自動進(jìn)給控制PID的砂輪切割機(jī)進(jìn)給自動控制系統(tǒng)

針對傳統(tǒng)砂輪切割機(jī)不能自動調(diào)整進(jìn)給速度來適應(yīng)工件截面尺寸的變化，設(shè)計(jì)了基于PID控制器的砂輪切割機(jī)進(jìn)給自動控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以通過檢測切割力及時(shí)調(diào)整進(jìn)給速 度，使切割力保持在設(shè)定值附近；在 不損壞砂輪片的情況下，盡快切割完工件，從而節(jié)約能源而又保護(hù)了砂輪片。其控制過程是當(dāng)切割力小于設(shè)定值時(shí)增加進(jìn)給速度，切割力接近或大于設(shè)定值時(shí)降低進(jìn)給速度。該系統(tǒng)利用PLC的PID指令控制砂 輪 切 割 機(jī) 的進(jìn)給速度，以切割力為控制目標(biāo)，進(jìn)給速度為PID控制器的輸出，實(shí)現(xiàn)了進(jìn)給速度的自動調(diào)整。操作人員不需要根據(jù)實(shí)際工件的截面尺寸來設(shè)定切割速度，只需根據(jù)砂輪片能承受的最大切割力來設(shè)定最大切割力和最大進(jìn)給速度，進(jìn)給自動控制系統(tǒng)可以根據(jù)實(shí)際切割力自動調(diào)整進(jìn)給速度。實(shí)踐表明，采用PID控制砂輪切 割 機(jī) 的 進(jìn) 給速度切實(shí)可行，提高了切割效率，具有一定的實(shí)用價(jià)值。

自動進(jìn)給控制進(jìn)給自動控制系統(tǒng)構(gòu)成

自動砂輪切割機(jī)進(jìn)給速度控制系統(tǒng)，由PLC、步進(jìn)電機(jī)、步進(jìn)驅(qū)動器、滾動絲杠副、力傳感器等構(gòu)成。切割時(shí)由PLC發(fā)出一定頻率的脈沖到步進(jìn)驅(qū)動器，再由驅(qū)動器驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)帶動滾動絲杠旋轉(zhuǎn)，經(jīng)過滾動絲杠副將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化為直線進(jìn)給運(yùn)動。其中力傳感器測量當(dāng)前切割力，將測量到的切割力通過A/D轉(zhuǎn)換模塊輸入到PLC，再經(jīng)PLC進(jìn)行 PID運(yùn)算，輸出控制量，再轉(zhuǎn)化為輸出脈沖頻率值，控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而控制進(jìn)給速度。

自動進(jìn)給控制進(jìn)給自動控制原理

為了實(shí)現(xiàn)砂輪切割機(jī)進(jìn)給速度的自動控制，應(yīng)該時(shí)時(shí)采集當(dāng)前切割力，PID控制器的目標(biāo)是根據(jù)當(dāng)前切割力和設(shè)定的允許最大切割力輸出當(dāng)前進(jìn)給速度。所以PID控制指令的目標(biāo)值即為設(shè)定的最大切割力，當(dāng)前切割力通過裝在工作臺上的力傳感器來測量，通過PLC的A/D轉(zhuǎn)換模塊將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，再經(jīng)過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，將其單位轉(zhuǎn)換為牛頓送到PID控制器的測定值寄存器，經(jīng)過PID運(yùn)算后輸出控制量。

根據(jù)PID輸出的控制量和設(shè)定的最大進(jìn)給速度來計(jì)算步進(jìn)電機(jī)的脈沖頻率值，f，A，A_max，S———分別表示PLC輸出脈沖頻率值，PID運(yùn)算輸出值，PID最大輸出值，設(shè)定最大速度對應(yīng)的頻率值。PID的輸出為數(shù)字量，將其進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換即為步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動脈沖頻率，從而實(shí)現(xiàn)了進(jìn)給速度的自動控制。

