板料折弯机通用多微机数控系统７４１０２０天水锻压机床厂虎振生，陈万敏，卫建平摘要通过对折 弯机数控系统的特点及关键技术的分析和研究，提出了主从分布式多微机的控制模式。用这种模块 化的结构，可方便地组合成不同档次、不同类型、不同轴数的折弯机数控系统。介绍了新开发的具 有汉字ＣＡＤ／ＣＡＭ功能的折弯机控制系统的应用。Ｕｎｉｖｅｒｓａｌｍｕｌｔｉ—ｍｉｃｒ ｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒＮＣｓｙｓｔｅｍｆｏｒｐｒｅｓｓｂｒａｋｅ￥Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏ ａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｓｔｕｄｙｏｆｆｅａｔｕｒｅｓａｎｄｋｎｏｗｈｏｗｏｆｐｒｅｓｓ ｂｒａｋｅＮＣｓｙｓｔｅｍ，ｐｒｅｓｅｎｔａｍａｓｔｅｒ—ｓｌａｖｅｔｙｐｅｍｕｌｔｉ —ｍｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒｃｏｎｔｒｏｌｍｏｄｕｌｅ，ｗｈｉｃｈｃａｎｂｅｃｏｍｂ ｉｎｅｄｉｎｔｏｄｉｆｆｅｒｅｎｔｋｉｎｄｓｏｆｐｒｅｓｓｂｒａｋｅＮＣｓｙｓｔｅｍｓ ．Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｐｒｅｓｓｂｒ ａｋｅｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｓｏｆｔｗａｒｅｗｉｔｈＣｈｉｎｅｓｅＣＡＤ／ＣＡＭｆ ｕｎｃｔｉｏｎ．叙词数控系统，工业计算机，折弯机一、概述８０年代，折弯机数控技术应用有 了很大的发展，我国从国外进口的折弯机，几乎全部配有先进的数控系统。目前，国内折弯机数控 系统基本上是引进的，每年要花大量外汇，因外文显示，操作不便，且不易维修。特别是进口数控 系统价格昂贵，用户难以接受。据此，我们用了近四年的时间，研制成功了具有汉字提示、图形Ｃ ＡＤ／ＣＡＭ功能、组配灵活的主从分布式多微机折弯机数控系统──ＭＮＣ８４００Ｗ。折弯机 对数控系统的要求，有别于一般的切削加工机床。首先，在折弯过程中工件的几何形状随时改变， 若用一般的代码形式描述，将给用户造成一定的困难。例如，展开长度、滑块下行量、挡料位置等 需要计算，而这些参数与折弯工艺紧密结合。折制一个工件，用户准备这些数据要化费很多时间。 其次，折弯机的控制轴数随折弯工件的复杂程度及自动化程度而变，可以从２轴到８轴变化，据报 道国外已有２２轴的数控折弯机。但各轴之间并无严格的联动及速度要求，精度除滑块外要求也不 高。目前，国内只是针对某特定的折弯机开发数控系统，其开发周期长、费用高。因此，开发一种 通用的、模块化的、轴数可随意组合的折弯机数控系统是具有现实意义和经济意义的。经过反复论 证、实验、比较，采用了下述可行的方案。二、数控系统的配置及功能图１为折弯机数控系统构成 示意图。上位机（主机）采用四通Ｖ４０ＳＴＤ—ＰＣ工业控制机。该机采用ＳＴＤ标准总线结构 ，可运行ＭＳ—ＤＯＳ操作系统，是与ＩＢＭ—ＰＣ／ＸＴ兼容的工业计算机。工业控制机主要用 于人机对话、菜单管理、数据输入、图形显示、用户零件程序管理、自诊断、错误报警提示以及与 下位机（从机）的通讯，能够实现向下位机发布动作命令、接收下位机有关轴的位移值、协调下位 机各系统的动作。