【正文】 畢業(yè)設(shè)計（論文）畢業(yè)設(shè)計說明書 題 目 自動二維彎管機Abstract This paper is divided into three chapters,the first is introduction part,elaborated the domestic status of pipe bending machine,mainly introduces China39。關(guān)鍵詞：彎管機； 傳動系統(tǒng)；執(zhí)行系統(tǒng)；傳感器 自動二維彎管機控制系統(tǒng)設(shè)計第1章 緒論 彎管機的發(fā)展與計算機技術(shù)的發(fā)展息息相關(guān)，早在20世紀70年代時，美國 EATONLEONARD公司就已經(jīng)研制生產(chǎn)了計算機數(shù)控彎管設(shè)備，首創(chuàng)計算機編程數(shù)控彎管之先河，大大提高了當時的數(shù)控彎管水平。此后上海造船廠工藝研究所等多家國內(nèi)企業(yè)也陸續(xù)研制出了數(shù)控彎管機。第2章 機械部分設(shè)計設(shè)計題目：自動二維彎管機設(shè)計設(shè)計任務：完成二維彎管機的設(shè)計主要設(shè)計參數(shù)：30*30mm矩形管，,彎曲最大管長3000mm,，彎曲最小半徑200mm。 如果矩形管的寬度等于圖1 中滾輪主視圖尺寸2W 時(此處假設(shè)定滾輪也取W ) , 則最小半徑的值等于定滾輪的中間軸半徑。范圍內(nèi)) , 即向外展. 圖22 管件的彎曲對弧度管來說, 其回彈力(導致弧度管向外展的力) 不同, 彎制的結(jié)果弧度大小亦不同。彎制輸出的弧度管的弧度要適當內(nèi)斂, 既可抵消回彈, 又便于校形。可移式觸頭根據(jù)管料彎曲的角度進行調(diào)整，調(diào)整角度a。（4）動力結(jié)構(gòu)為液壓站，由油箱電機，液壓泵，電液伺服閥及換向閥等組成，它產(chǎn)生和分配工作液壓，從而使機器實現(xiàn)各種動作的機構(gòu)。在此過程中，彎曲油缸伸長量是已知量，并且是固定值，因此，在如圖坐標系當中動滾輪圓心B點位置可以計算得出，而定滾輪圓心坐標、半徑均已知，所以兩圓的公切線段的方程式、點坐標、點坐標均可以求出，則對應的圓弧方程即可得出。軸承的壓強則查機械設(shè)計設(shè)計手冊，滑動軸承的選擇表1133得：軸承的材料為軸承合金。當向上抬起杠桿時，手動液壓泵的小活塞1向上運動，小活塞的下部容腔a的容積增大形成局部真空，致使排油單向閥3關(guān)閉，油箱8中的油液在大氣壓作用下經(jīng)吸油管道5頂開吸油單向閥4進入a腔。在彎管過程中, 鋼管要始終與頂鐓速度和彎管速度、頂鐓力(頂鐓施加鋼管的軸向推力) 和彎管角度之間必須滿足一定的關(guān)系, 以確保彎管的質(zhì)量。C～35176。最大工作壓力為12MPA。由此導出：。液壓缸的內(nèi)徑與其壁厚的比值的稱為薄壁圓筒，起重運輸機械和工程機械的液壓缸，一般用無縫鋼管材料，大多屬于薄壁圓筒結(jié)構(gòu)，其壁厚按薄壁圓筒公式計算。1） 缸蓋厚度的確定一般液壓缸多為平底缸蓋，其有效厚度t按強度要求可以用下面的公式進行近似計算。（1）活塞桿直徑的確定取活塞桿長度為130mm已知： 柔度：臨界力：Q235鋼：導出：校核強度[] 令，查表得。一般計算時可以分為薄壁圓筒和厚壁圓筒。因此，液壓缸的外徑為：。該液壓缸取。計算機在采集彎曲、頂鐓油缸信號進行控制的同時對傳回的兩路信號在顯示器進行動態(tài)顯示，直觀顯示理想曲線與實際彎管曲線（不同顏色）差異，使操作者能夠更加直觀、更加方便的監(jiān)視彎管機工作狀態(tài)、彎管進程、理想曲線和實際曲線重合度等。（2）數(shù)模轉(zhuǎn)換(D/A )PC7484板是為了工業(yè)PC機或PC兼容機設(shè)計的一種多功能綜合接口板。電液伺服閥是利用電流信號來控制大功率的液壓能工作, 從而驅(qū)動液壓缸動作。為了能夠在高精度的時間內(nèi)獲得對編碼器輸出的脈沖進行準確的計數(shù), 從而獲得當前的彎曲角度和速度, 采用計數(shù)器定時器卡PC7484 來定時采集編碼器輸出的脈沖數(shù)。這樣, 就可以對彎管速度和角度進行控制。