孫水波 李涌

【摘要】本文以數(shù)控火焰切割機作為研究主體，以其在設(shè)計初期狀態(tài)作為重點加以研究，以數(shù)控火焰切割機的改造和應(yīng)用為角度，展開詳盡的研究與論述。對機械層面中設(shè)計的不科學處，加以技術(shù)控制應(yīng)用，進而實行了數(shù)控火焰切割機的改造研究。

【關(guān)鍵詞】數(shù)控；火焰切割機；改造

0.引言

所謂火焰切割，顧名思義，是指其熱能載體主要是通過氣體引發(fā)的火焰作為燃料，根據(jù)工件切割部位金屬展開預(yù)熱處理，一旦當預(yù)熱的溫度可以滿足一定條件，通過高速切割氧氣流使得預(yù)熱部分的金屬出現(xiàn)燃燒且釋放熱能，以此，滿足切割行為的一種切割方式。根據(jù)此原理所應(yīng)運而生的數(shù)控火焰切割機在實踐進行元件切割工作中，目前已經(jīng)得到了十分廣泛的普遍應(yīng)用，已然可以視作當前數(shù)控加工中的重要構(gòu)成部分。

1.數(shù)控及伺服驅(qū)動系統(tǒng)改造

1.1數(shù)控設(shè)計方案明確

數(shù)控機床的工作原理也就是通過數(shù)字控制技術(shù)實現(xiàn)展開制造、加工的一種行為，并且具備自主操控的優(yōu)勢，其系統(tǒng)是達成數(shù)字控制的一種配置，如圖1所示。

圖1數(shù)控系統(tǒng)圖

其中，CNC屬于系統(tǒng)中的核心部門，涵蓋了諸如存儲器、總線、CPU、以及控制軟件等。CNC按照所指定的需要制造加工的相關(guān)程序展開軌跡行為，以及進行對機床的輸入輸出解決，最后再輸出相關(guān)指令至與之相對的執(zhí)行部件上，其功能類似于人體的大腦。

當伺服系統(tǒng)接收到CNC輸送而來的進給指令，就把此類指令通過換位與擴展后，利用驅(qū)動設(shè)備換化成為執(zhí)行部件需要的進給速度、方向、位移等。它將來源自數(shù)控的十分微弱的指令擴展為驅(qū)動裝置應(yīng)用的功率信號[1]。驅(qū)動單元把伺服單元中的輸出行為轉(zhuǎn)換成為機械活動，驅(qū)動單元和伺服單元共同為數(shù)控裝置和機床中的傳動部件的紐帶。

1.2伺服系統(tǒng)改造

數(shù)控機床主要是根據(jù)相關(guān)指令脈沖進行工作，伺服系統(tǒng)則屬于以數(shù)控機床移動部件位置與速率作為控制量的一種系統(tǒng)。因此，伺服系統(tǒng)的程度直接影響著數(shù)控機床的操作精度、運行速度等相關(guān)指標。在對伺服系統(tǒng)展開改造的過程中，必須堅持一下原則：第一，調(diào)速范圍寬。這里所說的調(diào)速是指進給速度能夠在比較寬廣的區(qū)域中無級變化，且應(yīng)當維續(xù)均勻、平穩(wěn)、速降小的狀態(tài)。在零速狀態(tài)時，伺服則處于鎖定；第二，可逆運行。伺服系統(tǒng)可以較為機敏的完成正、反向運行。處于加工階段時，機床在隨機狀態(tài)根據(jù)軌跡行為標準，即時完成。另外，不可擁有反向間隙。第三，具備傳動剛性與速率穩(wěn)定性。伺服系統(tǒng)應(yīng)當擁有優(yōu)質(zhì)的靜動態(tài)負載屬性，四度系統(tǒng)在切削環(huán)境產(chǎn)生改變時，應(yīng)當讓進給速度維續(xù)恒定狀態(tài)。

改造伺服系統(tǒng)中的開環(huán)系統(tǒng)環(huán)節(jié)中，指令脈沖的輸入和步進電機的旋轉(zhuǎn)角度息息相關(guān)，后者每次都受前者影響。進給指令信號利用脈沖分配器來操作電路。開環(huán)系統(tǒng)的特點可以歸納為，操作便捷、組織簡單，但是精確不良。如圖2所示，改造之前數(shù)控機床橫宗向驅(qū)動是步進單元，在加工的過程中時常會產(chǎn)生誤差過大、應(yīng)對遲緩等問題，故而，在改造時放棄該系統(tǒng)[2]。與之相對的閉環(huán)系統(tǒng)是按照來源于反饋信號和指令信號的對比結(jié)果實施對速度與位置的控制。因為現(xiàn)實中的火焰切割機的作業(yè)環(huán)境往往不甚理想，溫度較高、粉塵大、穩(wěn)定性存疑，故而，此類系統(tǒng)無法實現(xiàn)。

圖2開環(huán)系統(tǒng)