具有ＲＳ—２３２串行接口，可与其它计算机接口，进行离线编程、仿真。亦可 进一步与全厂计算机管理系统联网。以８０９８ＣＰＵ单片机为核心的下位机，组成了轴的控制系 统，一个下位机系统由三块标准ＳＴＤ板组成，即８０９８ＣＰＵ板、Ｉ／Ｏ信号输入／输出板、 Ｄ／Ａ输出板。该系统能够同时进行两个轴的信号检测及控制，两轴可单独动作，亦可实现联动。 该系统完成两个坐标轴的光栅或编码器脉冲信号的倍频、辩向、计数；原位、限位开关及故障信号 的输入；进行控制算法，经Ｄ／Ａ输出，控制比例阀（伺服阀）或电机（直流电机、交流电机、普 通电机），达到轴速度、位置控制的目的。同时接收上位机的启动、停止命令以及回送各轴实时位 移值。下位机的系统程序固化在８０９８ＣＰＵ板上２７６４ＥＰＲＯＭ中。对于不同的驱动对象 （阀及各种电机），其程序是不同的。上位机与下位机的通讯是影响系统可靠性及灵活性的关键。 通过认真实验比较，采用了并行通讯方式，在下位机８０９８ＣＰＵ板上，设计了口地址译码电路 ，通过８２５５与８０９８ＣＰＵ系统进行双向并行通讯。三、系统的软件设计软件由两部分组成 ，即上位机系统软件和下位机控制软件。１．上位机软件主要任务是面向用户，因此在软件设计上 应着重考虑折弯的工艺性，以尽量减少用户的编程及有关计算等辅助时间，同时应具有较强的容错 功能，以方便操作。该软件可供编程的轴数为９个：即滑块Ｙ１、Ｙ２；后挡料前后Ｘ１、Ｘ２， 高低Ｒ１、Ｒ２，左右Ｚ１、Ｚ２；工作台预凸Ｖ轴。整套程序用宏汇编语言编写。图２为程序功 能框图。采用模块化结构，脱离汉字操作系统，采用中文菜单显示。屏幕采用统一模式设计，屏幕 最底层为菜单区，其上为第二状态行，最上部为第一状态行。第一状态行显示用户正在做什么工作 。第二状态行提示用户当前怎样去做。若用户要输入数据，该行提示输入数据的范围，当操作有误 或数据超界，该行以红底白字的形式给出警告及对错误的处理办法。两个状态行之间大部分区域为 图形及参数显示区。该程序能够实现图形编辑、自动编程、手工编程、运行、启动定位、手动、磁 盘管理等功能。具体操作时先输入所加工零件的参数及几何图形，然后输入加工该零件的工艺序列 （每个工步的折弯点及挡料点），进行模拟折弯，计算机将显示或判断该零件每个工步的折弯情况 ，在用户确认能够可靠加工的情况下，自动生成折弯控制程序（滑块下行量、后挡料各轴位移值等 控制参数数据序列）。该程序在手工编程模式下还可进行修改。同时也提示了零件的展开长度。至 此零件的编程工作已完成，按此展开长度下料即可进行零件的加工。一般３～５个弯的工件，在２ ｍｉｎ内即可完成。在零件加工（运行）过程中，对折弯角度、挡料尺寸等还可进行校正。在开机 时，启动定位使机床各轴找到参考零点位置。手动为各轴的调试提供方便。磁盘管理为用户保存零 件及程序提供服务。本系统为用户配备两个３．５″软盘驱动器。２．下位机控制程序主要面向机 床各轴的检测及控制，其程序设计重点应着重考虑实时性及可靠性。因此，在程序设计上采用了数 字滤波、间隙补偿、安全保护等功能。该程序主要实现数据采集、控制算法运算、Ｄ／Ａ及Ｉ／Ｏ 控制输出等。用８０９８汇编语言编写。对于不同的控制对象，控制算法及Ｄ／Ａ输出有所变化。 图３为程序控制功能框图。四、ＭＮＣ８４００Ｗ数控系统的应用该数控系统应用在天水锻压机床 厂研制的ＷＥ６７Ｋ—１００／３２００板料折弯机上，该机滑块（Ｙ１、Ｙ２）采用电液比例阀 驱动，后挡料为六轴系统即Ｘ１、Ｘ２、Ｒ１、Ｒ２、Ｚ１、Ｚ２。