用于全电动折弯机的多轴同步控制系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种用于全电动折弯机的多轴同步控制系统，包括运动控制板卡、数控系统与若干组滑块驱动机构；每组滑块驱动机构包括伺服驱动器、永磁同步伺服电机、同步皮带传动机构、滚珠丝杠与光栅尺；永磁同步伺服电机通过同步皮带传动机构与滚珠丝杠连接，且滚珠丝杠的底端安装于折弯机滑块的顶端；光栅尺安装在折弯机滑块的背面且与滚珠丝杠在同一竖直轴线上；永磁同步伺服电机还与伺服驱动器相连，伺服驱动器及光栅尺分别通过运动控制板卡与数控系统相连。采用该系统能够显著提高多台永磁同步伺服电机运行的同步性能以及折弯定位精度。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及涉及工业自动化控制与折弯机数控
，特别涉及一种用于全电动折弯机的多轴同步控制系统。
技术介绍
板料折弯是钣金加工工艺中重要的一种。该工艺采用成套上下模具，在冷态下通过挤压使金属板材产生塑性变形折制成预定角度的钣金件。该工艺的通用性好、工艺简单、成形质量高等优点，已广泛应用于电器、造船、航空、重型机械制造等行业领域。为实现折弯机数控化，提高定位精度与同步精度，克服传统液压式折弯机的固有缺点，采用伺服电机直接驱动的全电动折弯机成为主流。小功率全电动折弯机上模滑块仅需二台伺服电机同步驱动控制，而大功率要实现1000KN及以上的折弯压力，则需要使用多台伺服电机在一个滑块(刚体)上进行同步驱动。但，在大功率全电动折弯机实际使用中，存在各电机受力不平衡引发的位置不同步现象，从而导致机械上的强耦合，而机械上的强耦合将导致滑块等移动部件扭斜，加剧丝杠等传动器件磨损，降低加工精度与机床寿命，严重时损坏驱动元件与行走机构。为防止上述情况发生，驱动滑块需要多轴同步速度位置联动。因此，研究多轴电机位置同步控制系统是大功率全电动折弯机研制中必不可少的环节。
技术实现思路
本技术的专利技术目的是针对现有工业自动化控制与折弯机数控的技术不足，提供一种用于全电动折弯机的多轴同步控制系统。为实现上述专利技术目的，本技术采用的技术方案为提供一种用于全电动折弯机的多轴同步控制系统，包括运动控制板卡、数控系统与若干组滑块驱动机构；每组滑块驱动机构包括伺服驱动器、永磁同步伺服电机、同步皮带传动机构、滚珠丝杠与光栅尺；所述永磁同步伺服电机通过同步皮带传动机构与滚珠丝杠连接，且滚珠丝杠的底端安装于折弯机滑块的顶端；所述光栅尺安装在折弯机滑块的背面且与滚珠丝杠在同一竖直轴线上；所述永磁同步伺服电机还与伺服驱动器相连，伺服驱动器及光栅尺分别通过运动控制板卡与数控系统相连。优选地，所述伺服驱动器的三相输出与所述伺服电机动力电源侧连接；所述伺服驱动器的X2功能端口通过电缆线与运动控制板卡连接，所述伺服驱动器的编码器输入端口通过电缆线与永磁同步伺服电机的旋转编码器输出端连接。优选地，所述数控系统包括工控计算机与嵌入式触摸屏；所述嵌入式触摸屏与工控计算机连接；所述运动控制板卡包括开关量控制板卡与速度控制板卡；所述伺服驱动器及光栅尺与速度控制板卡连接，所述开关量控制板卡通过电缆线连接折弯机滑块的上下行程限位开关；所述开关量控制板卡与速度控制板卡均通过光纤连接至工控计算机内部的PCI模块。优选地，所述同步皮带传动机构包括第一带齿轮、同步皮带与第二带齿轮；第一带齿轮安装于永磁同步伺服电机的输出轴上，第二带齿轮安装于滚珠丝杠的螺母上，第二带齿轮通过同步皮带与第一带齿轮连接。 优选地，所述折弯机滑块的长度大于3000_。优选地，所述滑块驱动机构的数量为四个，分别为第一滑块驱动机构、第二滑块驱动机构、第三滑块驱动机构与第四滑块驱动机构；第一滑块驱动机构包括第一伺服驱动器、第一永磁同步伺服电机、第一同步皮带传动机构、第一滚珠丝杠与第一光栅尺；第二滑块驱动机构包括第二伺服驱动器、第二永磁同步伺服电机、第二同步皮带传动机构、第二滚珠丝杠与第二光栅尺；第三滑块驱动机构包括第三伺服驱动器、第三永磁同步伺服电机、第三同步皮带传动机构、第三滚珠丝杠与第三光栅尺；第四滑块驱动机构包括第四伺服驱动器、第四永磁同步伺服电机、第四同步皮带传动机构、第四滚珠丝杠与第四光栅尺。