基于Sysmac自动化平台的超大型剪板机数字控制系统研究与设计

摘要

数控系统是现代化制造业的核心技术,是衡量一个国家制造业水平的重要标志之一。作为钣金材料加工企业的关键生产设备，数控剪板机目前所配置的国产数控系统可靠性不高，配置的国外剪板机专用数控系统价格高、功能添置更新困难。国内企业由于缺乏自主知识产权，剪板机数控系统市场长期受到国外企业垄断与控制。而且，对于超大型剪板机，国内外更是没有专门配套的数控系统。同时，剪切重要参数刀具间隙和剪切角均基于电位器模拟间接检测，线性拟合误差大，精度低，并采用简单比较判断有级控制，控制稳定性和准确性差。刀具位置检测与变形量补偿方法简单，手工操作劳动强度大，误差大，严重影响剪切生产效率和生产质量。如何采取有效措施，控制并提高超大型剪切件的成形精度，已成为当前亟需攻关的难题。
　　本文围绕项目合作生产企业正在研制的，可剪切板厚30mm、板宽15000mm的QC11Y-30×15000型数控液压闸式剪板机，通过对剪板机的数控系统及其剪切工艺流程进行深入研究，提出了超大型剪板机控制系统的工作流程。然后结合超大型数控剪板机控制系统主要技术指标，基于搭载了全球最先进技术的欧姆龙Sysmac自动化平台，对超大型剪板机数字控制系统进行研究和设计。重点研究了板料剪切边缘在线检测与剪切刀具位置变形量自动补偿技术、剪切刀具间隙伺服调控技术、后挡料双轴同步控制技术、软件开发及其工艺参数数据库的建设。
　　最终，通过运用Sysmac自动化平台的NJ控制器和G5伺服驱动系统，完成了超大型剪板机电气控制系统的设计，主要包括刀具位置自动补偿控制系统设计、刀具间隙自动调节控制系统设计及后挡料双轴同步控制系统设计；通过运用Sysmac自动化平台的FH视觉检测系统，完成了超大型剪板机板料剪切边缘视觉检测系统的设计；通过运用Sysmac自动化平台的NS触摸屏，完成了超大型剪板机人机界面的设计，并建立了多种板料在本剪板机中的剪切工艺数据库。同时，本文还结合所搭建的实验平台，对上述相关内容进行了实验验证与分析。

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第一章绪论

1.1课题来源、研究背景和意义

1.2国内外研究现状和发展趋势

1.3 Sysmac自动化平台概述

1.4课题研究主要内容及论文结构安排

第二章超大型剪板机工作原理及控制要求

2.1液压闸式剪板机简介

2.2超大型剪板机各控制执行机构

2.3超大型剪板机控制系统工作流程及要求

2.4本章小结

第三章超大型剪板机电气控制系统设计

3.1控制平台的选择

3.2控制系统总体结构

3.3控制系统程序设计

3.4 本章小结

第四章板料剪切边缘视觉检测系统设计

4.1欧姆龙视觉检测系统简介

4.2视觉检测系统总体方案设计

4.3硬件选择及安装

4.4视觉检测程序设计

4.5数据输出大小的设定

4.6本章小结

第五章人机界面设计

5.1NS触摸屏简介

5.2与NJ控制器的通信

5.3与NJ控制器的数据交互

5.4软件界面设计

5.5剪切工艺数据库的设计

5.6本章小结

第六章实验验证及分析

6.1实验准备

6.2伺服运动控制实验

6.3FH和NJ的EtherCAT通信实验

6.4数据块功能实验

6.5本章小结

第七章总结与展望

7.1全文总结

7.2研究展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文与科研情况