由于計算機控制是一種采樣控制, 它只能根據(jù)采樣時刻的偏差值計算控制量, 因此,式中的積分和微分項無法直接準確計算, 只能用數(shù)值計算的方法逐步逼近。在伺服閥控制過程中, PI調(diào)節(jié)減小了靜差, 提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性, 但降低了控制系統(tǒng)的響應速度。該電液伺服控制系統(tǒng)采用增量式PID算法后,能夠準確地實現(xiàn)彎曲角度的控制。伺服閥控制系統(tǒng)的框圖如圖36所示。同時，將此信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后傳給計算機，實現(xiàn)對彎曲油缸的多環(huán)路串級伺服控制，傳感器檢測到的連續(xù)模擬信號經(jīng)過信號調(diào)理放大后必須轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，才能輸入到單片微機中進行數(shù)據(jù)處理。 10伏基準電壓源、D/A轉(zhuǎn)換器、SAR寄存器、比較器、時鐘源以及可和微處理器總線直接接口的暫存了三態(tài)輸出緩沖器,AD1674從功能上都與AD574/674完全兼容，可互相代用。g)四種單極性或雙極性輸入范圍分別5V,1OV,0V10V,0V20V。A/D輸入通道：單端16路/差分8路轉(zhuǎn)換時間：10/100KHZA/D轉(zhuǎn)換分辨率：12位，AD1674(1)邏輯控制端口12/8: 數(shù)據(jù)輸出位選擇輸入端。CE:芯片使能端。輸出為高時，表明轉(zhuǎn)換正在進行。20VIN:20V范圍輸入端(包括OV20V單極輸入或10V雙極輸入)。VCC: +12V/+15V模擬供電輸入。這種模式適用于有足夠輸入口而無需擴充數(shù)據(jù)總線的系統(tǒng)，尤其適用于16位數(shù)據(jù)總線。為了實現(xiàn)較高速度數(shù)據(jù)采集及傳輸，除了要盡量減少A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時間外，還要盡可能減少ADC采集的數(shù)據(jù)傳送到系統(tǒng)內(nèi)存所需要的時間。而且由于總線和系統(tǒng)組成方面的差異無法將微機中的DMA電路移植到單片機系統(tǒng)中。 傳感器的選擇與設(shè)計在此二維彎管機控制系統(tǒng)中，由于需要控制兩種油缸的位移和位置精度，因此需要兩種傳感器類型。其中兩根為電源線，三根為脈沖線(A相、B相、Z)。工作原理:當光電編碼器的軸轉(zhuǎn)動時A、B兩根線都產(chǎn)生脈沖輸出,A、B兩相脈沖相差90度相位角，由此可測出光電編碼器轉(zhuǎn)動方向與電機轉(zhuǎn)速。光纖傳感技術(shù)自80年代以來，受到世界各國的極大重視，十幾年來，光纖傳感器一直被設(shè)想為主導傳感技術(shù)，但至今尚未實現(xiàn)。經(jīng)過查閱有關(guān)資料和書籍，我選擇RCL40油缸用電感直線位移傳感器。全自動液壓數(shù)控二維彎管機的應用大大減少校形的工作量，降低了后續(xù)工序中與之對應裝配的質(zhì)量控制難度，使客車整體外觀更加平整。所以，弧度管的彎制必須有與之適合的設(shè)備及合理的質(zhì)量控制，這樣才能滿足生產(chǎn)當中對精度和效率的要求。其輸出有二線制、三線制電流，4線制電壓。在現(xiàn)代信息社會中，隨著相關(guān)科學技術(shù)的進步和完善，光纖傳感技術(shù)及其應用將有著越來越重要的地位。A線用來測量脈沖個數(shù),B線與A線配合可測量出轉(zhuǎn)動方向。光電編碼器是由光柵盤和光電檢測裝置組成。我選擇了一種新型的光電脈沖編碼器：SG9207光電脈沖編碼器。寫地址產(chǎn)生電路是一20位二進制計數(shù)器，用來產(chǎn)生數(shù)據(jù)存儲器的存儲地址。從普遍的情況來講，要實現(xiàn)對快速變化的動態(tài)信號的采樣，應選用轉(zhuǎn)換時間不大于幾us的高速A/D轉(zhuǎn)換器，在DMA方式而不是CPU的控制下，將A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換結(jié)果直接存到RAM中。