数控系统伺服电机控制论文

摘要：现代化的大型机械设备在制造中必须用到的设备就是数控切割机，它在机械制造业中占有重要地位。数控系统随着控制技术的发展也越来越完善，切割机不再是人工操作，更多的是依靠微控制器（MCU）的控制，从最早的单板机到现在的PLC以及DSP，更先进的ARM控制体系。简单介绍一下数控技术以及切割机的特点和组成，并举例说明它的简单实用。下面是小编整理的《数控系统伺服电机控制论文(精选3篇)》仅供参考，希望能够帮助到大家。

数控系统伺服电机控制论文 篇1：

关于PLC控制折弯机双缸同步运行的设计

摘要：文章通过对折弯机双缸同步运行设计的改造，笔者认为除了要考虑到能实现其工况要求外，还要从其他各个方面进行综合研究。要在力求结构简单，操作方便，安装、维修保养容易、制作简单，外表美观的同时，还要考虑其能量利用率、生产成本和生产效率。

关键词：电动折弯机 数控系统 同步控制

折弯机分为手动折弯机，液压折弯机和数控折弯机。手动折弯机又分为机械手动折弯机和电动手动折弯机，液压折弯机按同步方式又可分为：扭轴同步、机液同步，和电液同步。液压折弯机按运动方式又可分为：上动式、下动式。折弯机包括支架、工作台和夹紧板，工作台置于支架上，工作台由底座和压板构成，底座通过皮带与夹紧板相连，底座由座壳、线圈和盖板组成，线圈置于座壳的凹陷内，凹陷顶部覆有盖板。使用时由导线对线圈通电，通电后对压板产生引力，从而实现对压板和底座之间薄板的夹持。由于采用了电磁力夹持，使得压板可以做成多种工件要求，而且可对有侧壁的工件进行加工，操作上也十分简便。

1 电动折弯机数控系统设计

本系统的硬件主要由PC机、运动控制接口板卡、伺服驱动装置、伺服电机和反馈装置五部分组成。PC机实现整个系统的管理功能，选用RTLinux作为系统软件操作平台，通过数控软件EMC2实现系统的人机操作界面和任务分配，实时显示各轴的位置数据和各种状态信息，并通过该界面向运动控制板卡发送控制指令，从而驱动伺服系统实现对板料的折弯控制。运动控制接口板卡的主控芯片采用FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)，板卡通过PCI总线与PC机进行相连，一方面接收PC机发下来的命令，另一方面实时反馈给PC机各轴的位置数据和系统状态信息。对光栅尺反馈回来的轴位置信息与给定位置信息进行比较，实现系统位置的闭环控制，进而通过伺服接口去不断调整各轴的位移，从而保证折弯控制精度的实现。伺服驱动装置和伺服电机实现对X轴后档料板、Y轴滑块的驱动，伺服电机自带编码器实现电机速度的闭环控制；光栅尺作为反馈装置，把y轴滑块的位置数据实时反馈同运动控制接口板卡进行处理，构成滑块位置系统的闭环控制。

2 折弯机工作原理简介

折弯机主要实现两个方向的自由运动，分别为后档料的水平运动(即本文中由伺服电机控制的X轴运动)和滑块垂直方向的运动(即本文中由伺服电机控制的Y轴运动)。其使用一定的通用模具，通过控制X轴和Y轴的位置，即可折成各种不同形状的零件。具体实现过程为：后挡料板首先移至一确定位置限制折弯工件的折弯边长和折弯位置，滑块根据所需折弯角度下降至下模内一定深度进行折弯，然后回程，重复以上过程直至折弯工件加工完毕。

数控折弯机的优势在很大程度上决定于它的控制精度，主要体现在滑块两端的同步性问题上。基于伺服电机直接驱动的电动折弯机滑块两端同步性控制上，一般采用主从结构和并行结构两种方式。由于并行结构方式不容易产生累积定位误差，也不易发生谐振现象，可使系统具有较强的抗干扰能力。由于本系统设计为大功率折弯系统，滑块梁较长，为了有效的防止滑块梁在向下折弯用力时发生弓形弯曲以及提高滑块的平行度，使得折弯控制精度更好，采用了3个支撑柱及3台伺服电机共同驱动滑块进行折弯，分别安置在滑块的左端(Y1轴)、中端(Y2轴)和右端(Y3轴)，其中，Y1和Y2轴互为主从、Y2和Y3轴也互为主从。三台伺服电机在同时获得相同的位置指令后相互协调同步运动，以免滑块倾斜造成折弯精度下降甚至机械损伤。这也是数控折弯机区别于一般数控机床的不同点和难点。为保证三轴在任何时刻位置误差都控制在规定的范围内，从而实现滑块的同步移动。

