專利名稱：數(shù)控折彎機(jī)控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明應(yīng)用于工業(yè)控制及自動化技術(shù)領(lǐng)域，具體為數(shù)控折彎機(jī)控制系統(tǒng)。
(二)
背景技術(shù)：
板料折彎成形因其模具的通用性好、工藝簡單、應(yīng)用范圍廣，在鈑金加工中得到了非常 廣泛的應(yīng)用，如在機(jī)床電器、家電行業(yè)、機(jī)械、建筑等制造行業(yè)中都使用了大量的板料折彎 件。數(shù)控機(jī)床是電子信息技術(shù)與傳統(tǒng)機(jī)床技術(shù)相融合的機(jī)電一體化產(chǎn)品，特別適合加工復(fù)雜 形狀的工件。金屬板料折彎是工件加工中最復(fù)雜的過程之一，在普通折彎機(jī)上，需要相當(dāng)長 的調(diào)整時(shí)間，才能生產(chǎn)出良好的工件，數(shù)控折彎機(jī)可以根據(jù)角度自動計(jì)算機(jī)械位置，降低操 作難度，大大縮短調(diào)整時(shí)間，提高工件質(zhì)量。
數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床有如下特點(diǎn)加工精度高，具有穩(wěn)定的加工質(zhì)量； 可進(jìn)行多坐標(biāo)的聯(lián)動，能加工形狀復(fù)雜的零件；加工零件改變時(shí)， 一般只需要更改數(shù)控程序 ，可節(jié)省生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間；機(jī)床本身的精度高、剛性大，可選擇有利的加工用量，生產(chǎn)率高； 機(jī)床自動化程度高，可以減輕勞動強(qiáng)度。
盡管近年來數(shù)控折彎行業(yè)有了很大的發(fā)展，但是仍然存在很多不足和缺陷，主要有以下 幾點(diǎn)位置計(jì)算不夠準(zhǔn)確，控制精確度不夠。目前國內(nèi)外有一些數(shù)控折彎機(jī)，具有角度編程 功能，由于實(shí)際上誤差很大，有些甚至誤差高達(dá)幾度，這樣只能對工件進(jìn)行粗加工。
(三)

發(fā)明內(nèi)容
針對上述問題，本發(fā)明提供了數(shù)控折彎機(jī)控制系統(tǒng)，其性能穩(wěn)定、人機(jī)交互良好、控制 精度高、易維護(hù)，加工的工件誤差小。
其技術(shù)方案是這樣的其包括折彎機(jī)械部件、伺服液壓上料系統(tǒng)、伺服電機(jī)，其特征在 于其還包括觸摸屏、PLC可編程邏輯控制器，觸摸屏采集用戶輸入的折彎相關(guān)參數(shù)信息， 計(jì)算出可以被PLC直接使用的有效數(shù)據(jù)，采集到的數(shù)據(jù)中與計(jì)算相關(guān)的參數(shù)包括目標(biāo)角度 、上模角度、下模開口、下模角度、后檔料位置、材料厚度、材料寬度，使用這些參數(shù)計(jì)算 轉(zhuǎn)換出壓力、進(jìn)深、校正后的后檔料位置，發(fā)送給PLC控制折彎機(jī)械部件運(yùn)作；根據(jù)采集的 數(shù)據(jù)信息，通過BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)擬合出關(guān)于的折彎半徑的關(guān)系曲線，利用折彎半徑這一中間變量 ，計(jì)算可以被PLC直接使用的有效數(shù)據(jù)。
其進(jìn)一步特征在于利用折彎半徑推導(dǎo)出進(jìn)深和后檔料位置，根據(jù)進(jìn)深公式和后檔料位置公式分別控制上?；瑝K行程和后檔料定位，從而精確控制折彎角度和折彎位置，分別在X
、Y方向控制折彎機(jī)械部件的后檔料位置和上模進(jìn)程；在X方向，用伺服電機(jī)驅(qū)動折彎機(jī)械部
件的后擋料定位，從而決定折彎位置；在Y方向，通過伺服液壓系統(tǒng)來控制折彎機(jī)械部件的 滑塊的行程，從而決定角度的大??；在運(yùn)作的過程中PLC還負(fù)責(zé)監(jiān)控機(jī)械的狀態(tài)，監(jiān)控限位 開關(guān)狀態(tài)，PLC與觸摸屏之間通過串口進(jìn)行交互，把越位報(bào)警、上?；瑝K位置、后檔料等信 息傳遞給觸摸屏，從而反饋給用戶；
