數(shù)控切割機傳動裝置的優(yōu)化設(shè)計探究

黃建蘭

摘? 要：數(shù)控技術(shù)是工業(yè)智能化的重要標志之一，它包含微電子、計算機、信息處理、自動檢測、自動控制等多種技術(shù)，具有高精度、高效率、智能化等特點。伴隨著現(xiàn)代科技的進步，數(shù)控技術(shù)在機床控制中廣泛應用，通過計算機實現(xiàn)對傳動裝置的自動控制，在制造業(yè)中應用廣泛。本文對數(shù)控切割機傳動裝置的優(yōu)化進行深入分析，來提高數(shù)控切割機的切割精度和抗干擾性能，從而提升其工作效率。

關(guān)鍵詞：數(shù)控切割機? 傳動裝置? 優(yōu)化? 研究

中圖分類號：TE973? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2020）10（a）-0052-03

Abstract： Numerical control technology is one of the important signs of industrial intelligence. It includes microelectronics， computer， information processing， automatic detection， automatic control and other technologies. It has the characteristics of high precision， high efficiency and intelligence. With the progress of modern science and technology， CNC technology is widely used in machine tool control. The automatic control of transmission device through computer is widely used in manufacturing industry. In this paper， the optimization of transmission device of CNC cutting machine is analyzed to improve the cutting accuracy and anti-interference performance of CNC cutting machine， so as to improve its working efficiency.

Key Words： CNC cutting machine; Transmission device; Optimization; Research

數(shù)控技術(shù)是工業(yè)智能化的重要標志之一，它包含微電子、計算機、信息處理、自動檢測、自動控制等多種技術(shù)，具有高精度、高效率、智能化等特點。隨著數(shù)字信息技術(shù)和電子技術(shù)的高速發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)已經(jīng)向著智能化、電子化方向發(fā)展，智能化技術(shù)的推廣應用改變了傳統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)方式以及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。尤其是在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，一些精密儀器的生產(chǎn)對于零部件加工的精度和質(zhì)量有著非常嚴格的要求，本文通過對數(shù)控切割機傳動裝置進行優(yōu)化，根據(jù)步進電機細分倍數(shù)和脈沖量計算驅(qū)動電流，在提升設(shè)備的抗干擾性能的同時，可以有效提升數(shù)控切割機床的工作效率和切割精度。

1? 數(shù)控切割機工作原理

傳統(tǒng)工件加工是通過機床刀具相對工件的運動來完成的，而數(shù)控切割機則是采用數(shù)字控制技術(shù)對切割機床的加工進行自動控制，其工作原理是將加工零件所需要的各種操作步驟，刀架與工件之間的相對位移量編寫成加工程序，然后通過傳送裝置將這些加工程序輸入計算機中，計算機對這些信息進行編輯處理，發(fā)出指令控制機床的伺服系統(tǒng)，使機床自動加工所需要的工件。數(shù)控切割機的核心是計算機數(shù)控系統(tǒng)，主要結(jié)構(gòu)包括操作面板、輸入/輸出裝置、計算機數(shù)控裝置、伺服單元、傳動裝置、可編程邏輯控制器以及機床本體，其組成如圖1所示。

1.1 操作面板

操作面板主要面向數(shù)控機床操作人員，由控制面板、狀態(tài)燈、顯示器組成。數(shù)控切割機床采用集成操作面板，顯示器可現(xiàn)實功能菜單、系統(tǒng)中狀態(tài)、故障報警，同時控制面板可用于操作人員編制零件程序參數(shù)及其他管理操作等。

1.2 輸入/輸出裝置

輸入/輸出裝置是人機交互設(shè)備，包括鍵盤和顯示器，具體是將機床程序載體上的數(shù)控代碼轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號傳送至數(shù)控裝置，顯示機械加工過程的各種參數(shù)信息，例如坐標值、報警信號。

1.3 計算機數(shù)控裝置

計算機數(shù)控裝置是數(shù)控切割機床的控制中心，包括微處理器CPU、存儲器、局部總線、外圍邏輯電路以及計算機數(shù)控裝置其他組成部分聯(lián)系的接口和控制軟件。

1.4 伺服單元

伺服單元分為主軸伺服和進給伺服，分別控制主軸電動機和進給電動機。伺服單元接收來自計算機數(shù)控裝置的指令，這些指令經(jīng)變換放大后通過驅(qū)動裝置轉(zhuǎn)變成執(zhí)行部件進給的速度、方向以及位移。

