液壓原木旋切機(jī)床的數(shù)控化改造設(shè)計(jì)研究
2016-7-26 來源：齊齊哈爾工程學(xué)院 作者：李國昌
摘要：科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步使得傳統(tǒng)的液壓原木旋切機(jī)床已經(jīng)無法適應(yīng)時代的發(fā)展，對其進(jìn)行改造能夠極大程度的提高其運(yùn)行效率，同時也能夠最大程度的保證其性能。文章主要論述的是有關(guān)液壓原木旋切機(jī)床的數(shù)控化改造設(shè)計(jì)的問題。首先，文章對機(jī)床數(shù)控化改造需要考慮的因素進(jìn)行了分析，繼而在此基礎(chǔ)上對其數(shù)控化改造方案進(jìn)行了闡述，最后，根據(jù)對全文的總結(jié)，文章又提出了液壓原木旋切機(jī)床數(shù)控化改造需要注意的問題進(jìn)行了簡要的概述，希望通過文章的論述，能夠使液壓原木旋切機(jī)床數(shù)控化改造技術(shù)得到進(jìn)一步的優(yōu)化與完善，從而更大程度的保證改造效果。
關(guān)鍵詞：液壓原木旋切機(jī)床；數(shù)控化改造；設(shè)計(jì)
液壓原木旋切機(jī)床板材加工在我國的存在已經(jīng)經(jīng)歷了很長的時間，在傳統(tǒng)的工藝下，數(shù)控化還未被應(yīng)用其中，因此其加工過程往往具有精度低的特點(diǎn)，同時其效率也無法得到很好的保證。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)控化技術(shù)也開始出現(xiàn)在人們的視野中，將其應(yīng)用到液壓原木旋切機(jī)床板材加工過程中，完成機(jī)床的改造，對于其性能以及精確度的提高都具有重要價值，因此，有必要針對這一問題進(jìn)行研究。
1、機(jī)床數(shù)控化改造應(yīng)考慮的因素
機(jī)床數(shù)控化改造過程中需要考慮的因素有很多，性價比、舊機(jī)床的性能、舊機(jī)床隨機(jī)技術(shù)資料的分析以及改造內(nèi)容與考核標(biāo)準(zhǔn)都是必須要考慮的問題，以下文章分別針對上述因素進(jìn)行分析。
1.1 性價比
性價比是任何領(lǐng)域在工作中都必須注重的問題，高性價比能夠極大程度的降低企業(yè)的成本，對于其經(jīng)濟(jì)效益的提高具有很重要意義，在機(jī)床數(shù)控化改造過程中，性價比同樣是需要考慮的主要因素。在機(jī)床數(shù)控化改造之前，工作人員需要對市場上同種數(shù)控機(jī)床的價格以及性能進(jìn)行考察，要將價格與性能兩者結(jié)合起來對數(shù)控機(jī)床進(jìn)行分析，而針對性價比較為類似的數(shù)控起床而言，主要應(yīng)考慮的便是其供貨時間，總的來說，供貨時間能夠與現(xiàn)實(shí)需要相吻合的數(shù)控機(jī)床可以被優(yōu)先考慮。通常情況下，小型數(shù)控車等設(shè)備往往價格不高，對其改造的費(fèi)用與購買新設(shè)備的費(fèi)用不會存在太大的差距，因此，沒有必要針對這一部分機(jī)床進(jìn)行改造，可以將其替換為新設(shè)備。
1.2 舊機(jī)床的性能
舊機(jī)床往往會存在很長的閑置時間，在這段時間內(nèi)，其性能及精度等必定會極大程度的降低，想要對其進(jìn)行改造，就必須要針對其性能進(jìn)行分析，一旦發(fā)展存在性能無法滿足實(shí)際需求的情況，必須要對其進(jìn)行修復(fù)，以使其能夠最大程度的與實(shí)際改造需要相符合，這對于改造工作的順利完成具有重要價值。
1.3 舊機(jī)床隨機(jī)技術(shù)資料分析
有關(guān)舊機(jī)床的技術(shù)資料對于改造工作具有重要價值，從某種程度上講，對其隨機(jī)技術(shù)資料的分析有利于為改造工作提供參考?？偟膩碚f，需要分析的資料主要包括以下幾點(diǎn)：