其更進(jìn)一步特征在于
進(jìn)深和后檔料位置
進(jìn)深公式如下 H^V/2tg(A/2)
h=H-(R+t)/sin(A/2)+R (1)
金屬材料折彎后的彎曲部分是個(gè)圓弧，在彎曲過程中內(nèi)側(cè)受壓而縮短，外側(cè)受拉而伸長 ，在壓縮和拉伸兩部分的交界處有一層長度保持不變，稱為中性層，中性層的位置是隨著內(nèi) 徑R和厚度t的比例改變而移動的，
根據(jù)平面幾何原理可計(jì)算出彎曲處中性層的弧長12= (R+xt) ATI/ISO
在下料時(shí)，上模和材料的接觸位置應(yīng)該在圓弧的中點(diǎn)，
后檔料的位置公式
w= 11+12/2 =11+(R+xt) An/360
式中l(wèi)l、 t可以根據(jù)工件直接測量；ll是直邊長度，t是材料厚度。在圖3中有所標(biāo)注。 開口寬度、材料厚度和折彎半徑R間的關(guān)系通過BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)擬合出； BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，它的左、右各層之間的各個(gè)神經(jīng)元實(shí)現(xiàn)全連接，即左層的每一個(gè)神經(jīng)元 與右層的每個(gè)神經(jīng)元都有連接，而上下層各神經(jīng)元之間無連接，當(dāng)一對學(xué)習(xí)模式提供給網(wǎng)絡(luò) 后，其神經(jīng)元的激活值將從輸入層經(jīng)各中間層向輸出層傳播，在輸出層的各神經(jīng)元輸出對應(yīng) 于輸入模式的網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)，然后，按減少希望輸出與實(shí)際輸出誤差的原則，從輸出層經(jīng)中間層 、最后回到輸入層逐層修正各連接權(quán)；由于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)有處于中間位置的隱含層，對于任 何在閉區(qū)間內(nèi)的一個(gè)連續(xù)函數(shù)都可以用單隱含層的BP網(wǎng)絡(luò)逼近，即一個(gè)3層BP網(wǎng)絡(luò)就可以完 成任意的n維到m維的映射，因而本文采用單隱含層的3層BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立預(yù)測模型；
確定隱含層的節(jié)點(diǎn)，設(shè)輸入層節(jié)點(diǎn)數(shù)為k，則隱含層的節(jié)點(diǎn)數(shù)為2k+l。開口寬度、材料 厚度作為輸入，半徑作為輸出，k=2，則設(shè)定網(wǎng)絡(luò)隱含層的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)為5，使用來自加工彎曲 件的樣本加工記錄作為訓(xùn)練樣本，取5000組樣本用仿真軟件作MATLAB進(jìn)行訓(xùn)練，訓(xùn)練函數(shù)采用trainlm， 一種BP訓(xùn)練專用函數(shù)名稱，無法翻譯為中文名)，根據(jù)大量樣本數(shù)據(jù)訓(xùn)練出的 四個(gè)權(quán)重矩陣輸入層的權(quán)值矩陣WI2H，閥值矩陣BIAS1，隱含層的權(quán)值矩陣WH20，閥值矩 陣BIAS2;
根據(jù)擬合出的半徑曲線求得半徑R后，把R帶入上文推導(dǎo)出的進(jìn)深公式和后檔料公式即可 計(jì)算出進(jìn)深和后檔料尺寸。
本發(fā)明的上述系統(tǒng)，由于采用了BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)擬合出的關(guān)系曲線來對參數(shù)處理，這樣對于 不同的工件，只要把相應(yīng)的要求參數(shù)輸入，即可推導(dǎo)出加工參數(shù)，整個(gè)加工過程方便快捷， 精確度高，從而避免了現(xiàn)有技術(shù)中，由于位置計(jì)算不夠，精確度不夠?qū)е轮荒軐ぜM(jìn)行粗 加工的缺點(diǎn)。
(四)


圖l是折彎機(jī)控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖2是進(jìn)深計(jì)算原理，圖中A-編程角度，V下模開口角度，R—折彎后的內(nèi)圓弧半徑，h-進(jìn)深；
