20070403118_刘延友_数控转塔冲床夹钳重定位系统设计.doc

1 前言 1.1 数控转塔冲床简述 随着数控技术的不断进步，数控转塔冲床在钣金加工领域得到越来越广泛的应用，而且在结构和性能上进行有着不断的改进和提高。转塔冲床数控系统以及其它关键技术的设计与研究的不断提升，数控转塔冲床的使用会越来越广泛[1]。 数控转塔冲床按照主轴驱动工作原理，主要分为以下三类： 第一类，机械驱动式数控转塔冲床：冲床通过一个主电机带动飞轮旋转，冲压动作由离合器控制。它的优点是结构简单，价格低廉。这类机床的缺点也是明显的，效率较低、不适宜成型冲压、耗电量较大、冲压噪音大等。在当今钣金业已经使用很少，基本上被淘汰。 第二类，液压驱动式数控转塔冲床：机床冲头由液压缸驱动击，由电液伺服阀进行冲压控制。冲压速度上有很大的提高。其主要优点加工效率高、冲压噪音小等。但同时，这类机床也存在多种不足，主要表现在耗电量大、维护困难、对环境要求较高、占地面积大。目前使用量也在逐年减少。 第三类，伺服电机驱动式数控转塔冲床：大功率交流伺服电机技术飞速发展，伺服电机可以提供冲头以及运动机构足够的打击力、转矩和功率。这类机床由伺服电机带动冲头进行冲压。与液压式机床相比，其主要优点机床结构紧凑、耗电量少、噪音小、不用更换液压油、环保等。目前，在钣金业中得到了越来越多的使用[2]。 数控转塔冲床属于高速冲床，多模位，换模方便快速，可实现快速制造。以伺服电机驱动式的数控转塔冲床为例，其工作主轴采用正弦机构，由伺服电机带动滑块上下往复运动，冲击上转盘所选定的上模，并且上下模相互配合，对板材进行冲裁加工。上下转盘由伺服电机经带轮带动。板料由气动夹钳夹持，通过伺服电机、滚珠丝杠副在X、Y轴方向运动。 数控转塔冲床主要有以下几部分组成：数控系统，实时检测机床工作状态、加工环境，接受操作指令输入，控制机床功能部件的协调运动，完成加工任务，主要包括主控机、显示器、控制面板、键盘以及控制软件；伺服系统，直接驱动各轴的运动，接受数控系统的运动命令，实现各轴速度、位置的精确控制，主要包括X轴电机伺服，Y轴电机伺服，主轴（冲头驱动轴）电机伺服，T轴（转塔轴）电机伺服、C轴（转模轴）电机伺服；电气系统，主要是数控转塔冲床所用的各种传感器，气动回路以及数控系统与电机、传感器、气动部件的连线；机床床身，主要是底座和外罩等，为冲床其它部件提供安装平台；传动系统，将各伺服轴的运动和动力输出转化为加工所需的动作，主要包括主轴传动机构、X轴传动机构、Y轴传动机构、T轴传动机构、C轴传动机构；辅助部件，主要包括定位装置、工件夹钳等[2]。 1.2 开放式数控系统简述 随着工业PC机的快速发展，可靠性提高，价格降低，以工业PC机为核心的控制系统已被工业控制领域所认可。由于成本低、标准化、可靠性高、软件资源丰富和便于联网等优点，IPC的开放式数控系统越来越得到广泛应用。具体来讲，目前基于IPC的开放式数控系统有以下几种体系结构[3] [4]。 数控专用模板嵌入通用PC机构成的数控系统：该系统以PC机为硬件平台，DOS、WINDOWSCNC系统相比具有软硬件资源的通用性、透明性、丰富性和便于升级换代的优点。 通用PC机与开放式可编程运动控制器构成的数控系统：由独立的运动控制器完成机床的运动控制和逻辑控制功能等。数控上层软件(数控程序编辑、编译、人机界面等)以PC为平台，是WINDOWS等主流操作系统上的标准应用，支持用户定制。这是一种非常优越的数控系统兼具了WINDOWS的多任务特性和运动控制器的实事特性、实时特性， (包括轴控制和机床逻辑控制)以应用软件的形式实现。不但支持数控上层软件(数控程序编辑、人机界面等)的用户定制，而且支持运动控制策略(算法)的用户定制。外围连接采用计算机的总线标准。这类系统已完全是通用计算机主流操作系统(实时扩展)上的标准应用。全软件式数控系统还没有成形产品，还在理论研究中，但它代表了未来数控系统的发展方向[5-8]。 1.3 课题意义 随着计算机技术的不断发展，PC机的软件、硬件条件都有了很大的提高，人们对数控冲床系统提出了一些新的要求：人性化的界面设计，多任务并行控制能力；完善的图形接口功能及通用性；加工仿真功能，在加工前预览加工过程和结果，避免试加工，降低生产成本；实时的加工过程显示，使操作人员随时掌握加工进度等[9-10]。对于夹钳扫描和夹钳重定位的要求是数控转塔冲床关键技术，为了保护模具和夹钳不受损坏，夹钳重定位系统设计显得尤为重要，也是转塔冲床正常工作的必要前提。因此本课题选择数控转塔冲床系统中的夹钳重定位系统作为研究方向，开发完善的数控转塔冲床的夹钳重定位系统具有重要的现实意义和广阔的应用前景。 1.4 研究内容 本毕业设计的研究内容为采用开放式数控系统的理论，在以PC机和固高运动控制卡构建的控制系统平台上完成数控转塔冲床的夹钳重定位系统