压弯机精确弯曲成形的控制方法.pdf

本发明是一种用于压弯机精确弯曲成形的控制方法。为克服现有技术中存在的控制精度差、效率低和成本高的不足，本发明运用力学性能测试模块、数据处理模块、成形过程模拟模块、机床运动控制模块和系统评价模块，通过力学性能的拟合，得出工件的弯矩和曲率关系，并利用弯矩和曲率的关系模拟成型过程，得出控制模型/工件弯曲角度与凹模的位移之间的函数关系，依据模拟结果，给定工件的弯曲角度和位移值，控制压弯机的动作，进而实现对压弯机的控制。本发明具有开放式数控系统特性和模块化、动态配置、可移植性、可扩展性等优良特性，实现了弯曲实时数据处理功能，提高了控制精度，而且实现了弯曲控制过程的自动化，具有成本低、工作效率高，成形质量好的特点。

1.  一种压弯机精确弯曲成形的控制方法，其特征在于对力学性能进行拟合，得出给定工件的弯矩和曲率关系，并利用弯矩和曲率的关系模拟成型过程，得出控制模型/工件弯曲角度与凹模的位移之间的函数关系，并依据模拟结果，给定工件的弯曲角度和位移值，控制压弯机的动作，进而实现对压弯机的控制。

2.  如权利要求1所述压弯机精确弯曲成形的控制方法，包括力学性能测试模块、数据处理模块、成形过程模拟模块、机床运动控制模块和系统评价模块，其特征在于该弯曲成形运行过程是：
a.系统初始化，各端口清零，选定工艺参数；
b.启动力学性能测试模块，测试得到的给定板料的力学性能实验数据；
c.调用数据处理模块，对力学性能实验数据进行数据拟合，得出给定板料的弯矩和曲率的关系；
d.启动成形过程模拟模块，利用弯矩和曲率的关系，模拟成形过程，得出控制模型一板料弯曲角α与凹模的位移H之间的函数关系：H＝((Aα+B)α+C)α+D；
e.由机床运动控制模块，依据模拟结果，给定零件弯曲角度α，计算出位移H值，控制压弯机动作，采样返回的实时数据和此位移量比较，相等时控制机床停止，完成零件加工；
f.调用系统评价模块，测量零件成形后的弯曲角，分析与理论弯曲角的误差，验证计算机模拟压弯的控制精度和效果，进而对系统做出评价。