基于原理，進(jìn)給速度自動控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的過程應(yīng)該是這樣的：初始砂輪片沒有與工件接觸，測量到的切割力為0，PID輸出最大值，即以設(shè)定的最大進(jìn)給速度進(jìn)給。當(dāng)砂輪片與工件接觸后力傳感器測量到切割力，當(dāng)切割力達(dá)到設(shè)定的PID運(yùn)算范圍后PID運(yùn)算開始起作用，隨著切割力接近設(shè)定的最大切割力PID運(yùn)算的輸出開始減小。當(dāng)超過最大切割力時(shí)輸出為0，即停止進(jìn)給。在砂輪片與工件接觸過程中，切割力應(yīng)該穩(wěn)定在最大切割力附近，不應(yīng)該有太大波動，但進(jìn)給速度是時(shí)時(shí)變化的，實(shí)現(xiàn)了進(jìn)給速度的自控控制。

結(jié)合自動電渣熔鑄機(jī)的研制，提出一種電渣熔鑄機(jī)自耗電極自動進(jìn)給系統(tǒng)的控制方案，介紹了:采用PLC作為主控制器的自耗電極協(xié)調(diào)控制及PWM控制方式的自耗電極伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。

自動進(jìn)給控制對自耗電極進(jìn)給控制的要求及控制流程

1、啟動熔鑄過程前，必須A軸夾緊B軸放松或B軸夾緊A軸放松。為防止運(yùn)動機(jī)械損壞，A軸夾持器夾緊到位后B軸夾持器必須放松，反之亦然。

2、僅當(dāng)在一個(gè)軸夾緊，另一個(gè)軸放松的狀態(tài)下，才允許停止，即在夾緊放松交接過程中，不允許停止 ， 防止自耗電極掉落。

3、伺服進(jìn)給是當(dāng)前夾緊軸進(jìn)給，通過對伺服電機(jī)的控制，獲得進(jìn)給的速度，以保證熔鑄電流穩(wěn)定。在進(jìn)給的同時(shí)，放松軸自動快速向上運(yùn)動，碰到上限位行程開關(guān)自動停止，等待下次交接。

4、進(jìn)給到下限位置(夾持器碰到下限位行程開關(guān))時(shí)，A/B軸自動交換。

5、當(dāng)夾持器上升到頂部限位開關(guān)時(shí)，系統(tǒng)自動停止工作。

在進(jìn)人自動熔鑄前，為了便于人工調(diào)整，須有手動控制功能。手動控制除了具備類似于自動控制時(shí)的有關(guān)約束和進(jìn)給循環(huán)交替工作流程外，還應(yīng)有A、B軸可單獨(dú)點(diǎn)動放松、夾以便自耗電極的放入或撤離。另與自動狀態(tài)不同的是A、B軸上升下降均為快速上升、下降。由自動工作狀態(tài)轉(zhuǎn)為手動調(diào)整工作狀態(tài)時(shí)，原自動工作狀態(tài)下的各軸將停止運(yùn)動。反之亦然。

自動進(jìn)給控制伺服電機(jī)控制

A、B伺服電機(jī)的運(yùn)行均有2種狀況：

1、手動調(diào)整的全電壓運(yùn)行，由上升下降繼電器控制，實(shí)現(xiàn)A、B軸快升、快降;

2、自動工作時(shí)，若處于伺服進(jìn)給狀態(tài)，由PWM方式控制實(shí)現(xiàn)自動進(jìn)給，進(jìn)給至下限位位置，由上升繼電器控制快速上升。伺服電機(jī)的主電路連接中所標(biāo)常開觸點(diǎn)均為PLC硬件接口中相應(yīng)繼電器的常開主觸點(diǎn)。

在自動熔鑄時(shí)，必須維持熔鑄電流在某一定值。而熔鑄電流的大小與自耗電極插人渣池的深度和電渣的化學(xué)成分有關(guān)。在電渣化學(xué)成分一定時(shí)，電極入渣池越深，電流越大;反之，電流越小。因此，電路電流的大小可由電極在渣池中的位置(即極間距)決定。由此可知，電流控制可轉(zhuǎn)換為位置控制。通過測量熔鑄的電流(其大小反映自耗電極插人渣池中的深度)與給定的熔鑄電流相比較，其誤差控制電機(jī)的轉(zhuǎn)角量，從而控制自耗電極在渣池中的位置。因此，自耗電極自動進(jìn)給伺服系統(tǒng)為一位置隨動系統(tǒng)。系統(tǒng)原理中PWM信號發(fā)生器用SG3524實(shí)現(xiàn)，其輸出接成單極性輸出方式，擴(kuò)大了輸出脈沖占空比的調(diào)節(jié)范圍。 2100433B

