黃建蘭

摘? 要：數(shù)控技術(shù)是工業(yè)智能化的重要標(biāo)志之一，它包含微電子、計(jì)算機(jī)、信息處理、自動(dòng)檢測、自動(dòng)控制等多種技術(shù)，具有高精度、高效率、智能化等特點(diǎn)。伴隨著現(xiàn)代科技的進(jìn)步，數(shù)控技術(shù)在機(jī)床控制中廣泛應(yīng)用，通過計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)傳動(dòng)裝置的自動(dòng)控制，在制造業(yè)中應(yīng)用廣泛。本文對(duì)數(shù)控切割機(jī)傳動(dòng)裝置的優(yōu)化進(jìn)行深入分析，來提高數(shù)控切割機(jī)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(jī)? 傳動(dòng)裝置? 優(yōu)化? 研究

中圖分類號(hào)：TE973? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：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(biāo)志之一，它包含微電子、計(jì)算機(jī)、信息處理、自動(dòng)檢測、自動(dòng)控制等多種技術(shù)，具有高精度、高效率、智能化等特點(diǎn)。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(yīng)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(duì)于零部件加工的精度和質(zhì)量有著非常嚴(yán)格的要求，本文通過對(duì)數(shù)控切割機(jī)傳動(dòng)裝置進(jìn)行優(yōu)化，根據(jù)步進(jìn)電機(jī)細(xì)分倍數(shù)和脈沖量計(jì)算驅(qū)動(dòng)電流，在提升設(shè)備的抗干擾性能的同時(shí)，可以有效提升數(shù)控切割機(jī)床的工作效率和切割精度。

1? 數(shù)控切割機(jī)工作原理

傳統(tǒng)工件加工是通過機(jī)床刀具相對(duì)工件的運(yùn)動(dòng)來完成的，而數(shù)控切割機(jī)則是采用數(shù)字控制技術(shù)對(duì)切割機(jī)床的加工進(jìn)行自動(dòng)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(duì)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(jì)算機(jī)中，計(jì)算機(jī)對(duì)這些信息進(jìn)行編輯處理，發(fā)出指令控制機(jī)床的伺服系統(tǒng)，使機(jī)床自動(dòng)加工所需要的工件。數(shù)控切割機(jī)的核心是計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)數(shù)控裝置、伺服單元、傳動(dòng)裝置、可編程邏輯控制器以及機(jī)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(jī)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(jī)床采用集成操作面板，顯示器可現(xiàn)實(shí)功能菜單、系統(tǒng)中狀態(tài)、故障報(bào)警，同時(shí)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(jī)交互設(shè)備，包括鍵盤和顯示器，具體是將機(jī)床程序載體上的數(shù)控代碼轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)傳送至數(shù)控裝置，顯示機(jī)械加工過程的各種參數(shù)信息，例如坐標(biāo)值、報(bào)警信號(hào)。

1.3 計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置

計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置是數(shù)控切割機(jī)床的控制中心，包括微處理器CPU、存儲(chǔ)器、局部總線、外圍邏輯電路以及計(jì)算機(jī)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(jìn)給伺服，分別控制主軸電動(dòng)機(jī)和進(jìn)給電動(dòng)機(jī)。伺服單元接收來自計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置的指令，這些指令經(jīng)變換放大后通過驅(qū)動(dòng)裝置轉(zhuǎn)變成執(zhí)行部件進(jìn)給的速度、方向以及位移。

1.5 傳動(dòng)裝置

傳動(dòng)裝置是數(shù)控切割機(jī)床中的組成部分，包括機(jī)械、電子、電動(dòng)機(jī)等各種部件，涉及強(qiáng)電和弱電裝置。數(shù)控切割機(jī)床的運(yùn)動(dòng)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(dòng)裝置的工作性能，同時(shí)驅(qū)動(dòng)裝置也是數(shù)控切割機(jī)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(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作系統(tǒng)，采用可編程序的存儲(chǔ)器進(jìn)行邏輯運(yùn)算，并且通過數(shù)字模擬的形式輸入和輸出指令，控制機(jī)床設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)化操作。

1.7 機(jī)床

機(jī)床本體主要指數(shù)控機(jī)床的機(jī)械部件，包括運(yùn)動(dòng)部件、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)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(dòng)裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)

影響數(shù)控切割機(jī)床工作速度和切割精度的因素主要包括傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)參數(shù)等。傳動(dòng)裝置（Transmission Device）把動(dòng)力裝置的動(dòng)力傳遞給工作機(jī)構(gòu)等的中間設(shè)備。在數(shù)控切割機(jī)床運(yùn)行過程中，傳動(dòng)裝置將伺服單元的輸出變?yōu)闄C(jī)械運(yùn)動(dòng)，由此可見，傳動(dòng)裝置和伺服單元起到數(shù)控切割機(jī)床傳動(dòng)部件間的連接作用，通過傳動(dòng)裝置帶動(dòng)機(jī)床切割刀具連接軸的運(yùn)動(dòng)，使刀具相對(duì)于工件產(chǎn)生個(gè)各復(fù)雜的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，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(duì)于數(shù)控機(jī)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(dòng)裝置來提升切割精度，避免資源浪費(fèi)。

本文優(yōu)化的數(shù)控切割機(jī)床的步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器和步進(jìn)電機(jī)采用雷賽M535和 57HS13，步進(jìn)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(qiáng)。M535是細(xì)分型高性能步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器，適合驅(qū)動(dòng)中小型的任何兩相處四相混合式步進(jìn)電機(jī)。電流控制采用先進(jìn)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(dòng)器的側(cè)邊裝有一排撥碼開關(guān)組，可以用來選擇細(xì)分精度以及設(shè)置動(dòng)態(tài)工作電流和靜態(tài)工作電流。在進(jìn)行零部件加工過程中可以自動(dòng)完成拐角速度控制。本文針對(duì)數(shù)控切割機(jī)傳動(dòng)裝置進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，并且通過試驗(yàn)驗(yàn)證優(yōu)化效果。優(yōu)化前后分別對(duì)樣機(jī)進(jìn)行切割精度測試，選取厚度為1.5cm鋼板進(jìn)行切割試驗(yàn)，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(jī)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(jī)在機(jī)械加工中應(yīng)用廣泛主要是因?yàn)樵撛O(shè)備可以加工形狀復(fù)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(qiáng)的插補(bǔ)功能和自動(dòng)編程功能，可以輕松實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)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(jī)具有高智能化、高集成度等優(yōu)勢(shì)，在工業(yè)生產(chǎn)中有著非常廣泛的應(yīng)用前景，隨著工業(yè)智能化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，對(duì)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(duì)數(shù)控切割機(jī)傳動(dòng)裝置進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，根據(jù)步進(jìn)電機(jī)細(xì)分倍數(shù)及脈沖當(dāng)量計(jì)算選用合適的驅(qū)動(dòng)器，從而提升數(shù)控機(jī)床的切割精度，并且通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)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(shí)還能有效提升板材利用率。

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