提高伺服飛鋸機(jī)鋸切精度的方法

沈陽康特機(jī)電設(shè)備有限公司 聞紹靖

沈陽科技學(xué)院 王 嬌

提高伺服飛鋸機(jī)鋸切精度的方法

沈陽康特機(jī)電設(shè)備有限公司 聞紹靖

沈陽科技學(xué)院 王 嬌

當(dāng)前，在對焊管進(jìn)行精確的定尺切斷工作時，最常見的工作設(shè)備即為飛鋸機(jī)。而利用伺服電機(jī)控制的飛鋸機(jī)是其不斷發(fā)展下的先進(jìn)產(chǎn)物，伺服飛鋸機(jī)的不斷推廣與應(yīng)用對于焊管鋸切工作的高效進(jìn)行有著重要意義。就目前的伺服飛鋸機(jī)應(yīng)用來說，雖然該技術(shù)已經(jīng)取得了較大的發(fā)展，但依舊應(yīng)當(dāng)不斷提升飛鋸機(jī)的鋸切精度。本文通過簡要介紹伺服飛鋸機(jī)的基本特征，提出提高伺服飛鋸機(jī)鋸切精度的方法，以期為我國的飛鋸機(jī)設(shè)備應(yīng)用的不斷發(fā)展提供參考。

伺服飛鋸機(jī)；設(shè)備特點(diǎn)；鋸切精度；提高措施

伺服飛鋸機(jī)是全自動的機(jī)電設(shè)備，最早由天津理工學(xué)院進(jìn)行研制與推出，隨著技術(shù)不斷發(fā)展，當(dāng)前的飛鋸機(jī)定尺的長度已經(jīng)可以達(dá)到2米到32米之間，而伺服飛鋸機(jī)的定尺精度也可控制在0到超出1.5毫米的范圍之內(nèi)，其定尺精度與傳統(tǒng)的國際衡量標(biāo)準(zhǔn)0到超出6毫米的范圍相比更加精準(zhǔn)。伺服飛鋸機(jī)的提出為飛鋸機(jī)行業(yè)發(fā)展注入了全新動力，而當(dāng)前的伺服飛鋸機(jī)發(fā)展也代表了飛鋸機(jī)發(fā)展的國際先進(jìn)水平，但是，加強(qiáng)伺服飛鋸機(jī)的鋸切精度的工作還沒有停止。

一、伺服飛鋸機(jī)的基本特征

飛鋸機(jī)作為重要的機(jī)械設(shè)備，對于焊管生產(chǎn)具有重要作用，對于焊管生產(chǎn)效率以及焊管質(zhì)量保障也有著重要效用。所以對于飛鋸機(jī)的設(shè)計主要有幾下幾點(diǎn)要求：首先飛鋸機(jī)的定尺長度要滿足限定的定尺偏差要求，在我國的偏差范圍為0到超出20毫米之間，而國際標(biāo)準(zhǔn)的偏差范圍為0到超出6毫米之間。另外，在進(jìn)行焊管鋸切工作時，應(yīng)當(dāng)控制管端斜度的范圍在標(biāo)準(zhǔn)要求之內(nèi)，即小于或者等于5毫米。除此之外，飛鋸機(jī)在進(jìn)行鋸切工作時還應(yīng)當(dāng)具備順應(yīng)速度變化的特點(diǎn)，這是由于焊管成型過程中速度是存在變化性質(zhì)的，而管端和焊管軸線之間的位置關(guān)系應(yīng)當(dāng)保持垂直狀態(tài)，所以飛鋸機(jī)在工作時應(yīng)當(dāng)和焊管成型機(jī)出口處的焊管保持速度一致。而伺服飛鋸機(jī)除了滿足以上幾項飛鋸機(jī)基本要求之外，其還具有獨(dú)特的設(shè)備特點(diǎn)，首先伺服飛鋸機(jī)的控制系統(tǒng)是應(yīng)用隨動控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)在當(dāng)前是十分先進(jìn)的。運(yùn)用該系統(tǒng)可以有效實現(xiàn)伺服飛鋸機(jī)的能源損耗的降低，并且在工作時具有較強(qiáng)的抗干擾能力，是伺服飛鋸機(jī)操作方便的重要原因。另外，伺服飛鋸機(jī)在定尺進(jìn)度方面具有較之國際標(biāo)準(zhǔn)更高的精確度，滿足0到超出1.5毫米的范圍之間，定尺精準(zhǔn)度的提升不僅有利于生產(chǎn)效率的顯著提高，同時還可通過精準(zhǔn)度的提高來減少生產(chǎn)材料的浪費(fèi)，節(jié)約生產(chǎn)資源與生產(chǎn)投入資金。

