一種恒張力控制機構的設計

饒立

摘 要：根據(jù)快走絲電火花線切割機床在現(xiàn)有技術中線電極張力控制存在的問題，設計了一種松弛邊阻滯式恒張力控制裝置。在安裝線電極時，根據(jù)工藝條件的需要量化設定初始張力大小，并且可以適時顯示.線電極工作時，張力可以在線檢測，適時補償保證張力恒定。

關鍵詞：線電極張力 量化顯示 適時補償

中圖分類號：TH112.5；TH113 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）02（c）-0124-021 整體設計思路

擬開發(fā)的快走絲線切割機，鉬絲的恒張力控制系統(tǒng)主要由以下三個部分組成：張力采樣信號放大部分、張力的伺服控制調節(jié)部分、張力顯示部分組成。

當鉬絲張力的大小由于某種原因發(fā)生波動時，通過設置在切割端的力傳感器，將檢測到的張力變化轉換為電壓信號，經(jīng)運算放大器放大后，一部分經(jīng)過A/D芯片和液晶顯示器便可得到和看到張力大小；另一部分通過電壓比較器和給定值進行比較，得到偏差值。那么張力存在兩種情況，要么過小、要么過大，這都需要進行調整。當張力過小表明鉬絲處于松弛狀態(tài)，電壓比較器輸出高電平信號接入電液伺服閥的一個線圈，進而控制輸入液壓缸的液體的流量，驅動張力調整機構動作，使鉬絲張緊，使張力回復到原限定值；當張力過大時，電壓比較器輸出高電平信號接入電液伺服閥的另一個線圈，電液伺服閥向相反的方向動作，張力調整機構動作，使鉬絲變松馳回復到其原來原限定值。以此達到顯示與控制張力的目的。

其控制系統(tǒng)的原理圖、方框圖見圖1和圖2。

本設計要求：在機床開始運行前能顯示鉬絲張力的初值，根據(jù)加工時的需要調節(jié)張力大小，在加工過程中，能隨時顯示張力大小并適時調整，防止張力的不穩(wěn)，保證加工精度和質量，提高生產效率。這樣不論是不同直徑的鉬絲還是加工中的各種干擾都可以方便的調節(jié)張力的大小，達到恒張力控制的目的。

2 機械部分的設計方案

在這個鉬絲恒張力的閉環(huán)控制系統(tǒng)中，張力的機械調節(jié)裝置是其執(zhí)行部分，其設計的主要要求為：能滿足整個控制系統(tǒng)的設計要求，與液壓部分相連，運行靈活、平穩(wěn)、振動小、結構簡單、制造容易、在斷絲時機構能激活機床的制動裝置等。

（1）確定機構裝置的結構設計方案。

①單導輪調節(jié)。

隨著鉬絲的松緊，導輪所處的位置不同，形成的角度是個變量。所以鉬絲張力隨著角度的改變而變化。這種結構在實際使用中不能完全達到鉬絲運行過程中內部張力完全一致，既不能產生恒張力。那么在本設計整體方案中有液壓部分與機械部分相連，由液壓缸與機械裝置的連桿來調節(jié)張力大小，利用單導輪在上、下方向的運動及角度的變化可以調整張力大小。當力傳感器檢測到張力過大或過小時，導輪在液壓缸驅動下沿導軌向上或向下運動，直到達到給定張力值為止。

②雙導輪調節(jié)。

當運絲系統(tǒng)正向運轉時，由于換向沖擊載荷的作用，導輪2可隨其絲動作向上繞其轉軸轉動，以使導輪1、2受力達到平衡，協(xié)調了載荷的沖擊變化。當運絲系統(tǒng)反向運轉時，由于換向沖擊載荷的作用導輪1可隨絲動作向上繞其轉軸轉動，也能使導輪1、2受力達到平衡，緩解了沖擊載荷的變化。也能滿足恒張力控制。

以上所述可以看出單導輪調節(jié)和雙導輪調節(jié)都可以滿足整體設計要求，因整體設計中已有張力傳感器、電液伺服閥和液壓缸可檢測、緩解沖擊載荷的變化，且張力調節(jié)裝置部分設計機構越簡單，越不容易在運行過程中出錯。所以選擇單導輪調節(jié)，既保持了張力的恒定，又能滿足整體設計要求。

（2）張力大小的預先確定。

由于鉬絲張力的大小對運行時鉬絲的振幅和加工穩(wěn)定性影響很大，直接影響到加工精度，所以在不引起斷絲的情況下，張力T的值在其最大拉力的范圍內盡可能取大些。應用幾何學黃金分割法，張力取鉬絲最大拉力F的0.382～0.618之間（通常鉬絲直徑小時取值接近上限，直徑較大時取值接近下限）。因此，對常用直徑的鉬絲（0.1mm～0.2mm），其張力可參考（表1）來選取。

（3）確定張力調節(jié)裝置的結構設計。

導輪和導輪的軸承選標準件。為了使運行時導輪的滑行平穩(wěn)、靈活，導輪與軸柱之間采用導軌，起到支承調節(jié)裝置的作用。軸柱部分因裝配因素分成兩段，之間用螺栓連接。在軸柱與杠桿之間的連接采取螺栓加墊圈連接，這樣可以達到連接牢固的目的。為了使運行端與液壓部分相連時能平穩(wěn)、靈活的運動，選擇了鉸鏈機構。液壓缸的驅動桿與調節(jié)裝置的杠桿，以及杠桿與固定支架的連接也采用鉸鏈。

在調節(jié)設定張力時，超過鉬絲極限，也應進行保護。有兩種方式，①閉和開關；②對電液伺服閥進行手動調節(jié)。如加工過程中鉬絲突然斷絲，需緊急制動，因原機床上已有制動開關，在軸柱上朝制動開關方向安裝一個桿，當斷絲時桿觸碰到制動開關使機床停機，達到制動的目的。

綜上所述采用力傳感器檢測鉬絲張力的波動，與給定值比較，得到偏差值，通過電放大器，電液伺服閥等進行適時調整，由張力調節(jié)器調節(jié)鉬絲張力大小，形成一個閉環(huán)控制系統(tǒng)，實現(xiàn)恒張力控制。該方案并且可以實現(xiàn)定量選擇張力初值，及適時顯示加工狀態(tài)時的張力值，是一個改造快走絲線切割機床恒張力機構，提高鉬絲張力控制精度的可行方案。

致謝：本材料力學實驗教學改革的研究項目經(jīng)費來自江漢大學機電與建筑工程學院院級課題SY002{2013}

參考文獻

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[2] 陳劍，騰向陽，賀志新，電火花線切割機恒張力控制系統(tǒng)的研究[J].電加工與模具，2007（1）：61-63.endprint