3 电动折弯机的作用分析

折彎机在钣金制造加工中起着十分重要的作用。折弯机是用于制造尺寸大、外形准确度要求较高，相对弯曲半径大的变曲率型材，已发展成为板料折弯成型行业的重要技术载体。因此，对折弯机控制系统的研究也在不断发展中。目前在国内液压型折弯机数控系统占据着绝对的优势，但其和所有的液压系统一样，具有易污染环境、液压缸响应慢、生产效率低、结构较为复杂、维修成本较高等缺点，且自上世纪八十年代以来再无重大技术改进。基于伺服电机直接驱动的折弯机数控技术则是一门新兴的技术。还有一种基于PC机的开放式折弯机数控系统，设计了基于CPLD的位置控制卡来实现数字-脉冲伺服接口和其他I／O接口功能，但对材料的折弯实现是由液压系统来完成。本文提出一种基于PC机的开放式电动折弯机数控系统，它采用伺服电机直接驱动滑块，在滑块两端的同步控制上采用并行结构方式，同时，它采用基于PC机、运动控制接口板卡、伺服系统的硬件结构和实时Linux操作系统、专业数控软件EMC2的软件结构。实验证明，该系统具有成本低、可靠性高等优点；在对材料的折弯上，X轴和Y轴的定位精度都能很好地满足工业实际要求。

4 结束语

电动折弯机是折弯机发展的趋势，而开放式数控系统是数控系统发展的主流方向，把二者结合起来，不仅可以克服传统液压折弯机的固有缺点，而且可以很好地降低系统成本，使系统具有较高的性价比。本文设计的开放式大功率电动折弯机数控系统，采用PC机、运动控制接口板卡和伺服系统的结构，在Y轴上采用并行结构的方式，利用==台伺服电机去共同驱动滑块的运动，使系统更平稳、控制精度更高，同时也具有开放性、软硬件丰富、可移植性好、人机交互方便等优点。实验验证，系统在X轴和Y轴上的定位精度达到都很好地满足了工业实际要求。另一方面，系统GUI有待进一步改善，使GUI更加简洁美观；采用性价比更高的设备、提高系统对反馈数据的运算处理能力，则能进一步降低系统成本和提高折弯控制精度，这有望在下一阶段的研究中实现。

参考文献

[1] 肖跃加，马黎，陈宝萍等.板料折弯机自动控制技术的发展及实现[J].锻压机械，2006(1)：14-15

[2] 王倩，张爱民，戚红利等.开放式折弯机数控系统设计[J].锻压技术，2007，32(4)：73-75

[3] 夏强志，陈柏金.电动折弯机控制系统关键技术研究[J].华中科技大学学报，2004，32(6)：63-65

作者：王雷 付柄智

数控系统伺服电机控制论文 篇2：

数控切割机特点及其在机械制造系统运用分析

摘要：现代化的大型机械设备在制造中必须用到的设备就是数控切割机，它在机械制造业中占有重要地位。数控系统随着控制技术的发展也越来越完善，切割机不再是人工操作，更多的是依靠微控制器（MCU）的控制，从最早的单板机到现在的PLC以及DSP，更先进的ARM控制体系。简单介绍一下数控技术以及切割机的特点和组成，并举例说明它的简单实用。

关键词：数控系统；特点；机械制造系统；软硬件组成

0 引言

改革开放以来我国经济迅速发展，近几年我国成为公认的“世界工厂”，这些得益于我国制造业的快速发展，我们的机械制造在国际市场已经占据重要地位。数控切割机是机械制造业的基础设备，可以说数控技术的水平一定程度上决定着机械制造业的发达水平。这些年数控系统不断更新完善，但不得不承认现在市场出现了工大需求的现象，买家对产品的质量和价格也越来越苛刻，所以我们在购买时，技术人员必须了解数控机床的特点以及各组成部分，这对设备的维护有现实意义。