后挡料各轴采用交流变频器驱 动普通电机的形式。为了降低成本，六个轴共用一个变频器，Ｘ、Ｒ、Ｚ三个方位轴分时动作，同 一方位的轴可实现联动。因变频器不需Ｄ／Ａ控制，因此后挡料各系统中去掉了Ｄ／Ａ输出模块。 图４为其原理框图。实践证明，上述驱动系统的设计是较切合实际的，因Ｒ、Ｚ方位轴在一般零件 加工情况下很少使用，因此，效率问题不是很突出，但成本可大大降低。经调试，滑块的定位精度 可达±０．０１ｍｍ，后挡料Ｘ、Ｒ轴为±０．１５ｍｍ，Ｚ轴为±１ｍｍ。后挡料各轴精度与机 械结构有很大关系，对于数控系统其分辨率都为０．００５ｍｍ。五、小结１．根据本系统的特点 ，上位机还可选择其他ＣＰＵ类型的控制机，驱动对象、控制轴数亦可随意组合。因此，本系统可 构成不同档次的数控系统。２．更换上位机的软件，本数控系统还可应用于其他的锻压机械上，如 冲剪机、剪板机等。３．专业化生产本数控系统，可进一步提高其性能及可靠性。板料折弯机通用 多微机数控系统@虎振生，陈万敏，卫建平$天水锻压机床厂数控系统，工业计算机，折弯机通过 对折弯机数控系统的特点及关键技术的分析和研究，提出了主从分布式多微机的控制模式。用这种 模块化的结构，可方便地组合成不同档次、不同类型、不同轴数的折弯机数控系统。介绍了新开发 的具有汉字ＣＡＤ／ＣＡＭ功能的折弯机控制系统的应用。对错误的处理办法。两个状态行之间大 部分区域为图形及参数显示区。该程序能够实现图形编辑、自动编程、手工编程、运行、启动定位 、手动、磁盘管理等功能。具体操作时先输入所加工零件的参数及几何图形，然后输入加工该零件 的工艺序列（每个工步的折弯点及挡料点），进行模拟折弯，计算机将显示或判断该零件每个工步 的折弯情况，在用户确认能够可靠加工的情况下，自动生成折弯控制程序（滑块下行量、后挡料各 轴位移值等控制参数数据序列）。该程序在手工编程模式下还可进行修改。同时也提示了零件的展 开长度。至此零件的编程工作已完成，按此展开长度下料即可进行零件的加工。一般３～５个弯的 工件，在２ｍｉｎ内即可完成。在零件加工（运行）过程中，对折弯角度、挡料尺寸等还可进行校 正。在开机时，启动定位使机床各轴找到参考零点位置。手动为各轴的调试提供方便。磁盘管理为 用户保存零件及程序提供服务。本系统为用户配备两个３．５″软盘驱动器。２．下位机控制程序 主要面向机床各轴的检测及控制，其程序设计重点应着重考虑实时性及可靠性。因此，在程序设计 上采用了数字滤波、间隙补偿、安全保护等功能。该程序主要实现数据采集、控制算法运算、Ｄ／ Ａ及Ｉ／Ｏ控制输出等。用８０９８汇编语言编写。对于不同的控制对象，控制算法及Ｄ／Ａ输出 有所变化。图３为程序控制功能框图。四、ＭＮＣ８４００Ｗ数控系统的应用该数控系统应用在天 水锻压机床厂研制的ＷＥ６７Ｋ—１００／３２００板料折弯机上，该机滑块（Ｙ１、Ｙ２）采用 电液比例阀驱动，后挡料为六轴系统即Ｘ１、Ｘ２、Ｒ１、Ｒ２、Ｚ１、Ｚ２。后挡料各轴采用交流变频器驱动普通电机的形式。为了降低成本，六个轴共用一个变频器，Ｘ、Ｒ、Ｚ三个方位轴分时动作，同一方位的轴可实现联动。因变频器不需Ｄ／Ａ控制，因此后挡料各系统中去掉了Ｄ／Ａ输出模块。图４为其原理框图。实践证明，上述驱动系统的设计是较切合实际的，因Ｒ、Ｚ方位轴
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