进一步地，本技术提供一种用于全电动折弯机的多轴同步控制方法，工控计算机包括运动控制模块、PID模块、模糊控制模块、速度与力矩输出控制模块、PCI通讯模块与力矩限幅控制模块；所述运动控制器模块包含使能端控制、轨迹规划处理与反馈位置处理；所述多轴同步控制方法包括高速同步驱动阶段与加压折弯驱动阶段；I)通过嵌入式触摸屏对参数进行设置；2)通过嵌入式触摸屏针对特定工件输入折弯数据，工控计算机将自动计算折弯行程、角度与挠度补偿量，生成折弯程序；3)折弯时，将待折弯板料置于全电动折弯机的下工作台上，数控系统驱动全电动折弯机的后挡料装置定位；此时，多轴同步控制系统为高速同步驱动阶段；其中，第一伺服驱动器与第四伺服驱动器设置成速度控制模式；第二伺服驱动器与第三伺服驱动器设置成力矩控制模式，第二伺服驱动器驱动第二永磁同步伺服电机力矩跟随第一永磁同步伺服电机力矩，第三伺服驱动器驱动第三永磁同步伺服电机力矩跟随第四永磁同步伺服电机力矩；同时，力矩限幅控制模块将四台永磁同步伺服电机的输出力矩调整为给定值，且力矩变化曲线为线性变化；4)全电动折弯机的滑块带动其上模以10 100mm/S的速度下行至速度转换点，再以I lOmm/s的速度下行至夹紧点；此时，多轴同步控制系统切换为加压折弯驱动阶段；所述四个伺服驱动器均设置成速度控制模式，力矩限幅控制模块将四台永磁同步伺服电机的输出力矩线性调整为给定的加压力矩，进而加压折弯至行程终点并进行保压；5)保压时间到后，力矩限幅控制模块通过减少力矩输出值控制四台伺服驱动器同时自动进行卸压，多轴同步控制系统切换为高速同步驱动阶段并控制全电动折弯机的滑块高速向上回程，取走成形板料，加工完毕。优选地，所述高速同步驱动阶段包括如下步骤( I)运动控制模块依据用户指令规划出各轴运动轨迹，并将其转换成位置指令下发至PID模块，PID模块根据自身比例、积分与微分参数对输入指令处理后第一输出速度指令值；(2)速度指令经PCI通讯模块直接发至速度控制板卡,速度控制板卡将其转换成模拟电压经电缆线传输至第一伺服驱动器与第四伺服驱动器，第一伺服驱动器驱动第一永磁同步伺服电机，第四伺服驱动器驱动第四永磁同步伺服电机按照给定速度运转，并分别通过第一滚珠丝杠与第四滚珠丝杠的带动滑块作上下直线运动；(3)第一光栅尺、第二光栅尺、第三光栅尺与第四光栅尺分别实时检测折弯机滑块机械位置，转换成电平信号传输至速度控制板卡，速度控制板卡将电信号转换成第一数字量后经PCI通讯模块反馈至PID模块；PID模块将第一数字量与第一输出速度指令值作比较得到位置偏差，该位置偏差经由比例、积分调节后产生新的速度指令，并通过步骤(2)控制第一永磁同步伺服电机与第四永磁同步伺服电机转速；(4)将速度与力矩输出控制模块设置为力矩输出模式，速度控制板卡采集第一永磁同步伺服电机与第四永磁同步伺服电机实时输出的力矩信号，经PCI通讯模块传输至速度与力矩输出控制模块45pci通讯模块对力矩信号作平滑与滤波处理后，再由pci通讯模块下发至速度控制板卡，经电缆线分别送至第二伺服驱动器与第三伺服驱动器，第二伺服驱动器通过第二滚珠丝杠驱动第二永磁同步伺服电机力矩跟随第一永磁同步伺服电机力矩，第三伺服驱动器通过第三滚珠丝杠驱动第三永磁同步伺服电机力矩跟随第四永磁同步伺服电机力矩；(5)模糊控制模块将其中一台永磁同步伺服电机的速度反馈同另外三台永磁同步伺服电机的速度反馈分别作差，然后根据各永磁同步伺服电机转动惯量比值确定速度补偿量；并使用位置补偿量及其变化率作为参考，在线调整各轴PID控制器的参数；(6)运功控制模块通过其切换控制端口输出逻辑低电平对速度与力矩输出控制模块与模糊控制模块工作模式进行切换，实现高速同步驱动阶段切换至加压折弯驱动阶段。优选地，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于全电动折弯机的多轴同步控制系统，其特征在于：包括运动控制板卡、数控系统与若干组滑块驱动机构；每组滑块驱动机构包括伺服驱动器、永磁同步伺服电机、同步皮带传动机构、滚珠丝杠与光栅尺；所述永磁同步伺服电机通过同步皮带传动机构与滚珠丝杠连接，且滚珠丝杠的底端安装于折弯机滑块的顶端；所述光栅尺安装在折弯机滑块的背面且与滚珠丝杠在同一竖直轴线上；所述永磁同步伺服电机还与伺服驱动器相连，伺服驱动器及光栅尺分别通过运动控制板卡与数控系统相连。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：史步海，伍祁林，苏炳恩，方志雄，戴敏，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：实用新型
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