1 数控系统的简介和组成

1.1 数控技术的简介

数控技术就是数字程序控制技术，利用现代化的数字计算技术实现对工业设备的控制。数控机床就是数控技术的具体载体，它把对设备的控制信息用机器码形式输入微机控制中心，再由控制中心解读机器码，进而依靠传输机构传递给设备，实现设备的动作。数控切割机也就是终端控制设备是切割机，利用切割机切割各种零件。数控技术解决了人工不能控制复杂的零件加工，提高了设备的精确度，尤其是精密仪器的制造。同时，数控技术实现了成批量生产，改善工人的工作环境，提高了安全系数。

数控技术在机械制造业的应用是人类二十世纪最重大的技术进步。数控技术也是人类进入现代化制造业的标志，这些最终得益于计算机以及控制技术的进步。不得不承认数控技术起源于美国等西方国家，大多数的技术也都源于西方，现在数控机床的生产厂家大多也是西方，国内的技术和设备虽有很大进步但产品还不是主流产品。数控技术在现在的发展主要分为两个部分，一个是在控制技术上，也就是微控制器部分，从最早的单板机，现在更多使用PLC更适合工业生产，当然DSP和ARM的使用使控制技术更加的先进，在实时性和精确度上都大有改进。另一方面就被控制设备，现在激光技术已经可以使用，这使得切割技术和切割能力大为改进。

1.2 数控技术的组成

1）硬件系统。数控系统的硬件部分是工作的基础部分，它首先基于工业PC机，在PC机的控制主板上留有许多扩展槽，可以插入选用的控制模块，插入模块即可组成控制中心。在这里我们以PMAC为例说明，工控机的主板上的CPU和PMAC组成双微控制器系统。这两个CPU各有自己的工作，PMAC主要是完成对机床的控制，包括机械轴的运动、面板控制和信息的采集以及模数转化。控制机部分则要完成对整个系统的管理，包括各个部分的协调以及控制部分的输入。对于PMAC部分还必须有相应的输入输出接口，以及伺服驱动单元，伺服电机、编码器等，对于工控机还要有足够的存储空间，另外控制部分对电源的要求很高，电力部分以及备用电源也是必不可少的。

2）软件组成，现在的数控系统大多数都是前后台的结构，对于软件部分也相应的分为前台和后台程序。前台部分多为PMAC的实时控制软件程序，包括补模块、伺服驱动模块、PLC监控模块、加工程序解释模块、数据采集及数字化加工模块等，当然这部分很灵活，根据实际的需要可以添加其他的部分。后台程序主要是为了管理服务，主要实现控制程序的初始化，参数输入以及系统管理、CPU间的通讯等等。

对于数控系统的组成这里只是大体的简单介绍，主要是因为它的组成受实际情况的限制，有些系统实际上非常简单，而一些大型的控制系统都有自己特殊部分。

2 数控切割机的特点

数控切割机之所以能够取代普通的切割机床得益于它在软硬件的优势，下面我们介绍一下数控切割机几点优势。

2.1 可编程，软操作

数控机床利用现在的微机控制技术，可意根据加工对象的改变实时的改变程序，或者加工目的的不同改变程序。硬件本身并不需要进行大的改动，普通的机床可能在改变对象时需要对硬件的某些部分进行改变，甚至进行大的改动。

2.2 高精确度，误差小

普通的机床工作依靠人工的经验和目测，但是一些零件的误差可能是0.01mm，人是很难目测的，即便是千分尺的话可能还有0.0001的误差。另外普通机床本身的机械部件精确度也不高，加工的零部件就更难要求精确度。数控机床的精确地是由微控制器控制的，以及该灵敏度的传感器检测，极大地提高了精确度，减小了误差。

2.3 高效率，成批量

数控机床的功率一般都比较大，刚性也好，传动机构都是无级变速，极大缩短的单个零件的加工时间。微控制器的工步都是毫秒级，指令的实现时间极短，现在的微控制器的频率越来越高，速度也将更快。在程序和功率的支持下，数控机床更容易实现大批量的生产，这也是现代工业的要求。