压弯机精确弯曲成形的控制方法
(一)技术领域：
本发明涉及计算机数控技术领域，具体地说是一种用于压弯机精确弯曲成形的控制方法。
(二)背景技术：
弯曲是最常见的一种金属材料的塑性成形工艺方法，在工业生产中是一种重要成形工艺。金属材料在弹性弯曲变形阶段的各种性质可以用线弹性有限元方法得到比较精确的结果，在进入非弹性弯曲变形阶段后，用数值方法模拟材料性质变得非常困难，而且还有一系列随机情形更是无法预测的，材料在弯曲完毕后的回弹无法预测修正，成形精度不符合航空、航天等需要超精密加工以及对产品稳定性要求非常高要求。
弯曲过程中，根据选定的模具和给定的工件，只要确定了凸模进入凹模地应有深度，就能成形出具有指定弯角α的工件。但是在确定凸模进入凹模的深度时，一般采用多次试压的方法(图1)，试压时间通常达到生产时间的4～5倍，浪费大量人力、财力、物力，而且由于控制精度差，使得成形质量不稳定。
(三)发明内容：
为了解决现有技术中存在的控制精度差、效率低和成本高的不足，本发明提出一种压弯机精确弯曲成形的控制方法。
本发明采用的技术方案是对力学性能进行拟合，得出给定工件的弯矩和曲率关系，并利用弯矩和曲率的关系模拟成型过程，得出控制模型/工件弯曲角度与凹模的位移之间的函数关系，并依据模拟结果，给定工件的弯曲角度和位移值，控制压弯机的动作，进而实现对压弯机的控制。
本发明包括了力学性能测试模块、数据处理模块、成形过程模拟模块、机床运动控制模块和系统评价模块五部分，通过工控机的计算、模拟与控制，实现压弯机精确弯曲成形。其具体方法是：
(1)系统初始化，各端口清零，选定工艺参数；
(2)启动力学性能测试模块，测试得到的给定工件的力学性能实验数据；
(3)调用数据处理模块，对力学性能实验数据进行数据拟合，得出给定工件的弯矩和曲率的关系；
(4)启动成形过程模拟模块，利用弯矩和曲率的关系，模拟成形过程，得出控制模型—工件弯曲角α与凹模的位移H之间的函数关系：H＝((Aα+B)α+C)α+D；
(5)之后由机床运动控制模块，依据模拟结果，给定零件弯曲角度α，计算出位移H值，控制压弯机动作，采样返回的实时数据和位移量比较，当两者相等时控制压弯机停止，完成零件加工；
(6)最后调用系统评价模块，测量零件成形后的弯曲角，分析与理论弯曲角的误差，验证计算机模拟压弯的控制精度和效果，进而对系统做出评价。
本发明具有开放式数控系统特性和模块化、动态配置、可移植性、可扩展性等优良特性，实现了弯曲实时数据处理功能，提高了控制精度，而且实现了弯曲控制过程的自动化，显著降低成本、提高了工作效率，而且成形质量也得到保证。
(四)附图说明：
附图1是传统压弯流程图。
附图2是压弯机数控系统硬件结构图。
附图3是压弯机数控系统软件结构图。
附图4是本发明压弯流程图。
(五)具体实施方式：
具体实施中：
本实施例的硬件系统(图2)包括压弯机、工控机、控制盒、位移传感器、数显表、电平转换板、数字测量仪。工控机用于进行压弯成形过程的工艺参数计算、模拟与控制；控制盒为变频调速器，可调节凸凹模运动速度；位移传感器为光栅线位移传感器，用于测量凹模的行程；数显表为感应同步器数显表，实时显示位移传感器采集的信号；电平转换板为自制简单电路，接直流电源，用于进行电平转换，以便电平匹配；数字测量仪用于测量成形零件形线数据，并输入工控机，以分析成形零件的弯曲角误差。各个硬件通过控制线顺次连接，构成闭环控制回路。
控制开始后，计算机自动开始采样数据。由位移传感器获得的信号通过感应同步器数显表实时显示，同时经过电平转换板将数字信号传送给工控机。工控机把采样值与计算目标位移值进行比较，当二者相等时，通过变频调速器控制机床停止动作，延时后机床自动回位。随后成形零件移至数字测量仪进行测量。
本发明的计算程序(图3)包括力学性能测试模块、数据处理模块、成形过程模拟模块、机床运动控制模块和系统评价模块。其中数据处理模块包括数据处理和数据拟合两个模块。机床运动控制模块包括过程控制、图形显示、力位移检测、数据采集处理、运动控制五个模块，其中过程控制模块由包括运动状态控制和报警与事故处理两个子模块。系统评价模块包括成形零件测量和误差分析评价两个模块。
该程序的运行过程为(图4)：
启动软件，系统初始化，各端口清零，包括控制端口清零、力检测端口清零、位移检测端口清零等；
选定工艺参数：工件几何参数、凸凹模圆角半径、凸模圆角半径、凹模槽口宽度及摩擦力等；
启动力学性能测试模块，测试得到的给定工件的力学性能实验数据，并保存为TXT格式文件；调用数据处理模块，读入保存的力学性能实验数据，利用最小二乘原理将上述数据进行处理与数据拟合，从而得出给定工件的弯矩和曲率的关系K_f＝φ(M)；
启动成形过程模拟模块，利用弯矩和曲率的关系，模拟成形过程，得出控制模型—工件弯曲角α与凹模的位移H之间的函数关系：H＝((Aα+B)α+C)α+D，其中H为凹模行程，α为零件弯曲角，A，B，C，D为常数，由计算机模拟结果给出，不同的工件具有不同的常数A，B，C，D。
之后由机床运动控制模块，依据模拟结果，由界面输入零件弯曲角度α，开始执行控制过程，程序自动计算出位移H值，控制压弯机动作，并采样返回的实时数据和此位移量比较，相等时控制机床停止，完成零件加工；
调用系统评价模块，测量接数字测量仪测量的零件成形后的形线数据，计算出实际弯曲角，分析与理论弯曲角的误差，验证计算机模拟压弯的控制精度和效果，进而对系统做出评价，并根据需要打印评价报告。