轉(zhuǎn)換啟動時，在CE和CS有效之前，R/C必須為低，如果R/C為高，則立即進行讀操作，這樣會造成系統(tǒng)總線的沖突。VLOGIC: +5V邏輯供電輸入.AGND/DGND:模擬/數(shù)字接地端。（4）供電電源端口REFIN:基準電壓輸入端。(2)并行數(shù)據(jù)輸出端口DB1lDB8:在12位輸出格式下，輸出數(shù)據(jù)的高4位。A0:位尋址/短周期轉(zhuǎn)換選擇輸入端。當該端輸入為高時，數(shù)據(jù)輸出為單12位字節(jié)。i)內(nèi)部帶有防靜電保護裝置(ESD)，放電耐壓值可達4000V。與原有同系列的AD574A/674A相比，AD1674的內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加緊湊，集成度更高，工作性能(尤其是高低溫穩(wěn)定性)也更好，而且可以使系統(tǒng)板設(shè)計面積大大減小，因而可降低成本并提高系統(tǒng)的可靠性。積分型A/D轉(zhuǎn)換器應用于低速的情況，逐次逼近型ADC應用于較高速數(shù)據(jù)采集以及要求高稍確度的場合?？驁D中的伺服閥傳遞函數(shù)W sv (S ) 和彎曲油缸傳遞函數(shù)W (S ) 分別由下式確定：圖36　電液伺服閥控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)框圖通過計算, 獲得了PID算法的3個參數(shù) , 用計算機完成控制過程中后臺的計算。算法實現(xiàn)的基本思想是,在伺服閥控制系統(tǒng)中, 選用了編碼器, 它輸出的是+5V的脈沖信號, 可以直接和計算機接口相連, 由于選用了PC7484 計數(shù)器定時器卡, 可以直接計算出脈沖數(shù), 從而數(shù)控系統(tǒng)通過PC7484卡的輸入端口獲得實際角度值后, 與系統(tǒng)設(shè)定值進行比較相減獲得一個差值, 然后按一定的控制算法處理該差值, 得到系統(tǒng)控制信號的數(shù)字量, 此數(shù)字量經(jīng)計算機后, 經(jīng)D/A 轉(zhuǎn)換為控制伺服閥的模擬信號。增量式PID 算法采用增量式PID 算法來實現(xiàn)伺服閥的控制,增量式PID算法的表達式為：其中，；；，K為比例放大系數(shù)。如果采樣周期T 取得足夠小, 這種逼近可相當準確, 被控過程與連續(xù)控制過程非常接近, 這種情況被稱為“準連續(xù)控制”。同時,通過伺服放大器, 能夠調(diào)整伺服閥的增溢、零漂及擾動。用于脈沖計數(shù)方式時，跳線都斷開，當用于定時中斷方式時，有內(nèi)部1MHz晶振提供時鐘。選用PC7484 數(shù)模轉(zhuǎn)換(D/A ) 卡來實現(xiàn)數(shù)字量向電壓信號的轉(zhuǎn)換, 它是雙通道、雙極性、分辨率為12 位的D/A卡, 插在工控機主板上的ISA 擴展槽上, 通過改變輸入D/A 卡的12 位數(shù)字量來改變輸出給伺服閥的電流信號。本板適用于各種工業(yè)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)測量及控制，集成度高，功能強大，可靠性好，數(shù)據(jù)采集穩(wěn)定，且價格低廉，符合PC總線標準，以中斷或查詢方式工作，占有連續(xù)16個I/O口地址。由于電液控制系統(tǒng)具有控制精度高、響應速度快、信號處理靈活、輸出功率大、結(jié)構(gòu)緊湊及功率質(zhì)量比大等優(yōu)點 , 在大量的數(shù)控彎管機系統(tǒng)中, 主要采用電液比例閥或電液伺服閥來產(chǎn)生彎曲力矩, 從而準確地控制彎管的角度。圖32 彎管機控制系統(tǒng)總圖首先由計算機生成控制目標曲線，通過對每一點的彎曲油缸的伸長量和頂鐓油缸的伸出速度進行的精確計算處理，經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換成為模擬信號，在控制器經(jīng)過電流放大、顫震信號、PWM處理后控制伺服閥（液壓缸伸出的速度與伺服閥控制電流成正比）由此控制液壓缸動作。式中液壓缸壁厚；D液壓缸內(nèi)徑；試驗壓力