數(shù)控火焰切割機(jī)改造與維修研究與論述 本文以數(shù)控火焰切割機(jī)作為研究主體，以其在設(shè)計(jì)初期狀態(tài)作為重點(diǎn)加以研究，以數(shù)控火焰切割機(jī)的改造和應(yīng)用為角度，展開詳盡的研究與論述。對(duì)機(jī)械層面中設(shè)計(jì)的不科學(xué)處，加以技術(shù)控制應(yīng)用，進(jìn)而實(shí)行了數(shù)控火焰切割機(jī)的改造研究。
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(dāng)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(yùn)而生的數(shù)控火焰切割機(jī)在實(shí)踐進(jìn)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(dāng)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(dòng)系統(tǒng)改造
1.1數(shù)控設(shè)計(jì)方案明確
數(shù)控機(jī)床的工作原理也就是通過數(shù)字控制技術(shù)實(shí)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
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(chǔ)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(jìn)行對(duì)機(jī)床的輸入輸出解決，最后再輸出相關(guān)指令至與之相對(duì)的執(zhí)行部件上，其功能類似于人體的大腦。
當(dāng)伺服系統(tǒng)接收到CNC輸送而來的進(jìn)給指令，就把此類指令通過換位與擴(kuò)展后，利用驅(qū)動(dòng)設(shè)備換化成為執(zhí)行部件需要的進(jìn)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(kuò)展為驅(qū)動(dòng)裝置應(yīng)用的功率信號(hào)[1]。驅(qū)動(dòng)單元把伺服單元中的輸出行為轉(zhuǎn)換成為機(jī)械活動(dòng)，驅(qū)動(dòng)單元和伺服單元共同為數(shù)控裝置和機(jī)床中的傳動(dòng)部件的紐帶。
1.2伺服系統(tǒng)改造
數(shù)控機(jī)床主要是根據(jù)相關(guān)指令脈沖進(jìn)行工作，伺服系統(tǒng)則屬于以數(shù)控機(jī)床移動(dòng)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(jī)床的操作精度、運(yùn)行速度等相關(guān)指標(biāo)。在對(duì)伺服系統(tǒng)展開改造的過程中，必須堅(jiān)持一下原則：第一，調(diào)速范圍寬。這里所說的調(diào)速是指進(jìn)給速度能夠在比較寬廣的區(qū)域中無級(jí)變化，且應(yīng)當(dāng)維續(xù)均勻、平穩(wěn)、速降小的狀態(tài)。在零速狀態(tài)時(shí)，伺服則處于鎖定；第二，可逆運(yùn)行。伺服系統(tǒng)可以較為機(jī)敏的完成正、反向運(yùn)行。處于加工階段時(shí)，機(jī)床在隨機(jī)狀態(tài)根據(jù)軌跡行為標(biāo)準(zhǔn)，即時(shí)完成。另外，不可擁有反向間隙。第三，具備傳動(dòng)剛性與速率穩(wěn)定性。伺服系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)擁有優(yōu)質(zhì)的靜動(dòng)態(tài)負(fù)載屬性，四度系統(tǒng)在切削環(huán)境產(chǎn)生改變時(shí)，應(yīng)當(dāng)讓進(jìn)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(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度息息相關(guān)，后者每次都受前者影響。進(jìn)給指令信號(hào)利用脈沖分配器來操作電路。開環(huán)系統(tǒng)的特點(diǎn)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(jī)床橫縱向驅(qū)動(dòng)是步進(jìn)單元，在加工的過程中時(shí)常會(huì)產(chǎn)生誤差過大、應(yīng)對(duì)遲緩等問題，故而，在改造時(shí)放棄該系統(tǒng)[2]。與之相對(duì)的閉環(huán)系統(tǒng)是按照來源于反饋信號(hào)和指令信號(hào)的對(duì)比結(jié)果實(shí)施對(duì)速度與位置的控制。因?yàn)楝F(xiàn)實(shí)中的火焰切割機(jī)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(shí)現(xiàn)。
對(duì)比之后，本文所改造的系統(tǒng)選擇為半閉環(huán)系統(tǒng)。電機(jī)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(jī)床傳動(dòng)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(bǔ)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(jì)方案
電氣控制部分中的CNC數(shù)控系統(tǒng)，是利用驅(qū)動(dòng)控制柜實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)控機(jī)床制作加工的自動(dòng)化控制。例如，利用驅(qū)動(dòng)控制柜1*1插口進(jìn)入至JV控制電源插槽，從而實(shí)行對(duì)電源控制；CNC系統(tǒng)利用控制柜1J1插口進(jìn)至J1面板開關(guān)信號(hào)插實(shí)行開關(guān)量控制；CNC系利用1J3、1J4插口禁止J3（X驅(qū)動(dòng)信號(hào)）、J4（Y驅(qū)動(dòng)信號(hào)）插槽實(shí)行信號(hào)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?shí)現(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?yàn)橛?jì)算機(jī)控制屬于采樣控制，其至可以按照采樣時(shí)間的偏差完成對(duì)控制量的計(jì)算。
電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行軌跡的數(shù)字PID控制系統(tǒng)通過單片機(jī)實(shí)現(xiàn)，位移檢測設(shè)備用于實(shí)時(shí)檢測電動(dòng)機(jī)的輸出位移量，且把觀察到的結(jié)果反饋到單片機(jī)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(jī)精度的重點(diǎn)，其將位移測量信號(hào)當(dāng)成反饋信號(hào)，且把測量信號(hào)改變成為數(shù)字，之后再運(yùn)回至計(jì)算機(jī)，再與指令脈沖展開對(duì)比且操控驅(qū)動(dòng)元件正確運(yùn)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(duì)位移增量的測量，也就是數(shù)控工作臺(tái)如果移動(dòng)某一長度，裝置便會(huì)產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)。
2.4監(jiān)控系統(tǒng)軟件工作流程
按照火焰切割機(jī)需要實(shí)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)。控制任務(wù)尚沒有展開調(diào)度，并未和外部設(shè)備實(shí)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(jìn)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(fù)到等待狀態(tài)。第三，錯(cuò)誤報(bào)警狀態(tài)。一旦系統(tǒng)顯現(xiàn)并不常規(guī)的狀態(tài)時(shí)，第一時(shí)間進(jìn)至與之相對(duì)應(yīng)的解決子程度，且提醒用戶。第四，伺服控制狀態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)接收至伺服控制命令，利用DI口給控制機(jī)輸入運(yùn)行指令，之后根據(jù)加工命令展開與之相對(duì)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)。
大程度掌握數(shù)控火焰切割機(jī)計(jì)重點(diǎn)及應(yīng)用難點(diǎn)，毫無疑問是火焰切割機(jī)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(shí)應(yīng)用階段當(dāng)所顯現(xiàn)出的特征有：自動(dòng)化控制、切割信息儲(chǔ)存修改以及保存、運(yùn)行穩(wěn)定和可操作性強(qiáng)、縮減切割零件后續(xù)打磨與裝焊時(shí)間。數(shù)控火焰切割機(jī)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(shí)踐操作中得到不斷發(fā)展及深化。
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