二、提高伺服飛鋸機(jī)鋸切精度的方法

（一）對伺服飛鋸機(jī)的隨動系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)

伺服飛鋸機(jī)實現(xiàn)鋸切工作的裝置部分位于飛鋸車上，在工作時與其一起發(fā)生運(yùn)動。該運(yùn)動的實現(xiàn)主要是分為幾個步驟進(jìn)行：首先是工作指令之前的等待，接著是在計算機(jī)技術(shù)的控制下進(jìn)行追蹤，逐漸加速最后與焊管同步。然后是同步運(yùn)行階段，在這一階段的中間部分即為鋸切工作的開始。之后是伺服飛鋸車在受到設(shè)備制動的情況下進(jìn)行的運(yùn)動減速階段。隨后進(jìn)入反向追蹤以及反向同步，最后又邁入反向減速階段。伺服飛鋸機(jī)在進(jìn)行以上的正向運(yùn)動與反向運(yùn)動的過程中，兩者的速度變化、脈沖數(shù)以及脈沖頻率都保持一致，正反向運(yùn)動循環(huán)的結(jié)束點(diǎn)即為零點(diǎn)。

通過對二階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)階段的研究與驗證，可以發(fā)現(xiàn)運(yùn)行速度在平衡點(diǎn)的上下進(jìn)行波動，并且隨著時間的變化逐漸出現(xiàn)峰值降低的情況。該現(xiàn)象表明，在工作運(yùn)行的同步階段，伺服飛鋸機(jī)的運(yùn)行速度忽快忽慢，并且在時間不斷變化的情況下變化現(xiàn)象減小。避開同步階段實際速度響應(yīng)的超調(diào)值，進(jìn)而提升控制精度的優(yōu)化方案主要有以下幾種：其一是減少飛鋸車運(yùn)行過程中的追蹤階段的時間，加大同步階段的運(yùn)行時間，同時保證減速運(yùn)行的時間不變。利用編程計算確定本來正向運(yùn)動中的速度、改良后的飛鋸車的速度曲線以及伺服電機(jī)系統(tǒng)的原始力矩以及改良后的當(dāng)前力矩。經(jīng)過數(shù)據(jù)對比可以看出，改良后的力矩大小較之原始大小更高。在進(jìn)行電機(jī)的發(fā)熱情況計算時，電機(jī)的等值力矩也有所提高。第二種方法即加大同步運(yùn)行階段的時間，降低減速運(yùn)行階段的時間，同時保證最終運(yùn)行階段的時間不變，這樣也可以有效提升電機(jī)的等值力矩。對兩種方式進(jìn)行比較，可以看出方法二較之方法一更有實際運(yùn)用優(yōu)勢，在實際運(yùn)用中不需要增加電機(jī)功率就可以實現(xiàn)良好運(yùn)行。第三是盡可能改良伺服飛鋸機(jī)的同步段追蹤曲線，如使用S曲線追蹤等，從而降低二階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)對機(jī)械的沖擊，同時提高了切割精度，但此方法需要較復(fù)雜的運(yùn)算來生成S曲線，其中涉及的參數(shù)也較多。此外還可以通過提高管端測速輥裝置的測量精度，增加上位機(jī)位置環(huán)等方式提高切割精度。

（二）對伺服飛鋸機(jī)的傳動機(jī)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)