車床尾座自動進(jìn)給鉆鏜軸孔，在軸類零件中,有大量的軸中間有孔需加工。軸孔最常見的加工方法為:在車床尾座上裝夾鉆頭。

手搖鉆孔,然后在刀架上裝鏜刀,進(jìn)行車鏜加工。這種方法對較淺的油孔加工非常方便,加工精度也能保證。但對那些較深的軸孔,加工起來就很困難了。一方面,手搖尾座鉆孔時(shí),尾座套筒行程很短,當(dāng)手搖進(jìn)給達(dá)到套筒行程極限時(shí),必須再搖回,將整個(gè)尾座前推,然后再手搖加工。如此反復(fù)進(jìn)行,勞動強(qiáng)度極大,效率很低。另一方面,當(dāng)鉆完后需精加工時(shí),由于受到刀架尺寸的限制,鏜刀刀桿很細(xì),若孔較深,則鏜刀的剛度很差,加工精度就很差,甚至根本無法加工。

在車床上加工深孔,通常對刀桿剛度不足問題的解決方法是,特制一刀桿,裝入尾座孔內(nèi),手搖尾座進(jìn)行鏜削,其加工過程與鉆孔一樣,需反復(fù)進(jìn)行。這樣,勞動強(qiáng)度仍然很大,更重要的是,由于需要反復(fù)間歇性進(jìn)給,且手搖進(jìn)給速度也不可能很均勻,加工精度和表面粗糙度都較差,達(dá)不到較高的質(zhì)量要求。 因此,對一般的小型工廠而言,加工軸類深孔的最佳解決辦法是將車床稍加改裝,使尾座能夠自動進(jìn)給。

要使車床尾座能夠自動進(jìn)給,可以設(shè)計(jì)多種改進(jìn)方案,其中最簡單的一種辦法是將尾座與大拖板之間加裝接板進(jìn)行剛性聯(lián)接,這樣,當(dāng)大拖板進(jìn)行縱向進(jìn)給時(shí),尾座隨之前進(jìn),實(shí)現(xiàn)了尾座的機(jī)動進(jìn)給。

利用該方法應(yīng)注意下面的問題:平時(shí),當(dāng)尾座鎖緊手柄處于放松位置時(shí),尾座下面的鎖緊壓塊與車床導(dǎo)軌之間有間隙。而當(dāng)手柄處于鎖緊位置時(shí),壓塊被壓緊在導(dǎo)軌上,摩擦力很大。所以,必須調(diào)節(jié)壓塊上的調(diào)節(jié)螺母,使尾座鎖緊手柄在鎖緊位時(shí),壓塊與導(dǎo)軌之間既無間隙,又無鎖緊力。

利用這種方法,能夠?qū)崿F(xiàn)車床機(jī)動進(jìn)給加工深孔,既提高了加工質(zhì)量和生產(chǎn)率,同時(shí)又大大減輕了工人的勞動強(qiáng)度。而且機(jī)床本身幾乎未做任何改動,不需改進(jìn)成本,不破壞車床原來的任何零部件。若要機(jī)床恢復(fù)原來的車削功能,只需拆下接板,再調(diào)節(jié)尾座下面壓塊的調(diào)節(jié)螺母回到原來位置即可,非常方便。

開環(huán)控制系統(tǒng)沒有位置檢測元件，伺服驅(qū)動部件通常為反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)或混合式伺服步進(jìn)電動機(jī)。數(shù)控系統(tǒng)每發(fā)出一個(gè)進(jìn)給指令脈沖，經(jīng)驅(qū)動電路功率放大后，驅(qū)動步進(jìn)電動機(jī)旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，再經(jīng)傳動機(jī)構(gòu)帶動工作臺移動。這類系統(tǒng)信息流是單向的，即進(jìn)給脈沖發(fā)出去以后，實(shí)際移動值不再反饋回來，所以稱為開環(huán)控制。

徑向進(jìn)給切槽是使刀具徑向進(jìn)給，在孔內(nèi)切出溝槽的方法。

中文名稱

徑向進(jìn)給切槽

英文名稱

recessing with radial feed

定　　義

使刀具徑向進(jìn)給，在孔內(nèi)切出溝槽的方法。

應(yīng)用學(xué)科

機(jī)械工程（一級學(xué)科），切削加工工藝與設(shè)備（二級學(xué)科），切削加工工藝-典型表面加工-槽加工（三級學(xué)科）