng)如圖3.2所示：當(dāng)彎管機進行彎曲加工時，角度傳感器實時給微機傳來工件的彎曲角度信號，信號經(jīng)過 微機處理后驅(qū)動電液壓伺服閥進行控制液壓執(zhí)行兀件一-是

28、否繼續(xù)推進或者停止。圖 3.2 彎管機伺服驅(qū)動控制系統(tǒng)框圖342采用MCS-51單片機控制MCS-51系列單片機是INTEL公司在MCS-48系列的基礎(chǔ)上，在80年代初又推出 的高性能的 8 位單片機。它與 48 系列相比，在片內(nèi)存儲器容量、 I/0 口的功能以及 指令系統(tǒng)功能等方面，都大大地得到加強。就MCS-51系列單片機特別適用于實時控制、智能儀表、主從結(jié)構(gòu)的多機系統(tǒng)等領(lǐng)域，是工業(yè)檢測、控制領(lǐng)域中最理想的8位單片機。從應(yīng)用的角度看，MCS-51單片機具有如下的一些特點：1）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單。MCS-5芯片內(nèi)部采用模塊式結(jié)構(gòu)，增加或更換一個模塊， 就能得到指令系統(tǒng)和引腳兼容的新產(chǎn)品。2）系統(tǒng)擴

29、展方便。MCS-5具有外擴至64K字節(jié)程序存儲器和64K字節(jié)的外部RAM 和I/O 口的能力。當(dāng)MCS-5芯片內(nèi)部RAM口芯片本身的I/O 口線不夠用時，即可進行系 統(tǒng)的擴展。許多公司生產(chǎn)的 I/0 接口芯片和各大公司生產(chǎn)的通用存儲器芯片都可以直 接與袱MCS-5相連接，從而很方便地擴展系統(tǒng)功能。3）可靠性高。MCS-5單片機的總線大多在芯片內(nèi)部不易受干擾，而且 MCS-51 應(yīng)用系統(tǒng)體積小，容易采取屏蔽等措施，適應(yīng)范圍寬，在各種惡劣的環(huán)境下都能可 靠地工作。用戶可以根據(jù)MCS-5單片機系統(tǒng)的應(yīng)用環(huán)境，來選擇合適檔次的 MCS-51 單片機。 4個8位并行I/0 口、1個全雙工的串行 口、2個

30、16位的定時器/計數(shù)器，但程序存儲器需外擴EPRO芯片。根據(jù)控制系統(tǒng)所要求的控制精度、響應(yīng)速度、開發(fā)環(huán)境、 I/O點數(shù)、輸入 輸出 通道數(shù)等情況,本課題選擇了 MCS-5系列的8位單片機8051，對彎管機進行數(shù)控系統(tǒng) 的設(shè)計，使生產(chǎn)達到自動化的要求。3.4.3控制系統(tǒng)的功能彎管機作為一種專用機床設(shè)備，與切削機床不同，它應(yīng)實現(xiàn)管件的成形加工。為 此，數(shù)控彎管機的控制系統(tǒng)具有如下的功能 :1）控制系統(tǒng)能夠使工人操作機床更靈活、方便；2）控制系統(tǒng)具有故障診斷功能，當(dāng)機器出現(xiàn)故障時，可以幫助操作人員和維修 人員確定故障原因，排除故障恢復(fù)正常的工作；3） 在彎管過程中，工作參數(shù)具有可選性和可調(diào)性，以使系

31、統(tǒng)能夠適應(yīng)不同彎管 產(chǎn)品的生產(chǎn)，對不同的彎管產(chǎn)品，只需做一些過程選擇和參數(shù)調(diào)整，而不用改變程 序；4）控制系統(tǒng)具有檢測并顯示彎管機工作過程中彎曲角度功能； 。當(dāng)彎曲角度達到設(shè)定值時,從74LS273的PO P1輸出0停止液壓系統(tǒng) A、B的運動，從74LS273的P2輸出1啟動液壓系統(tǒng)C,延時3分鐘。單片機處理傳 感器傳來的數(shù)據(jù)如果不在精度范圍內(nèi),從74LS273的PO P1輸出1啟動液壓系統(tǒng) A、B,從P2輸出0停止液壓系統(tǒng)C,繼續(xù)彎曲管材，當(dāng)達到單片機處理后的值時重 復(fù)上面的動作。如此能自動控制彎曲角度的精度。圖4.5角度控制輸出硬件圖如2922232425站27 FPPPPPPP01234

