CN115685864A

CN115685864A - 一种折弯机控制方法

Info

Publication number: CN115685864A
Application number: CN202211131278.3A
Authority: CN
Inventors: 冷志斌; 黎兴宝; 徐晓彬; 黄炎; 沈浪; 田斌; 陈扬东; 秦家正; 胡亦恒; 缪洁良
Original assignee: Jiangsu Yawei Machine Tool Co Ltd
Current assignee: Jiangsu Yawei Machine Tool Co Ltd
Priority date: 2022-09-15
Filing date: 2022-09-15
Publication date: 2023-02-03
Anticipated expiration: 2042-09-15
Also published as: CN115685864B

Abstract

本发明公开了一种折弯机控制方法，属于自动化控制技术领域，包括上位机和多轴运动控制器，以及配套的HMI和下位运动控制程序，上位机通过HMI软件提供用户操作平台，对加工程序进行处理，并且通过材料回弹、补偿计算等加工工艺算法，生成工步和控制数据，通过通讯下发至与多轴运动控制器；多轴运动控制器用于根据工步数据，进行运动规划，控制折弯机机床的基本运动。解决了现有折弯机系统缺乏机床机械结构针对性优化和加工工艺无法集成的的技术问题，本发明的补偿算法与机床机械特性强相关，补偿效果相比较通用型系统更好，并且机床生产厂商自研加工工艺通过软件进行集成，提高了产品的自主技术含量和市场竞争力。

Description

一种折弯机控制方法

技术领域

本发明属于自动化控制领域，尤其涉及一种折弯机控制方法。

背景技术

折弯加工机床其作用是将金属板材折弯成型成工艺需求的各种角度，加工过程中涉及到复杂的工艺计算以及和机床机械结构紧密相关的补偿算法。现有折弯机控制系统属于通用型控制系统，系统中的运动控制和补偿算法缺少对机床机械结构的针对性优化，并且其软件也不支持折弯加工机床生产厂商自研加工工艺算法的系统集成。

发明内容

本发明的目的是提供一种折弯机控制方法，解决了现有折弯机系统缺乏机床机械结构针对性优化和加工工艺无法集成的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种折弯机控制方法，包括如下步骤：

步骤1：建立上位机和多轴运动控制器，上位机通过485总线与多轴运动控制器进行通信；

步骤2:位机用于通过HMI软件对加工文件进行处理，并生成的运动控制数据和工步数据，运动控制数据包括加工数据、单步控制数据、加工过程中的参数计算结果、加工机床设置数据、报警信息和调试数据,具体包括如下步骤：

步骤S2-1：建立产品管理模块，用于对加工文件进行文件管理、参数化编程和2D图形编程；

步骤S2-2：建立模具管理模块，用于对模具文件进行管理；

步骤S2-3：建立自动运行模块，用于对加工过程中产生的所述加工数据进行显示并提供查询接口；

步骤S2-4：建立手动运行模块，用于产生控制加工过程的所述单步控制数据；

步骤S2-5：建立编程常量模块，用于对加工过程中的参数进行计算并存储所述参数计算结果；

步骤S2-6：建立机床参数模块，用于产生所述加工机床设置数据；

步骤S2-7：建立报警信息模块，用于产生所述报警信息并进行显示；

步骤S2-8：建立调试诊断模块，用于处理对多轴运动控制器的所述调试数据；

步骤S2-9：建立PLC程序梯形图编辑器，用于处理PLC程序并且产生对多轴运动控制器的所述PLC程序数据；

所述PLC程序梯形图编辑器，用于以梯形图形式对PLC程序进行编辑，并且产生PLC程序数据；

步骤3：多轴运动控制器获取运动控制数据并处理后，生成运动驱动信号对加工机床进行控制，同时通过加工机床中的多个运动定位传感器获取加工反馈数据，并上传给上位机进行处理。

优选的，所述多轴运动控制器内设有FPGA芯片、DSP芯片，共享内存和外围接口电路；DSP芯片通过485总线与上位机进行通信，DSP芯片与共享内存连接，共享内存连接FPGA芯片，FPGA芯片连接外围接口电路；

外围接口电路设有数字量IO口、编码器接口、阀接口和模拟量IO口，数字量IO口连接外部开关量信号，编码器接口用于通过加工机床中的运动定位传感器获取运动反馈数据，阀接口用于驱动外部伺服比例阀，模拟量IO中通过电压型输出端口，提供伺服驱动电机和液压补偿装置的运动指令，通过电压型输入端口获取机械补偿机构的位置信息，即所述加工反馈数据；