1.5 傳動裝置

傳動裝置是數(shù)控切割機床中的組成部分，包括機械、電子、電動機等各種部件，涉及強電和弱電裝置。數(shù)控切割機床的運動速度、跟蹤及定位精度，加工表面的質(zhì)量、生產(chǎn)率和可靠性都取決于驅(qū)動裝置的工作性能，同時驅(qū)動裝置也是數(shù)控切割機床故障率最高的部分。

1.6 可編程邏輯控制器

可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）是專門為工業(yè)生產(chǎn)所設(shè)計的數(shù)字運算操作系統(tǒng)，采用可編程序的存儲器進行邏輯運算，并且通過數(shù)字模擬的形式輸入和輸出指令，控制機床設(shè)備進行自動化操作。

1.7 機床

機床本體主要指數(shù)控機床的機械部件，包括運動部件、進給運動執(zhí)行部件和支承部件，還包括冷卻、潤滑、轉(zhuǎn)位和夾緊等功能的輔助裝置。

2? 傳動裝置的優(yōu)化設(shè)計

影響數(shù)控切割機床工作速度和切割精度的因素主要包括傳動機構(gòu)和控制系統(tǒng)參數(shù)等。傳動裝置（Transmission Device）把動力裝置的動力傳遞給工作機構(gòu)等的中間設(shè)備。在數(shù)控切割機床運行過程中，傳動裝置將伺服單元的輸出變?yōu)闄C械運動，由此可見，傳動裝置和伺服單元起到數(shù)控切割機床傳動部件間的連接作用，通過傳動裝置帶動機床切割刀具連接軸的運動，使刀具相對于工件產(chǎn)生個各復雜的機械運動，加工出形狀、尺寸以及精度符合要求的零部件。伴隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，對于數(shù)控機床的加工精度和效率要求不斷提升，因此，需要通過優(yōu)化傳動裝置來提升切割精度，避免資源浪費。

本文優(yōu)化的數(shù)控切割機床的步進驅(qū)動器和步進電機采用雷賽M535和 57HS13，步進角為1.8°，靜轉(zhuǎn)矩為1.3N.m，額定相電流為2.8A，防雷擊、抗干擾能力強。M535是細分型高性能步進驅(qū)動器，適合驅(qū)動中小型的任何兩相處四相混合式步進電機。電流控制采用先進的雙極性等角度恒力矩技術(shù)，每秒兩萬次的斬波頻率。在驅(qū)動器的側(cè)邊裝有一排撥碼開關(guān)組，可以用來選擇細分精度以及設(shè)置動態(tài)工作電流和靜態(tài)工作電流。在進行零部件加工過程中可以自動完成拐角速度控制。本文針對數(shù)控切割機傳動裝置進行優(yōu)化設(shè)計，并且通過試驗驗證優(yōu)化效果。優(yōu)化前后分別對樣機進行切割精度測試，選取厚度為1.5cm鋼板進行切割試驗，每次切除1cm長度的鋼板，然后測量誤差，分別得到20組誤差平均值，如表1所示。

通過數(shù)據(jù)表明優(yōu)化后的數(shù)控切割機的切割精度誤差可以控制在0.35mm范圍內(nèi)，明顯低于優(yōu)化前的切割精度誤差。由此可見，數(shù)控切割機在機械加工中應用廣泛主要是因為該設(shè)備可以加工形狀復雜的零部件，并且加工精度高，現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)已經(jīng)具有較強的插補功能和自動編程功能，可以輕松實現(xiàn)對復雜零部件輪廓的編程處理，不受形狀影響并且加工精度可以有效果保證。

3? 結(jié)語

綜上所述，數(shù)控切割機具有高智能化、高集成度等優(yōu)勢，在工業(yè)生產(chǎn)中有著非常廣泛的應用前景，隨著工業(yè)智能化進程的不斷推進，對于制造業(yè)的工作效率和精度提出了更高的要求，本文通過對數(shù)控切割機傳動裝置進行優(yōu)化設(shè)計，根據(jù)步進電機細分倍數(shù)及脈沖當量計算選用合適的驅(qū)動器，從而提升數(shù)控機床的切割精度，并且通過實驗驗證了優(yōu)化后的設(shè)備切割精度可以有效控制在0.35mm左右，提升切割精度的同時還能有效提升板材利用率。

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