摘 要

矫直是提高零件直线度的一道重要工序，为了满足矫直机的高精度、多功能、高效率等加工需求，开发相应的控制系统具有重要的意义。本文对矫直机设备、总体矫直流程以及矫直控制系统进行设计，实现了数控矫直机的全自动矫直。文章结合矫直工艺对矫直机进行功能分析，并设计了矫直机的控制流程。本文根据矫直机控制系统的硬件构成进行了功能模块的设计，并结合下位机控制器开发上位机的控制软件，最终实现矫直机整体矫直流程的软件控制。本文的主要研究内容如下；

(1) 研究了矫直控制系统的总体设计。本文进行了矫直机结构和矫直原理的分析，并对控制系统进行了功能分析以及总体矫直流程的分析，然后确定了各轴电机的控制方式，即转矩控制和位置控制。

(2) 进行了矫直控制系统硬件的分析与设计。本文先确定控制系统的硬件构成，之后介绍了硬件平台的搭建，并设计了该控制系统的四大功能模块，功能模块的设计内容包括流程图以及对应的底层程序。

(3) 进行了矫直控制系统软件的分析与设计。主要是在Visual Studio平台上完成软件的开发。软件的设计内容主要包括；参数设置模块、手动矫直模块、自动矫直模块。

文章完成了矫直控制系统的开发，所开发的系统具有参数设置、手动矫直、自动矫直三大功能。理论上可达到预定的控制要求，实现对工件的全自动矫直。

关键字:数控矫直；自动矫直；手动矫直；Visual Studio；控制系统

Abstract

Straightening is an important process to improve the straightness of parts. In order to meet the processing requirements of high-precision, multi-function and high efficiency of the straightener, it is important to develop corresponding control systems. This paper designs the straightener equipment, the overall straightening process and the straightening control system, and realizes the automatic straightening of the CNC straightener. The article analyzes the function of the straightener in combination with the straightening process and designs the control flow of the straightener. In this paper, the functional module is designed according to the hardware configuration of the straightener control system, and the control software of the upper computer is developed in conjunction with the lower computer controller, and finally the software control of the overall straightening process of the straightener is realized. The main research contents of this article are as follows;

(1) The overall design of the straightening control system is studied. This paper analyzes the structure and principle of the straightener, the function of the control system and the overall straightening process, and then determines the control method of each axis motor, that is, torque control and position control.

(2) The hardware analysis and design of the straightening control system were carried out. This article first determines the hardware composition of the control system, then introduces the construction of the hardware platform, and designs the four major functional modules of the control system. The design content of the functional modules includes flow charts and corresponding bottom-level programs.

(3) The analysis and design of the straightening control system software were carried out. The software development is mainly done on the Visual Studio platform. The design content of the software mainly includes: parameter setting module, manual straightening module and automatic straightening module.

The article completed the development of the straightening control system. The developed system has three functions: parameter setting, manual straightening and automatic straightening. Theoretically, it can achieve the predetermined control requirements and realize the fully automatic straightening of the workpiece.

Key words: CNC straightening; automatic straightening; manual straightening; Visual Studio; control system

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究目的及意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.2.1 数控矫直机国内外研究现状 1

1.2.2 矫直理论的国内外研究现状 2

1.2.3 数控矫直机控制系统发展现状 2

1.3 研究方法、研究内容以及研究路线 3

第2章 数控矫直机控制系统总体设计 5

2.1 数控矫直机的矫直原理及结构分析 5

2.2 矫直控制系统的总体设计 6

2.2.1 矫直控制系统的功能分析 6

2.2.2 数控矫直机的总体流程设计 7

2.2.3 数控矫直机控制系统中的控制方式 10

2.3 本章小结 10

第3章 数控矫直机控制系统的硬件设计 11

3.1 数控矫直机控制系统的硬件构成及硬件选型 11

3.2 数控矫直机控制系统的硬件平台搭建 14

3.2.1 运动控制卡的连接 15

3.2.2 伺服驱动器的连接 16

3.2.3 反馈监测元件的连接 19

3.3 基于Galil卡指令的功能模块的分析设计 20

3.3.1 夹头夹紧松开模块的设计 20

3.3.2 压头矫直模块的设计 24

3.3.3 跨距调整模块的设计 27

3.3.4 工件旋转模块的设计 29

3.4 本章小结 31

第4章 数控矫直机控制系统的软件设计 32

4.1 控制系统软件的开发工具 32

4.2 控制系统软件的需求分析 32

4.3 控制系统的软件设计 33

4.3.1 参数设置模块的设计 34

4.3.2 手动矫直模块的设计 35

4.3.3 自动矫直模块的设计 36

4.4 本章小结 37

第5章 总结和展望 38

参考文献 39

附录 41

致谢 48

第1章 绪论

1.1 研究目的及意义

矫直是提高零件直线度的加工方法，作为一道重要工序被广泛应用于零件的生产加工和整形修复当中。零件在挤压、运输、轧制、冷却等生产加工过程中受外力、温度变化、应力变化等作用，常常发生弯曲和变形，必然造成零件的直线度变化^[1]。在生产过程中许多零件都有直线度要求，因此矫直是一道重要的工序。同时由于我国的制造业发展起步较晚，自动化程度不高，高端机床出现受制于人的情况。我国的矫直机床数控化程度低，且传统的手工矫直技术无法满足生产发展需求，因此有必要开发数控矫直机床，以适应当前矫直机床加工量大、精度要求高、工件种类多、多矫直方式需求等情况。目前数控矫直理论已经相当成熟，且有足够成熟的硬件支撑，如多种伺服电机，步进电机的广泛应用。数控矫直机床已广泛应用于工程机械、汽车、军工机械等领域，并在这些领域发挥着重要作用。

1.2 国内外研究现状

1.2.1 数控矫直机国内外研究现状

我国对于数控矫直机床的研究在近几年取得了很大进展，但与起步较早的发达国家仍有不少差距。早期因为我国科技水平落后、工人操作水平不高等因素，我国的矫直机自动化程度低，其制造加工精度也达不到发达国家机床的加工精度。九十年代后我国加快了矫直设备的研发，通过国家的重点扶持，一些国有企业和高校在数控矫直机的研究和开发方面取得了一定的进展，我国的数控矫直机产品有了很大突破。在1950年～2010年的60年间我国矫直机床的加工精度实现了极大的提升^[2]。

我国的科研机构在八十年代末开始深入研究零件的矫直加工理论以及矫直设备，如合肥工业大学机械与汽车工业学院所属的精密矫直技术研究所经过二十多年的研究，成功研制了100 KN、250 KN等系列矫直机床，该研究所也在2001年完成了型号为YH40-25的自动精密矫直液压机的研发工作^[3]。1994年长春试验机研究所与日本国际计测机株式会社合力研发了ASC型系列C型矫直机，同时长春试验机研究所吸收了国外的先进技术，自主开发出了ASCII型号的矫直机，该矫直机可通过屏幕显示进行加工过程的监测，并可控制整个矫直过程，有效降低了工件加工的直线度误差。该机型与国外矫直机产品相比，具有性价比高、售后服务优质等优势，受到了许多国内外用户的青睐。