3 数控切割机在产品中的具体应用

火焰等离子数控切割机是目前比较常用的一类切割机，由于他们本身具备手工和自动化工作两种工作方式，在实际的生产中有极大的优势，既可用于小型的生产加工，也可以是大型设备的加工。下面我们给出一个具体的例子，首先是制图，利用CAD对对象制图，然后对CAD制图进行技术处理，对制图的处理一定仔细这是加工前的第一步，而且对数据的处理也要科学合理，对数据的精确度要有足够的重视。把dwg的文件转换成dxf的文件，为进一步的处理做好准备。其次，设计工步，进行编程，生成机器码，对控制器进行烧写程序，当然通常这些都有机器完成。对数控系统初始化，试运行，以及对管理系统的输入输出检查。最后，进行数值计算。由于是自动编程，即图形交互式编程，大部分的节点、基点坐标数值都由计算机算出，只需在问答式的对话框中设好穿孔点位置、引入引出线（长度和角度）即可，根据图形界面提示，在输出代码前进行相应割嘴补偿。最后，拷盘，复查，试制。在实际的产品中一些步骤也可以删减，因为一些重复的工作可能降低效率，尤其是相似产品的大批量生产。

再简单介绍一下实际控制方案，还是举一个实际的例子，机床本体不更换，继续使用；纵向驱动由单边改为双边，加装电机、减速箱、齿轮齿条；同时原单边驱动的电机、减速箱也要更换；横向传动系统增加钢带箱和从动溜板；同时更换电机、减速箱；升降机构拆掉原来的丝杠换为新的精密丝杠；对导轨面重新修刮去掉锈斑；大车架再进行焊接加固。

4 结束语

数控系统的应用标志着新时代的机械加工技术的应用，极大促进了工业的发展。在新时代下，继续改革和创新数控技术对我国机械制造业由中国生产到中国创造有现实意义。数控切割机是我们最常用的数控机械，是机械制造业的基础设备之一。本文做着简单介绍了数控技术的发展以及软硬件的组成，简单介绍了一些应用，对数控技术的变成部分本文并没有重点介绍，主要基于现在各种跨平台的编程操作过于混乱。

参考文献：

[1]董广强，双贮丝筒可调电极丝恒张力控制装置的研究[J].农机化研究，2005（5）：83-8.

[2]刘学鹏、王斌，基于PMAC的开放式高精度运动控制台的研究[J].中国机械工程，2007，18（10）：1186-1188.

[3]徐惠钢、薄煜明，一个分布式实时控制系统的通信设计[J].计算机工程与应用，2003，39（26）：140-142.

作者：卢婷婷

数控系统伺服电机控制论文 篇3：

西门子802Dsl数控系统在数控定径机上的应用

[摘 要] 我厂生产的数控定径辊机床主要用于热轧无缝钢管生产线定径机架、张减机架三轧辊的修整和加工。以往钢厂使用的都是进口的手动机床或是低端的数控机床，这类机床的加工效率低，加工精度差，大大影响了钢管的质量和数量，同时也影响了在市场的竞争力。由我厂生产的数控定径辊机床采用了先进的西门子802Dsl数控系统，配置西门子伺服电机1FK7和西门子伺服驱动单元S120，机床精度高，可靠性好，最主要的是提高了加工精度和效率。

[关键词] 西门子802Dsl数控系统 数控定径机

1．机床概述

机床由底座、床身、主传动装置、进给装置、机架定位夹紧裝置、电气控制系统、液压系统等部件（系统）组成。机床共有三个轴，直线轴Z轴，旋转轴C轴，主轴S轴，其中S轴由西门子交流变频器6SE70控制交流变频电机，由数控系统提供±10V给交流变频器，实现无级调速，由电机经过减速机带动三个轧辊旋转来实现所需要的各种加工速度。Z轴和C轴为进给轴，Z轴移动到所需位置，由C轴带动三把刀具旋转120°或360°进行工件的切削。