FPGA芯片用于处理外围接口电路获取的。

优选的，所述文件管理把控对加工文件进行新建、复制、删除、文件夹存储管理和文件导入导出管理；

对模具文件进行管理包括对模具进行新建、编辑、删除和模具文件导入导出管理；

加工过程中产生的加工数据包括工部数据、加工工步概览、工件计数和加工参数；

单步控制数据包括单步加工指令数据和单步轴运动控制数据。

对加工过程中的参数进行计算包括材料回弹计算、加工深度计算、挠度补偿计算、刚度补偿计算和折弯力计算；所述编程常量模块中还设有用于存储计算结果的材料参数库；

加工机床设置数据包括机床功能配置数据、滑块参数、轴参数、机床常量配置和角度矫正经验数据；

报警信息包括实时报警信息和历史报警记录；

调试数据包括IO信号诊断数据、PLC程序梯形图编辑器数据、PLC运行状态监控数据、传感器采样数据和系统备份数据。

优选的，在执行步骤3时，具体包括如下步骤：

步骤S3-1：DSP芯片通过485总线从上位机中获取运动控制数据和工步数据，并对运动控制数据进行处理,包括PVT运动规划、PLC程序编译及执行、PID计算和加工动作逻辑生成,最终生成用于控制加工机床的逻辑指令；

步骤S3-2：DSP芯片将步骤S3-1中生成的逻辑指令存储在共享内存中；

步骤S3-3：FPGA芯片从共享内存中调取逻辑指令，根据逻辑指令向外围接口电路发出控制信号，外围接口电路根据控制信号并通过数字量IO口和阀接口分别驱动加工机床中的伺服电机和伺服比例阀的动作，同时，外围接口电路还通过数字量IO口、编码器接口和模拟量IO口获取加工反馈数据,并放入共享内存中进行存储；

步骤S3-4：DSP芯片从共享内存中获取加工反馈数据，并用于PID计算。

优选的，所述DSP芯片还设有一个RS232接口和一个CAN接口，RS232接口用于与加工机床中的激光防护设备进行通信，CAN接口用于在双机联动时提供CAN总线通信接口。

优选的，所述上位机通过USB接口获取用户提供的加工文件。

优选的，所述上位机还设有一个RS232接口，用于对HMI软件进行调试。

本发明所述的一种折弯机控制方法，解决了现有折弯机系统缺乏机床机械结构针对性优化和加工工艺无法集成的的技术问题，本发明的优点在于补偿算法与机床机械特性强相关，补偿效果相比较通用型系统更好，并且机床生产厂商自研加工工艺通过软件进行集成，提高了产品的自主技术含量和市场竞争力。

附图说明

图1是本发明的系统架构图；

图2是本发明的HMI软件处理数据的流程图；

图3是本发明的步骤S3-1-1到步骤S3-1-4的流程图；

图4是本发明的步骤A到步骤F的流程图；

图5是本发明的步骤S2-1时的流程图。

具体实施方式

由图1-图5所述的一种折弯机控制方法，包括如下步骤：

步骤1：建立上位机和多轴运动控制器，上位机通过485总线与多轴运动控制器进行通信。

所述多轴运动控制器内设有FPGA芯片、DSP芯片，共享内存和外围接口电路。DSP芯片通过485总线与上位机进行通信，DSP芯片与共享内存连接，共享内存连接FPGA芯片，FPGA芯片连接外围接口电路。

外围接口电路设有数字量IO口、编码器接口、阀接口和模拟量IO口，数字量IO口连接外部开关量信号，编码器接口用于通过加工机床中的运动定位传感器获取运动反馈数据，阀接口用于驱动外部伺服比例阀，模拟量IO中通过电压型输出端口，提供伺服驱动电机和液压补偿装置的运动指令，模拟量IO中还通过电压型输入端口获取机械补偿机构的位置信息，即加工反馈数据。

在本实施例中，运动定位传感器包括光栅尺和电机编码器等。

FPGA芯片用于处理外围接口电路获取的。

步骤2：上位机用于通过HMI软件对加工文件进行处理，并生成的运动控制数据和工步数据，运动控制数据包括加工数据、单步控制数据、加工过程中的参数计算结果、加工机床设置数据、报警信息、调试数据和PLC程序数据,具体包括如下步骤：

