全自动弯管机多轴运动控制系统设计与应用

摘要

“中国制造2025”加快推进，航空航天、车辆、石油化工、家电家具等领域对各种弯管件的需求迅速增长，对管件成形质量、成形精度和加工效率提出更高要求。弯管机是管件弯曲加工的主要设备，控制系统是弯管机的核心。因此，采用先进控制技术对现有弯管机控制系统进行升级势在必行。 本文采用ESTUN运动控制器+MCGS触摸屏的硬件结构形式，基于CANopen总线协议，在VTB编程环境下，研制开发了一套功能丰富、性能良好的通用型全自动弯管机控制系统，并在以下几个方面进行了详细研究和探讨。 1.基于现场总线通信方式，为实现单轴伺服系统在指定工作模式下的运动控制，深入研究了CANopen工作原理和DSP402设备子协议，完成了VTB环境下CANopen网络配置和对应软件设计。 2.针对弯管工序对弯管C轴与送料Y轴的线速度同步性要求，进行了双轴伺服同步控制策略研究，提出了速度主从同步控制与驱动器转矩限制功能相结合的控制方式，实现了主动跟随送料与被动跟随送料的自适应调整，解决了一般弯管机因单纯采用被动跟随送料而对薄壁管件可能造成的质量隐患。 3.针对复杂管形弯制要求，采用二层弯曲模结构，通过合理控制脱模距离，合理设置送料、弯管、退弯的动作顺序以及对主模、导模、随动模等辅助动作的逻辑控制，实现了弯管过程中的自动换模。 4.基于MCGS组态软件，设计了具有良好人机交互功能的上位机监控系统。 5.通过对一款家具座椅骨架的实际弯制加工，验证了本弯管机控制系统的功能实现性和工作可靠性，同时达到了全自动、低成本的设计目标。

目录

声明

摘要

1绪论

1．1国内外数控弯管机总体发展概况

1．2常见弯管机控制系统

1．2．1基于PLC与触摸屏的弯管机控制系统

1．2．2基于工控机与运动控制板卡的弯管机控制系统

1．2．3基于嵌入式运动控制器的弯管机控制系统

1．3现场总线技术

1．4课题的来源及研究意义

1．5主要研究内容

1．6本章小结

2全自动弯管机工作原理及控制要求

2．1弯管机工作原理

2．2弯管机结构组成

2．3弯管机主要技术参数

2．4弯管机控制要求

2．5本章小结

3全自动弯管机控制系统总体方案设计

3．1控制系统总体方案设计

3．2硬件系统总体设计

3．3软件系统总体设计

3．4本章小结

4全自动弯管机硬件系统设计

4．1硬件系统结构组成

4．2基于运动控制器的主控系统

4．2．1 ESMotion运动控制器

4．2．2 MCGS TPC嵌入式一体化触摸屏

4．3多轴交流伺服系统

4．3．1伺服系统硬件选型

4．3．2伺服系统硬件接线

4．4位置传感器

4．5硬件系统电气图与实物图

4．6本章小节

5全自动弯管机软件系统设计

5．1下位机VTB控制系统软件开发平台

5．1．1 VTB集成开发环境

5．1．2 VTB配置

5．2上位机MCGS监控系统软件设计平台

5．2．1 MCGS组态软件简介

5．2．2 MCGS监控系统设计流程

5．3现场总线CANopen工作原理

5．4基于CANopen的交流伺服运动控制实现

5．4．1状态机

5．4．2控制字与状态字

5．4．3控制模式

5．4．4 CANopen网络配置

5．4．5弯管机单轴伺服定位运动控制实现

5．4．6弯管机双轴伺服同步协调运动控制实现

5．5弯管加工功能模块

5．5．1管件编程子模块

5．5．2手动模式子模块

5．5．3自动模式子模块

5．6系统设置功能模块

5．6．1系统参数设置子模块

5．6．2机床参数设置子模块

5．7系统监控功能模块

5．7．1伺服轴运行状态监控及报警子模块

5．7．2系统功能实现监控及报警子模块

5．8文件管理功能模块

5．9本章小节

6全自动弯管机加工实例验证

6．1控制系统通讯设置

6．2监控系统参数设置

6．3管件自动编程

6．4管件加工过程

6．5本章小节

7总结与展望

7．1全文总结

7．2研究展望

致谢

参考文献

附录