圖3是后檔料計(jì)算原理； 圖4是人機(jī)界面模塊關(guān)系圖； 圖5是自定義控件類的繼承關(guān)系。
(五)
具體實(shí)施例方式
見圖l、圖2、圖3、圖4、圖5，本發(fā)明包括折彎機(jī)械部件、伺服液壓上料系統(tǒng)、伺服電 機(jī)，其還包括觸摸屏、PLC可編程邏輯控制器，觸摸屏采集用戶輸入的折彎相關(guān)參數(shù)信息， 計(jì)算出可以被PLC直接使用的有效數(shù)據(jù)，采集到的數(shù)據(jù)中與計(jì)算相關(guān)的參數(shù)包括目標(biāo)角度 、上模角度、下模開口、下模角度、后檔料位置、材料厚度、材料寬度，使用這些參數(shù)計(jì)算 轉(zhuǎn)換出壓力、進(jìn)深、校正后的后檔料位置，發(fā)送給PLC控制折彎機(jī)械部件運(yùn)作；根據(jù)采集的 數(shù)據(jù)信息，通過BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)擬合出關(guān)于折彎半徑的關(guān)系曲線，利用折彎半徑這一中間變量， 計(jì)算可以被PLC直接使用的有效數(shù)據(jù)，利用折彎半徑推導(dǎo)出進(jìn)深和后檔料位置，根據(jù)進(jìn)深公 式和后檔料位置公式分別控制上?；瑝K行程和后檔料定位，從而精確控制折彎角度和折彎位 置，分別在X、 Y方向控制折彎機(jī)械部件的后檔料位置和上模進(jìn)程；在X方向，用伺服電機(jī)驅(qū) 動折彎機(jī)械部件的后擋料定位，從而決定折彎位置；在Y方向，通過伺服液壓系統(tǒng)來控制折 彎機(jī)械部件的滑塊的行程，從而決定角度的大??；在運(yùn)作的過程中PLC還負(fù)責(zé)監(jiān)控機(jī)械的狀 態(tài)，監(jiān)控限位開關(guān)狀態(tài)，PLC與觸摸屏之間通過串口進(jìn)行交互，把越位報(bào)警、上?；瑝K位置 、后檔料等信息傳遞給觸摸屏，從而反饋給用戶；進(jìn)深和后檔料位置進(jìn)深公式如下H^V/2tg(A/2)
h=H-(R+t)/sin(A/2)+R (1)
金屬材料折彎后的彎曲部分是個(gè)圓弧，在彎曲過程中內(nèi)側(cè)受壓而縮短，外側(cè)受拉而伸長，在壓縮和拉伸兩部分的交界處有一層長度保持不變，稱為中性層，中性層的位置是隨著內(nèi)徑R和厚度t的比例改變而移動的，
根據(jù)平面幾何原理可計(jì)算出彎曲處中性層的弧長12= (R+xt) ATI/ISO
在下料時(shí)，上模和材料的接觸位置應(yīng)該在圓弧的中點(diǎn)，
后檔料的位置公式
w= 11+12/2 =11+(R+xt) An/360
式中l(wèi)l、 t可以根據(jù)工件直接測量；ll是直邊長度，t是材料厚度。在圖3中有所標(biāo)注。開口寬度、材料厚度和折彎半徑R間的關(guān)系通過BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)擬合出。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，它的左、右各層之間的各個(gè)神經(jīng)元實(shí)現(xiàn)全連接，即左層的每一個(gè)神經(jīng)元與右層的每個(gè)神經(jīng)元都有連接，而上下層各神經(jīng)元之間無連接，當(dāng)一對學(xué)習(xí)模式提供給網(wǎng)絡(luò)后，其神經(jīng)元的激活值將從輸入層經(jīng)各中間層向輸出層傳播，在輸出層的各神經(jīng)元輸出對應(yīng)于輸入模式的網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)，然后，按減少希望輸出與實(shí)際輸出誤差的原則，從輸出層經(jīng)中間層、最后回到輸入層逐層修正各連接權(quán)；由于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)有處于中間位置的隱含層，對于任何在閉區(qū)間內(nèi)的一個(gè)連續(xù)函數(shù)都可以用單隱含層的BP網(wǎng)絡(luò)逼近，即一個(gè)3層BP網(wǎng)絡(luò)就可以完成任意的n維到m維的映射，因而本文采用單隱含層的3層BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立預(yù)測模型；確定隱含層的節(jié)點(diǎn)，設(shè)輸入層節(jié)點(diǎn)數(shù)為k，則隱含層的節(jié)點(diǎn)數(shù)為2k+l。