伺服飛鋸機(jī)的傳動機(jī)構(gòu)主要是指飛鋸車的傳動機(jī)構(gòu)，在傳統(tǒng)的傳動機(jī)構(gòu)中其運(yùn)行機(jī)制為將齒輪與床身進(jìn)行連接固定，而飛鋸車和齒條之間的連接方式主要是通過浮動連接來實現(xiàn)的。所以飛鋸車的移動方向取決于定位塊的定位，可以在齒輪的豎向進(jìn)行移動，運(yùn)用彈簧的預(yù)緊力將齒條緊壓于導(dǎo)向架上，為齒條提供定位點(diǎn)。而位于導(dǎo)向架上有多個滾輪，其作用主要是對齒條進(jìn)行運(yùn)行的方向定位，保證齒輪與齒條之間的嚙合間隙更加精準(zhǔn)。但是利用傳統(tǒng)的傳動機(jī)制要進(jìn)行多個導(dǎo)向架的安裝，而導(dǎo)向架的安裝有需要床身作為安裝基礎(chǔ)，在實際安裝過程中難以保證其精度。另外由于飛鋸車的運(yùn)動是重復(fù)的往返運(yùn)動，容易出現(xiàn)齒條和導(dǎo)向架之間出現(xiàn)沖撞，以致于導(dǎo)向部分容易由于損壞而出現(xiàn)失靈狀況，導(dǎo)致鋸切精度的下降。

為確保伺服飛鋸機(jī)的鋸切精度的有效上升，有必要對伺服飛鋸機(jī)的傳動機(jī)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。在實現(xiàn)改進(jìn)工作時，首先在飛鋸車上進(jìn)行齒條固定處理，而齒輪則固定在齒條之上，通過這樣的改進(jìn)可以通過減少導(dǎo)向架來有效避免導(dǎo)向架在應(yīng)用時的應(yīng)用缺陷。經(jīng)過改良后的傳動機(jī)制的結(jié)構(gòu)主要是用螺栓進(jìn)行齒條固定，牽動飛鋸車共同運(yùn)作。而齒輪的位置主要是在齒輪座中，并依靠定位座實現(xiàn)該部分的方向確定，并且不影響裝置的上下運(yùn)動。在將齒輪懸掛在齒條座之上，最后進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得嚙合間隙精準(zhǔn)。通過對傳動機(jī)構(gòu)的改良，在伺服飛鋸機(jī)的傳動機(jī)構(gòu)的運(yùn)行過程中，位于飛鋸車上的齒條不會和設(shè)備的其他相關(guān)部件進(jìn)行相對運(yùn)動，只有設(shè)置中的懸掛滾輪會與齒條接觸，發(fā)生連續(xù)的滾動工作。所以，在這種條件下的運(yùn)行機(jī)制的工作往往更加平穩(wěn)，更加具有傳動工作的可靠性。并且在實際工作運(yùn)行過程中，即使當(dāng)床身與飛鋸車之間由于磨損或加工而造成位置偏差情況時，兩者之間的嚙合間隙也不會受到影響而發(fā)生改變。除此之外，當(dāng)實際工作中出現(xiàn)間隙改變或部件磨損的情況，相關(guān)技術(shù)操作人員可以通過偏心定位軸的調(diào)節(jié)來實現(xiàn)矯正。

三、結(jié)束語

焊管對于我國的國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展有著重要意義，已經(jīng)逐步推廣并涉及到多個行業(yè)領(lǐng)域，所以實現(xiàn)焊管鋸切的精準(zhǔn)度提升是十分有必要的。伺服飛鋸機(jī)是專門針對焊管鋸切的重要電子機(jī)械設(shè)備，其具有耗能少、精度系數(shù)較高以及操作便捷等多種優(yōu)點(diǎn)。為發(fā)揮伺服飛鋸機(jī)在該行業(yè)領(lǐng)域中的作用最大化，相關(guān)機(jī)械設(shè)計與研發(fā)人員應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對伺服飛鋸機(jī)的研究，不斷實現(xiàn)設(shè)備技術(shù)與功能的完善，努力提高伺服飛鋸機(jī)在進(jìn)行焊管鋸切工作時的鋸切精度。

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[4]孫奇.基于交流伺服的三軸極坐標(biāo)鋸切系統(tǒng)研究[D].沈陽理工大學(xué),2014.