數控火焰切割機改造研究與應用

孫水波 李涌

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

【關鍵詞】數控；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的火焰作為燃料，根據工件切割部位金屬展開預熱處理，一旦當預熱的溫度可以滿足一定條件，通過高速切割氧氣流使得預熱部分的金屬出現燃燒且釋放熱能，以此，滿足切割行為的一種切割方式。根據此原理所應運而生的數控火焰切割機在實踐進行元件切割工作中，目前已經得到了十分廣泛的普遍應用，已然可以視作當前數控加工中的重要構成部分。

1.數控及伺服驅動系統改造

1.1數控設計方案明確

數控機床的工作原理也就是通過數字控制技術實現展開制造、加工的一種行為，并且具備自主操控的優勢，其系統是達成數字控制的一種配置，如圖1所示。

圖1數控系統圖

其中，CNC屬于系統中的核心部門，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，最后再輸出相關指令至與之相對的執行部件上，其功能類似于人體的大腦。

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

1.2伺服系統改造

數控機床主要是根據相關指令脈沖進行工作，伺服系統則屬于以數控機床移動部件位置與速率作為控制量的一種系統。因此，伺服系統的程度直接影響著數控機床的操作精度、運行速度等相關指標。在對伺服系統展開改造的過程中，必須堅持一下原則：第一，調速范圍寬。這里所說的調速是指進給速度能夠在比較寬廣的區域中無級變化，且應當維續均勻、平穩、速降小的狀態。在零速狀態時，伺服則處于鎖定；第二，可逆運行。伺服系統可以較為機敏的完成正、反向運行。處于加工階段時，機床在隨機狀態根據軌跡行為標準，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定性。伺服系統應當擁有優質的靜動態負載屬性，四度系統在切削環境產生改變時，應當讓進給速度維續恒定狀態。

改造伺服系統中的開環系統環節中，指令脈沖的輸入和步進電機的旋轉角度息息相關，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。開環系統的特點可以歸納為，操作便捷、組織簡單，但是精確不良。如圖2所示，改造之前數控機床橫宗向驅動是步進單元，在加工的過程中時常會產生誤差過大、應對遲緩等問題，故而，在改造時放棄該系統[2]。與之相對的閉環系統是按照來源于反饋信號和指令信號的對比結果實施對速度與位置的控制。因為現實中的火焰切割機的作業環境往往不甚理想，溫度較高、粉塵大、穩定性存疑，故而，此類系統無法實現。

圖2開環系統

對比之后，本文所改造的系統選擇為半閉環系統。電機附有編碼器，不但性能出色，且組織構成簡單，還能夠確保精度。半閉環系統檢測元件裝置于機床傳動部件中，從側面測量執行部件的位置。半閉環系統只可以彌補系統環路內部元件出現的誤差，所以，其精度相較于閉環系統略低，然而其組織和調試都更為便捷，并且平穩，性能優異。

2.電氣控制結構改造

2.1電氣控制設計方案

電氣控制部分中的CNC數控系統，是利用驅動控制柜實現對數控機床制作加工的自動化控制。例如，利用驅動控制柜1*1插口進入至JV控制電源插槽，從而實行對電源控制；CNC系統利用控制柜1J1插口進至J1面板開關信號插實行開關量控制；CNC系利用1J3、1J4插口禁止J3（X驅動信號）、J4（Y驅動信號）插槽實行信號控制[3]。控制柜接口主要是指控制柜和元件之間的輸入和輸出口。控制柜接口實現外部期間、CNC、以及電源的轉接。

2.2 PID控制改造

PID控制在數控生產的過程中屬于最為常規的控制辦法。系統主要由PID控制器及被控主體構成。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字PID控制系統通過單片機實現，位移檢測設備用于實時檢測電動機的輸出位移量，且把觀察到的結果反饋到單片機系統。

2.3檢測裝置

測量裝置屬于確保數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字，之后再運回至計算機，再與指令脈沖展開對比且操控驅動元件正確運轉。本文系統所擇取的旋轉式增量脈沖編碼器。所以增量式主要是針對位移增量的測量，也就是數控工作臺如果移動某一長度，裝置便會產生一個脈沖信號。

2.4監控系統軟件工作流程

按照火焰切割機需要實現的諸多類任務，能夠得出控制系統在其工作中的一些狀態：第一，等待狀態。控制任務尚沒有展開調度，并未和外部設備實施通訊，控制參數仍然維續于之前加工任務完成后的數值。第二，自檢狀態。在接收到電氣系統的自檢命令后，系統初始化設備，之后根據設置進至電氣系統中的自檢程序，且送回自檢結果，一旦輸入停止指令后，系統恢復到等待狀態。第三，錯誤報警狀態。一旦系統顯現并不常規的狀態時，第一時間進至與之相對應的解決子程度，且提醒用戶。第四，伺服控制狀態。當系統接收至伺服控制命令，利用DI口給控制機輸入運行指令，之后根據加工命令展開與之相對應的工作程序，一旦加工結束后，系統回顧到等待狀態。

3.結語

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

【參考文獻】

[1]李亞江.切割技術及應用[M].北京化學工業出版社，2012，22（13）：284.

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

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