開口寬度、材料厚度作為輸入，半徑作為輸出，k=2，則設(shè)定網(wǎng)絡(luò)隱含層的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)為5，使用來自加工彎曲件的樣本加工記錄作為訓(xùn)練樣本，取5000組樣本仿真軟件MATLAB進(jìn)行訓(xùn)練，訓(xùn)練函數(shù)采用trainlm， 一種BP訓(xùn)練專用函數(shù)，根據(jù)大量樣本數(shù)據(jù)訓(xùn)練出的四個(gè)權(quán)重矩陣輸入層的權(quán)值矩陣WI2H，閥值矩陣BIAS1，隱含層的權(quán)值矩陣WH20，閥值矩陣BIAS2;
根據(jù)擬合出的半徑曲線求得半徑R后，把R帶入上文推導(dǎo)出的進(jìn)深公式和后檔料公式即可計(jì)算出進(jìn)深和后檔料尺寸。
權(quán)利要求
1、數(shù)控折彎機(jī)控制系統(tǒng)，其包括折彎機(jī)械部件、伺服液壓上料系統(tǒng)、伺服電機(jī)，其特征在于其還包括觸摸屏、PLC可編程邏輯控制器，觸摸屏采集用戶輸入的折彎相關(guān)參數(shù)信息，計(jì)算出可以被PLC直接使用的有效數(shù)據(jù)，采集到的數(shù)據(jù)中與計(jì)算相關(guān)的參數(shù)包括目標(biāo)角度、上模角度、下模開口、下模角度、后檔料位置、材料厚度、材料寬度，使用這些參數(shù)計(jì)算轉(zhuǎn)換出壓力、進(jìn)深、校正后的后檔料位置，發(fā)送給PLC控制折彎機(jī)械部件運(yùn)作；根據(jù)采集的數(shù)據(jù)信息，通過BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)擬合出關(guān)于的折彎半徑的關(guān)系曲線，利用折彎半徑這一中間變量，計(jì)算可以被PLC直接使用的有效數(shù)據(jù)。
2、根據(jù)權(quán)利要求l所述數(shù)控折彎機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于利用 折彎半徑推導(dǎo)出進(jìn)深和后檔料位置，根據(jù)進(jìn)深公式和后檔料位置公式分別控制上?；瑝K行程 和后檔料定位，從而精確控制折彎角度和折彎位置，分別在X、 Y方向控制折彎機(jī)械部件的后 檔料位置和上模進(jìn)程；在X方向，用伺服電機(jī)驅(qū)動折彎機(jī)械部件的后擋料定位，從而決定折 彎位置；在Y方向，通過伺服液壓系統(tǒng)來控制折彎機(jī)械部件的滑塊的行程，從而決定角度的 大??；在運(yùn)作的過程中PLC還負(fù)責(zé)監(jiān)控機(jī)械的狀態(tài)，監(jiān)控限位開關(guān)狀態(tài)，PLC與觸摸屏之間通 過串口進(jìn)行交互，把越位報(bào)警、上?；瑝K位置、后檔料等信息傳遞給觸摸屏，從而反饋給用 戶。
3、根據(jù)權(quán)利要求2所述數(shù)控折彎機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于 所述進(jìn)深和后檔料位置 進(jìn)深公式如下H^V/2tg(A/2)h=H-(R+t)/sin(A/2)+R (1)金屬材料折彎后的彎曲部分是個(gè)圓弧，在彎曲過程中內(nèi)側(cè)受壓而縮短，外側(cè)受拉而伸 長，在壓縮和拉伸兩部分的交界處有一層長度保持不變，稱為中性層，中性層的位置是隨著 內(nèi)徑R和厚度t的比例改變而移動的，根據(jù)平面幾何原理可計(jì)算出彎曲處中性層的弧長12= (R+xt) ATI/ISO在下料時(shí)，上模和材料的接觸位置應(yīng)該在圓弧的中點(diǎn)，后檔料的位置公式<formula>formula see original document page 3</formula>式中l(wèi)l、 