對比之后，本文所改造的系統(tǒng)選擇為半閉環(huán)系統(tǒng)。電機附有編碼器，不但性能出色，且組織構(gòu)成簡單，還能夠確保精度。半閉環(huán)系統(tǒng)檢測元件裝置于機床傳動部件中，從側(cè)面測量執(zhí)行部件的位置。半閉環(huán)系統(tǒng)只可以彌補系統(tǒng)環(huán)路內(nèi)部元件出現(xiàn)的誤差，所以，其精度相較于閉環(huán)系統(tǒng)略低，然而其組織和調(diào)試都更為便捷，并且平穩(wěn)，性能優(yōu)異。

2.電氣控制結(jié)構(gòu)改造

2.1電氣控制設(shè)計方案

電氣控制部分中的CNC數(shù)控系統(tǒng)，是利用驅(qū)動控制柜實現(xiàn)對數(shù)控機床制作加工的自動化控制。例如，利用驅(qū)動控制柜1*1插口進入至JV控制電源插槽，從而實行對電源控制；CNC系統(tǒng)利用控制柜1J1插口進至J1面板開關(guān)信號插實行開關(guān)量控制；CNC系利用1J3、1J4插口禁止J3（X驅(qū)動信號）、J4（Y驅(qū)動信號）插槽實行信號控制[3]?？刂乒窠涌谥饕侵缚刂乒窈驮g的輸入和輸出口?？刂乒窠涌趯崿F(xiàn)外部期間、CNC、以及電源的轉(zhuǎn)接。

2.2 PID控制改造

PID控制在數(shù)控生產(chǎn)的過程中屬于最為常規(guī)的控制辦法。系統(tǒng)主要由PID控制器及被控主體構(gòu)成。PID控制器屬于線性控制器，把偏差的比例、積分利用線性組合形成控制量。因為計算機控制屬于采樣控制，其至可以按照采樣時間的偏差完成對控制量的計算。

電動機的運行軌跡的數(shù)字PID控制系統(tǒng)通過單片機實現(xiàn)，位移檢測設(shè)備用于實時檢測電動機的輸出位移量，且把觀察到的結(jié)果反饋到單片機系統(tǒng)。

2.3檢測裝置

測量裝置屬于確保數(shù)控火焰切割機精度的重點，其將位移測量信號當成反饋信號，且把測量信號改變成為數(shù)字，之后再運回至計算機，再與指令脈沖展開對比且操控驅(qū)動元件正確運轉(zhuǎn)。本文系統(tǒng)所擇取的旋轉(zhuǎn)式增量脈沖編碼器。所以增量式主要是針對位移增量的測量，也就是數(shù)控工作臺如果移動某一長度，裝置便會產(chǎn)生一個脈沖信號。

2.4監(jiān)控系統(tǒng)軟件工作流程

按照火焰切割機需要實現(xiàn)的諸多類任務(wù)，能夠得出控制系統(tǒng)在其工作中的一些狀態(tài)：第一，等待狀態(tài)?？刂迫蝿?wù)尚沒有展開調(diào)度，并未和外部設(shè)備實施通訊，控制參數(shù)仍然維續(xù)于之前加工任務(wù)完成后的數(shù)值。第二，自檢狀態(tài)。在接收到電氣系統(tǒng)的自檢命令后，系統(tǒng)初始化設(shè)備，之后根據(jù)設(shè)置進至電氣系統(tǒng)中的自檢程序，且送回自檢結(jié)果，一旦輸入停止指令后，系統(tǒng)恢復到等待狀態(tài)。第三，錯誤報警狀態(tài)。一旦系統(tǒng)顯現(xiàn)并不常規(guī)的狀態(tài)時，第一時間進至與之相對應(yīng)的解決子程度，且提醒用戶。第四，伺服控制狀態(tài)。當系統(tǒng)接收至伺服控制命令，利用DI口給控制機輸入運行指令，之后根據(jù)加工命令展開與之相對應(yīng)的工作程序，一旦加工結(jié)束后，系統(tǒng)回顧到等待狀態(tài)。

3.結(jié)語

最大程度掌握數(shù)控火焰切割機計重點及應(yīng)用難點，毫無疑問是火焰切割機應(yīng)用優(yōu)勢能夠激發(fā)至最大水平的重中之重。其在現(xiàn)實應(yīng)用階段當所顯現(xiàn)出的特征有，自動化控制、切割信息儲存修改以及保存、運行穩(wěn)定和可操作性強。縮減切割零件后續(xù)打磨與裝焊時間。數(shù)控火焰切割機的應(yīng)用優(yōu)勢更需要引起人們的廣泛關(guān)注與重視，并能夠在實踐操作中得到不斷發(fā)展及深化。

【參考文獻】

[1]李亞江.切割技術(shù)及應(yīng)用[M].北京化學工業(yè)出版社，2012，22（13）：284.

[2]機械設(shè)計手冊編委會.機械設(shè)計手冊（新版）（第1卷）[M].北京：機械工業(yè)出版社，2012，22（13）：284.

[3]楊克沖.數(shù)控機床電氣控制[M].武漢：華中科技大學出版社，2012，22（13）：284.