32、5611 1 1T 1 1 1- 1 1B PPPPPPPPTllB麗5S437336S35133414331732184.3.4 控制系統(tǒng)總體電路圖 :33-35.3 陳毓勛，板材與型材彎曲回彈控制原理與方法，國防工業(yè)出版社，1990.4 張新華、魯志康、趙建躍，PLC應(yīng)用于油循環(huán)系統(tǒng)一例，機械制造，2001(5 5 王迎旭，單片機原理與應(yīng)用，機械工業(yè)出版社， 2004.6 黃春峰，彎曲彈性回彈及其工藝技術(shù)控制方法，模具技術(shù)， 1998, (6:65 -74.7 王珍，W27V-63A新型半自動液壓彎管機的研制，青島建筑工程學(xué)院碩士論文，2002.8 蘇德勝，劉先剛，呂衛(wèi)祥等游梁式抽油機節(jié)能

33、機理綜述石油機械，2001， 29(9：4953.9 機械工程手冊、電機工程手冊編委會機械工程手冊 .1982, 7.10 王同海.管材塑性加工技術(shù) . 機械工業(yè)出版社， 1999.11 機械工程手冊、電機工程手冊編委會機械工程手冊.1982, 7.12 姜繼海，宋錦春，高常識 液壓與氣壓傳動高等教育出版社 2003， 4.13 液壓傳動設(shè)計手冊 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社 1986 ， 3.14 唐金松 簡明機械設(shè)計手冊 上海科學(xué)技術(shù)出版社 1992 ， 6.15 張世連.半自動液壓彎管機 .機械工人.1992, (3: 5051.16 雷天覺 .液壓工程手冊 M. 北京：機械工業(yè)出版社 .17 王

34、昆等 .機械設(shè)計課程設(shè)計 M. 北京：高等教育出版社 .18 雷天覺 .液壓工程手冊 M. 北京：機械工業(yè)出版社 .19 張利平 .液壓站設(shè)計與使用 M. 北京： 海軍出版社， 2004.20 馬義津，廖腎賢 .新型冷彎管機 .國外工程機械 .1996, 16(6: 1011.21 閡忠春.Y32-300型液壓機液壓系統(tǒng)改造.設(shè)備管理與維修2000, (11:20-20.22 機械工程師手冊 機械工業(yè)出版社23 液壓工程手冊 機械工程出版社 199024 Frackiewice H.Technology of Metal Shaping by Laser.Institute ofFoundam

35、etalTechnologicalResearch.PolishAcademyofScience,1999致謝我的論文是在導(dǎo)師胡競湘教授和黃簏升悉心指導(dǎo)下完成的，在論文的完成過程 中，胡老師和黃老師給予了我很多啟發(fā)性的建議和指導(dǎo)，并且最后詳細地審閱了全 文，在此向胡老師和黃老師表示最衷心的感謝。在近半年的畢業(yè)設(shè)計過程中，胡老 師和黃老師淵博的知識、嚴謹?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和精辟的科學(xué)見解都給我留下了深刻的印象，成為我今后學(xué)習(xí)和工作的主要動力。胡老師和黃老師教給我的不僅是科學(xué)知 識，他還教給了我做人的道理，所有這些都為我今后的人生道路奠定了堅實的基 礎(chǔ)，使我受益終生。同時感謝機械系老師們四年來的教誨。我所

36、在的班級是一個溫暖的集體，本人 論文的完成得到了同學(xué)們的幫助。在此我要向他們說 ：謝謝你們。最后，我還要向我的父母表示最真誠的感謝和祝福，是他們的熱血和汗水哺育 了我的成長，是他們的精神鼓舞了我使我能夠披荊斬棘勇往直前。附1硬件結(jié)構(gòu)圖社匕LU1 11 1 IL-J.1 1 1L1/1 JLU1 1i11附2 程序清單8279 狀態(tài)/ 命命令口地址8279 數(shù)據(jù)口地址主程序 :Z8279EQU0FF82HD8279EQU 0FF80HLEDMOD EQU 00H。 左過輸入 ,八位字符 ,外部譯碼LEDFEQ EQU 2FH。 掃描速率LEDCLS EQU0C1H清除顯示 RAM開放 T1 中斷開放CPU中斷調(diào)用 8279 初始化程序LEDWR0EQU 80HORG 0000HAJMP STARTORG 000BHAJMP DVT1ORG 0040HSTART:MOV SP,#60H。 設(shè)置堆棧指針MOV TMOD,#01H 。 定時器寫入工作方式字