t可以根據(jù)工件直接測量；ll是直邊長度，t是材料厚度； 開口寬度、材料厚度和折彎半徑R間的關(guān)系通過BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)擬合出； BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，它的左、右各層之間的各個(gè)神經(jīng)元實(shí)現(xiàn)全連接，即左層的每一個(gè)神經(jīng)元 與右層的每個(gè)神經(jīng)元都有連接，而上下層各神經(jīng)元之間無連接，當(dāng)一對學(xué)習(xí)模式提供給網(wǎng)絡(luò) 后，其神經(jīng)元的激活值將從輸入層經(jīng)各中間層向輸出層傳播，在輸出層的各神經(jīng)元輸出對應(yīng) 于輸入模式的網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)，然后，按減少希望輸出與實(shí)際輸出誤差的原則，從輸出層經(jīng)中間層 、最后回到輸入層逐層修正各連接權(quán)；由于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)有處于中間位置的隱含層，對于任 何在閉區(qū)間內(nèi)的一個(gè)連續(xù)函數(shù)都可以用單隱含層的BP網(wǎng)絡(luò)逼近，即一個(gè)3層BP網(wǎng)絡(luò)就可以完 成任意的n維到m維的映射，因而本文采用單隱含層的3層BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立預(yù)測模型；確定隱 含層的節(jié)點(diǎn)，設(shè)輸入層節(jié)點(diǎn)數(shù)為k，則隱含層的節(jié)點(diǎn)數(shù)為2k+l。開口寬度、材料厚度作為輸 入，半徑作為輸出，k=2，則設(shè)定網(wǎng)絡(luò)隱含層的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)為5，使用來自加工彎曲件的樣本加 工記錄作為訓(xùn)練樣本，取5000組樣本用仿真軟件作MATLAB進(jìn)行訓(xùn)練，訓(xùn)練函數(shù)采用trainlm ， 一種BP訓(xùn)練專用函數(shù)名稱，無法翻譯為中文名)，根據(jù)大量樣本數(shù)據(jù)訓(xùn)練出的四個(gè)權(quán)重矩 陣輸入層的權(quán)值矩陣WI2H，閥值矩陣BIAS1，隱含層的權(quán)值矩陣WH20，閥值矩陣BIAS2;根據(jù)擬合出的半徑曲線求得半徑R后，把R帶入上文推導(dǎo)出的進(jìn)深公式和后檔料公式即 可計(jì)算出進(jìn)深和后檔料尺寸。
全文摘要
本發(fā)明提供了數(shù)控折彎機(jī)控制系統(tǒng)，其性能穩(wěn)定、人機(jī)交互良好、控制精度高、易維護(hù)，加工的工件誤差小。其包括折彎機(jī)械部件、伺服液壓上料系統(tǒng)、伺服電機(jī)，其特征在于其還包括觸摸屏、PLC可編程邏輯控制器，觸摸屏采集用戶輸入的折彎相關(guān)參數(shù)信息，計(jì)算出可以被PLC直接使用的有效數(shù)據(jù)，采集到的數(shù)據(jù)中與計(jì)算相關(guān)的參數(shù)包括目標(biāo)角度、上模角度、下模開口、下模角度、后檔料位置、材料厚度、材料寬度，使用這些參數(shù)計(jì)算轉(zhuǎn)換出壓力、進(jìn)深、校正后的后檔料位置，發(fā)送給PLC控制折彎機(jī)械部件運(yùn)作；根據(jù)采集的數(shù)據(jù)信息，通過BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)擬合出關(guān)于的折彎半徑的關(guān)系曲線，利用折彎半徑這一中間變量，計(jì)算可以被PLC直接使用的有效數(shù)據(jù)。
文檔編號G05B19/05GK101655703SQ20091030521
公開日2010年2月24日 申請日期2009年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月5日
發(fā)明者鄒駿宇 申請人:無錫信捷電氣有限公司