四辊卷板机数控系统的设计与研究

中图分类号：TG333.24论文编号：102870512-S083学科分类号：080202硕士学位论文四辊卷板机数控系统的设计与研究研究生姓名李森学科、专业机械电子工程研究方向数控技术指导教师陈富林副教授南京航空航天大学研究生院机电学院二О一二年一月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofMechanicalandElectricalEngineeringDesignandResearchoftheFourRollersPlateBendingMachineCNCSystemAThesisinMechanicalandElectricalEngineeringbyLiSenAdvisedbyAssociateProfessorChenFuLinSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringJanuary,2012承诺书本人郑重声明：所呈交的硕士学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人授权南京航空航天大学可以有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅,可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。(保密的学位论文在解密后适用本承诺书)作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文I摘要卷板机属于锻压机械八大类产品中的弯曲校正机类。随着制造业的不断发展，对方圆、椭圆、多段曲率筒体的需求越来越大，目前多曲率筒体的生产主要有以下方法：（1）对于薄壁筒体通过在扩径机模具上进行扩孔，达到预期形状。（2）对于厚壁筒体通过将不同曲率和弧长的板材进行拼接焊接。以上生产方法工序繁琐且工件的质量不易保证。因此，本文结合卷板机械的特殊性，设计了一套可用于卷制多曲率筒体的四辊卷板机数控系统。本文首先探讨了四辊卷板机的工作原理并对卷板工艺过程进行了分析，并以弹塑性力学为基础，深入分析研究板材弯卷过程，推导了板材卸载后的回弹量，结合机床各工作辊的几何位置关系，建立了侧辊行程和板材弯曲半径之间的关系模型，并将该模型应用到控制系统当中。针对四辊卷板机机械结构的特点和卷板机的控制需求，采用了“工控机（IPC）+板卡”的基于开放式总线结构的卷板机控制系统，在此基础上设计了卷板机数控系统的软、硬件结构。最后根据卷板机数控系统需要实现的主要功能，设计了实现板料精确进给功能的主轴驱动伺服系统。介绍了实现侧辊位置同步的电液比例同步控制系统，侧辊液压缸同步控制采用“同等方式”+“主从方式”控制策略，同步算法采用专家自适应PID控制算法，并对算法结果进行仿真分析。关键词：四辊卷板机，数控系统，回弹控制，液压同步控制，专家自适应PID控制四辊卷板机数控系统的设计与研究IIAbstractPlatebendingmachinebelongstothebendingcorrectionmachineineightcategoriesofforgingmachineryproducts.Withthedevelopingofmanufacturingindustry,theneedofsquare-circle，elliptic,multi-curvaturecylinderincreasesrapidly.Atpresent，themainlymethodsofproducingmulti-curvaturecylinderareasfollows:(1)forcylinderwiththinwall,byreaminginmouldofdiameterenlargingmachinetoreachthedesiredshape;(2)forcylinderwiththickwall，bysplicingandweldingwithdifferentcurvatureandarcplate.Theaboveproductionprocessiscumbersomeanddifficulttoensurethequalityofworkpieces.Therefore，combinedwiththeparticularityoffourrollerbendingmachine,asetofbendingmachineCNCsystemusedforrollingcurvaturetubeisdesignedinthispaper.Firstly,theworkingprincipleandrollingprocessofthefourrollerbendingmachinearediscussedinthispaper.Basedontheelastic-plastictheory，theplatebendingprocessofsheetmetalisanalyseddeeplyandthespringbackafterunloadingisdeduced.Withthegeometryofbendingmachine’swork-roller，themodelofsideroller’sstrokeandplates’bendingradiusisestablished，appliedtothecontrolsystem.Secondly，accordingtothefourrollerbendingmachine’smechanicalstructureandcontroldemand，theopen-bus-structurecontrolsystembasedonIndustrialPersonalComputer(IPC)+boardisadopted，andatlast，thesoftwareandhardwareofCNCsystemaredesignedonthisstructure.Finally，torealizethemainfunctionsofbendingmachineCNCsystem,thespindledriveservosystemwithpreciseplatefeedingisdesigned.Theelectro-hydraulicproportionalsynchronouscontrolsystemforthesiderollerpositionsynchronousisintroduced.Synchronousmode+master-slavemodestrategyandexpertadaptivePIDalgorithmareusedinthesynchronizationcontrolofsideroller’shydrauliccylinder.Theresultofthealgorithmissimulatedandanalysed.Keywords:fourrollersplatebendingmachine,CNCsystem,springbackcontrol,hydraulicsynchron-ouscontrol,expertadaptivePIDcontrol南京航空航天大学硕士学位论文III目录第一章绪论....................................................................................................................................................11.1卷板机概述..........................................................................................................................................11.2国外卷板机发展现状..........................................................................................................................31.3国内卷板机发展现状..........................................................................................................................31.4课题的来源与本文的主要研究内容..................................................................................................4第二章四辊卷板机的工作原理..................................................................................................................62.1四辊卷板机的机械结构介绍..............................................................................................................62.2四辊卷板机液压系统工作原理..........................................................................................................72.3四辊卷板机弯板工艺过程分析........................................................................................................102.4本章小结............................................................................................................................................12第三章板材弯曲回弹问题分析................................................................................................................133.1弹塑性理论基础................................................................................................................................133.1.1板材弯卷成形过程及变形分析.................................................................................................133.1.2板材弯卷的力学简化与假设.....................................................................................................153.2弹塑性理论推导弯曲回弹量......