步骤S2-1：建立产品管理模块，用于对加工文件进行文件管理、参数化编程和2D图形编程。

步骤S2-2：建立模具管理模块，用于对模具文件进行管理。

步骤S2-3：建立自动运行模块，用于对加工过程中产生的所述加工数据进行显示并提供查询接口。

步骤S2-4：建立手动运行模块，用于产生控制加工过程的所述单步控制数据。

步骤S2-5：建立编程常量模块，用于对加工过程中的参数进行计算并存储所述参数计算结果。

步骤S2-6：建立机床参数模块，用于产生所述加工机床设置数据。

步骤S2-7：建立报警信息模块，用于产生所述报警信息并进行显示。

步骤S2-8：建立调试诊断模块，用于处理对多轴运动控制器的所述调试数据。

步骤S2-9：建立PLC程序梯形图编辑器，用于处理PLC程序并且产生对多轴运动控制器的所述PLC程序数据。

所述PLC程序梯形图编辑器，用于以梯形图形式对PLC程序进行编辑，并且产生PLC程序数据。

在本实施例中，PLC程序数据及编辑为：首先上位机在上电后，对HMI软件进行启动，并读取PLC程序文件，将文件中PLC代码转化为PLC程序数据多轴运动控制器中进行存储，并且通过HMI中的PLC程序梯形图编辑器以梯形图形式显示。HMI中的PLC程序梯形图编辑器同时可以通过图形化交互方式在线修改PLC程序，完成编辑后更新上位机中所存储的PLC程序文件，并重新生成PLC程序数据发送到多轴运动控制器。多轴运动控制器对PLC程序代码进行解码，并建立数据缓存，多轴运动控制器周期扫描并执行PLC程序代码，同时刷新数据缓存和数字量IO口的输出。

所述文件管理把控对加工文件进行新建、复制、删除、文件夹存储管理和文件导入导出管理。

对模具文件进行管理包括对模具进行新建、编辑、删除和模具文件导入导出管理。

加工过程中产生的加工数据包括工部数据、加工工步概览、工件计数和加工参数。

对加工过程中的参数进行计算包括材料回弹计算、加工深度计算、挠度补偿计算、刚度补偿计算和折弯力计算。所述编程常量模块中还设有用于存储计算结果的材料参数库。

本实施例中，材料回弹计算即为材料回弹角的计算，是为保证折弯过程的成形精度，需要考虑材料回弹对下压深度的影响，回弹角的计算过程如下：

用以下公式计算回弹后的角度a为：

α＝180°-A×(180°-α₀)。

其中，a₀表示回弹前的角度，A表示材料回弹等效系数。

最终回弹角等于工件折弯角与工件回弹前折弯角之差，由此可得Δa为：

Δα＝(1-A)×(180°-α₀)。

挠度补偿计算是根据Timoshenko梁的理论模型，对折弯机的挠度值进行计算，具体过程如下：

计算单位载荷q：

其中F表示折弯力(T)，b表示板料长度(mm)。

用下式计算挠度系数K：

K＝Bx⁴-(CL²+D)x²+J。

其中，B表示滑块等效系数，C表示板宽等效系数，D表示工作台等效系数，J表示机床挠度等效系数，L表示油缸间距(mm)，x表示油缸与机床中心或板料边缘的位置差(mm)。

若板料长度小于或等于油缸间距，则折弯机挠度值W为：

W＝W₁-W₂＝q(K₁-K₂)×0.6。

其中，W₁表示板料边缘位置的挠度值，W₂表示板料中间位置的挠度值。

若板料长度大于油缸间距，则折弯机挠度值W为：

W＝W₁-W₂-W₃＝[q(K₁-K₂)+H]×0.6。

其中，W₃表示板料超出油缸部分的挠度值，H表示为板宽超出系数。

刚度补偿计算是根据折弯力大小不同进行计算，对刚度值Y_B计算过程如下：

Y_B＝P×F；

其中，F表示折弯力(T)，P表示由仿真得到的刚度等效系数。

加工深度计算是以深度计算几何公式(通用公式)为基础进行计算，具体为：

其中β表示折弯角度(°)，V表示下模开口宽度(mm)，a_d表示下模开口角度(°)，R_d表示下模圆角半径(mm)，R_i表示折弯半径(mm)，t表示板料厚度(mm)。

最终再由回弹补偿公式、挠度补偿公式及刚度补偿公式叠加得到深度计算补偿公式为：

Y＝f(a-Δa)+Y_B-W。

其中Y表示下压量。

加工机床设置数据包括机床功能配置数据、滑块参数、轴参数、机床常量配置和角度矫正经验数据。

报警信息包括实时报警信息和历史报警记录。

在执行步骤3时，具体包括如下步骤：

步骤S3-1：DSP芯片通过485总线从上位机中获取运动控制数据和工步数据，并对运动控制数据进行处理,包括PVT运动规划、PLC程序编译及执行、PID计算和加工动作逻辑生成,最终生成用于控制加工机床的逻辑指令。

DSP芯片处理运动控制数据和工步数据的具体过程如下：

步骤S3-1-1：DSP芯片自身初始化。

步骤S3-1-2：DSP芯片等待上位机传送运动控制数据和工步数据，传送成功后，执行步骤S3-1-3。

本实施例中，DSP芯片通过中断来获取上位机传送来的运动控制数据和工步数据，运动控制数据和工步数据为HMI指令的形式。同样的，DSP芯片通过中断向上位机上传HMI指令的形式的数据。