加工工件示意图如下：

2．系统硬件构成

系统的硬件配置如图所示。整个系统由SINUMERIK802DSL数控系统的面板控制单元（PCU）、显示器与键盘、PLC输入/输出模块，还有SimoDriveS120交流伺服驱动系统、伺服电机等部分组成，PCU—PLC由PROFIBUS总线连接。PCU—S120由DRIVECLIQ总线连接。伺服电机上装有编码器，和数控系统一起组成位置半闭环控制。数控系统具有自动、手动、MDA三种基本工作方式，具有后台编辑、多种指令系统、多种插补、多种显示、多种补偿、多种循环等功能。

3．系统软件设计

系统软件设计包括PLC程序设计、机床参数设置和NC程序设计等。

3．1．PLC程序设计

PLC程序设计采用模块化编程，将初始化程序、急停程序、PLC使能信号处理、轴控制、辅助功能、报警信息等系统及机床功能编制成不同的模块。程序结构合理，层次清晰，方便阅读查找。

机床的PLC程序如下：

3．2．机床参数设置

为了保证机床能够正常运行，必须要进行机床参数的设置。

3．2．1通用参数

N 10000 $MN_AXCONF_MACHAX_NAME_TAB[1]="Z1"

N 10000 $MN_AXCONF_MACHAX_NAME_TAB[2]="SP"

N 10000 $MN_AXCONF_MACHAX_NAME_TAB[3]="C1"

3．2．2通道参数

N 20050 $MC_AXCONF_GEOAX_ASSIGN_TAB[0]=1

N 20050 $MC_AXCONF_GEOAX_ASSIGN_TAB[1]=0

N 20050 $MC_AXCONF_GEOAX_ASSIGN_TAB[2]=2

N 20080 $MC_AXCONF_CHANAX_NAME_TAB[1]="Z"

N 20080 $MC_AXCONF_CHANAX_NAME_TAB[2]="SP"

N 20080 $MC_AXCONF_CHANAX_NAME_TAB[3]="C"

3．2．3轴参数

N30110 $MA_CTRLOUT_MODULE_NR[0,AX2]=1

N30130 $MA_CTRLOUT_TYPE[0,AX2]=1

N30220 $MA_ENC_MODULE_NR[0,AX2]=1

N30240 $MA_ENC_TYPE[0,AX2]=1

N30100 $MA_CTRLOUT_SEGMENT_NR[0,AX3]=0

N30110 $MA_CTRLOUT_MODULE_NR[0,AX3]=3

N30130 $MA_CTRLOUT_TYPE[0,AX3]=1

N30200 $MA_NUM_ENCS[AX3]=0

N30220 $MA_ENC_MODULE_NR[0,AX3]=1

N30240 $MA_ENC_TYPE[0,AX3]=1

N30110 $MA_CTRLOUT_MODULE_NR[0,AX4]=2

N30130 $MA_CTRLOUT_TYPE[0,AX4]=1

N30220 $MA_ENC_MODULE_NR[0,AX4]=2

N30240 $MA_ENC_TYPE[0,AX4]=1

3．3 NC程序的编制

将机床的硬件连接完成，机床的各项动作调试完成，接下来就是要根据工件的结构编写加工程序。

本机床的加工程序如下：

N10 R15=(R14-R7)/R8

N20 MA1:R14=R14-R8

N30 IF R14<0 GOTOF MA3

N40 S =R19 M03

N50G94 G90 G00 C0

N60 Z=(R14+30)

N70 G01 Z=R14 F30

N80 C=-R13

N90 C120

N100 G90 G00 Z=(R14+30)

N110 R9=(R4-SQRT(4*R14*R14+POT(R4-R6))

N120 R15=R15-1

N130 STOPRE

N140 IF R15>1 GOTOF MA2

N150 MSG (“请测量”)

N160 M00

N170 S=R19 M03

N180 STOPRE

N190 G90 G00 C0

N200 R17=(SQRT(POT(R4-R16)-POT(R4-R16)))/2

N210 R18=R7+(R17-R14)

N220 G94 G90 G01 Z=R18 F30

N230 C=-R13

N240 C120

N250 G90 G00 Z=(R18+30)

N260 M05

N270 MA3:M30

MA2: IF R15>2 GOTOB MA1

N280 MSG (“请换刀”)

N290 M00

N300 S=R19 M03

N310 GOTOB MA1■

作者：李秀丽