步骤S3-1-3：在DSP芯片中设定定时器1中断，在定时器1中断中执行运动规划和PID控制，并发出轴控制指令。

步骤S3-1-4：在DSP芯片中设定定时器2中断，在定时器2中断中进行PLC逻辑处理，并发出用于控制数字量IO口的逻辑指令。

步骤S3-2：DSP芯片将步骤S3-1中生成的逻辑指令存储在共享内存中。

步骤S3-3：FPGA芯片从共享内存中调取逻辑指令，根据逻辑指令向外围接口电路发出控制信号，外围接口电路根据控制信号并通过数字量IO口和阀接口分别驱动加工机床中的伺服电机和伺服比例阀的动作，同时，外围接口电路还通过数字量IO口、编码器接口和模拟量IO口获取加工反馈数据,并放入共享内存中进行存储。

所述DSP芯片还设有一个RS232接口和一个CAN接口，RS232接口用于与加工机床中的激光防护设备进行通信，CAN接口用于在双机联动时提供CAN总线通信接口。

所述上位机通过USB接口获取用户提供的加工文件。

所述上位机还设有一个RS232接口，用于对HMI软件进行调试。

如图5所示为本实施例中一个具体的使用流程：

步骤A：首先上位机对HMI软件进行加载，并通过USB接口获取加工文件。

步骤B：上位机通过HMI软件对加工文件进行分析，获取加工的工步数据。

步骤C：上位机对折弯深度、折弯力、挠度、刚度进行计算，得到运动控制数据。

步骤D：多轴运动控制器获取运动控制数据和工步数据并处理，得到各阶段不同轴动作先后顺序逻辑、不同动作阶段各轴目标位置给定、运动规划每周期各轴速度指令、进行PID计算调控PID精度、对不同动作阶段之间的转换进行处理、对动作完成判定、控制动作阶段间速度、压力平滑切换、阶段切换后更新运动规划以及PID计算参数。

多轴运动控制器将采集到的加工反馈数据反馈给上位机进行处理和调试。

步骤E：多轴运动控制器判断是否完成当前工步：是，则执行步骤F；否，则继续根据步骤D的方法执行完当前工步。

步骤F：多轴运动控制器判断是否完成所有工步：是，则结束；否，则再次执行步骤D进行下一工步的处理。

Claims

1.一种折弯机控制方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤2:上位机用于通过HMI软件对加工文件进行处理，并生成的运动控制数据和工步数据，运动控制数据包括加工数据、单步控制数据、加工过程中的参数计算结果、加工机床设置数据、报警信息和调试数据,具体包括如下步骤：

步骤S2-2：建立模具管理模块，用于对模具文件进行管理；

2.如权利要求1所述的一种折弯机控制方法，其特征在于：所述多轴运动控制器内设有FPGA芯片、DSP芯片，共享内存和外围接口电路；DSP芯片通过485总线与上位机进行通信，DSP芯片与共享内存连接，共享内存连接FPGA芯片，FPGA芯片连接外围接口电路；

外围接口电路设有数字量IO口、编码器接口、阀接口和模拟量IO口，数字量IO口连接外部开关量信号，编码器接口用于通过加工机床中的运动定位传感器获取运动反馈数据，阀接口用于驱动外部伺服比例阀，模拟量IO中通过电压型输出端口，提供伺服驱动电机和液压补偿装置的运动指令，模拟量IO中还通过电压型输入端口获取机械补偿机构的位置信息，即所述加工反馈数据；

FPGA芯片用于处理外围接口电路获取的。

3.如权利要求1所述的一种折弯机控制方法，其特征在于：所述文件管理对加工文件进行新建、复制、删除、文件夹存储管理和文件导入导出管理；

单步控制数据包括单步加工指令数据和单步轴运动控制数据；

报警信息包括实时报警信息和历史报警记录；

4.如权利要求2所述的一种折弯机控制方法，其特征在于：在执行步骤3时，具体包括如下步骤：

5.如权利要求2所述的一种折弯机控制方法，其特征在于：所述DSP芯片还设有一个RS232接口和一个CAN接口，RS232接口用于与加工机床中的激光防护设备进行通信，CAN接口用于在双机联动时提供CAN总线通信接口。

6.如权利要求1所述的一种折弯机控制方法，其特征在于：所述上位机通过USB接口或网络接口获取用户提供的加工文件。

7.如权利要求1所述的一种折弯机控制方法，其特征在于：所述上位机还设有一个RS232接口，用于对HMI软件进行调试。