第一，要對機(jī)床的外觀進(jìn)行仔細(xì)檢查，以便及時發(fā)現(xiàn)其中的缺陷，在發(fā)現(xiàn)缺陷時要做好記錄工作。第二，要對機(jī)床的潤滑油進(jìn)行檢查，對于不能符合實(shí)際需要的潤滑油，要及時對其進(jìn)行更換。第三，要對機(jī)床的動作進(jìn)行檢查，一旦發(fā)現(xiàn)動作中存在不連貫以及不靈活的現(xiàn)象，一定要做好記錄工作，并及時對其進(jìn)行維修。第四，要對機(jī)床的工作精度以及幾何精度進(jìn)行檢驗(yàn)。
1.4 改造內(nèi)容及考核標(biāo)準(zhǔn)
改造內(nèi)容具有復(fù)雜性的特點(diǎn)。首先，要對機(jī)床的原功能進(jìn)行恢復(fù)，針對存在故障的機(jī)床，要通過維修以恢復(fù)其功能，而對于維修費(fèi)用與購買費(fèi)用類似、或維修費(fèi)用大于購買費(fèi)用的機(jī)床而言，可以直接通過購買新的機(jī)床將其替換。其次，NC化對于機(jī)床數(shù)控化改造也十分重要，對普通機(jī)床進(jìn)行改造的目的也是為了使其成為NC機(jī)床。再次，要做好翻新工作，要對性能無法滿足NC系統(tǒng)的機(jī)床的系統(tǒng)進(jìn)行更新。最后，要提高改造技術(shù)的創(chuàng)新性，要最大程度的提高機(jī)床的性能以及運(yùn)行效率。
針對改造的考核標(biāo)準(zhǔn)而言，需要注意以下考核標(biāo)準(zhǔn)：首先，要將改造的費(fèi)用控制在新購進(jìn)機(jī)床價格的30%以內(nèi)，同時其使用效率也要達(dá)到新機(jī)床的70%～80%之內(nèi)。其次，要將數(shù)控化改造的投入回收期控制在一定范圍內(nèi)，一般而言需要使其低于購買新機(jī)床的回收期的一半以下。
2、液壓原木旋切機(jī)床數(shù)控化改造方案
對液壓原木旋切機(jī)床數(shù)控化的改造需要按照一定的方案進(jìn)行。針對無卡軸液壓傳動原木旋切機(jī)床的數(shù)控化改造而言，其主要思路為把剝木進(jìn)給刀架的控制方式由液壓控制方式改為交流伺服電動機(jī)控制方式。這一改造過程需要采用原木旋切機(jī)床專用的NC控制器來完成，需要注意的是，對NC控制器的應(yīng)用需要遵循一定的原則，要嚴(yán)格按照相應(yīng)流程進(jìn)行。
文章中設(shè)計(jì)的數(shù)字旋切機(jī)床控制器的系統(tǒng)框架圖及其功能圖，如圖1和圖2所示。
圖1 系統(tǒng)框架圖
圖2 系統(tǒng)功能圖
通過對數(shù)字旋切機(jī)床控制器的系統(tǒng)框架圖及其功能圖的分析可以看出，旋切原木控制系統(tǒng)的核心部位為旋木專用NC控制器，控制器中會包括顯示以及按鍵的部分，用來對參數(shù)進(jìn)行修改與完善。同時包括控制面板，設(shè)置控制面板的主要目的是為了完成對機(jī)床的操作控制。另外，伺服驅(qū)動控制以及步進(jìn)驅(qū)動控制也是系統(tǒng)的重要組成部分，前者的主要功能是控制刀架進(jìn)給，而后者的主要功能則是控制刀口調(diào)節(jié)。
通過系統(tǒng)功能圖可以看出，其操作過程主要包括回零方式、自動方式執(zhí)行以及手動方式三種。其中回零方式能夠按快退鍵執(zhí)行回零，相對于回零方式而言，手動方式能夠?qū)崿F(xiàn)的功能有很多，主要包括快進(jìn)、快退、慢進(jìn)、慢退以及剝皮五種功能。
3、液壓原木旋切機(jī)床數(shù)控化改造需要注意的問題
在液壓原木旋切機(jī)床數(shù)控化改造設(shè)計(jì)中需要注意的問題有很多，其中伺服驅(qū)動器及其電動機(jī)的選擇、恒力控制的實(shí)現(xiàn)以及速度匹配控制中的控制算法對于改造過程均具有重要價值，以下文章主要針對上述三點(diǎn)需要注意的問題進(jìn)行了簡要的分析。對液壓原木旋切機(jī)床數(shù)控化改造設(shè)計(jì)中需要注意的問題的了解對于改造過程的順利實(shí)現(xiàn)具有重要價值，同時也是改造效果能夠達(dá)到最好的主要保證，因此，有必要針對這一問題進(jìn)行分析。
3.1 伺服驅(qū)動器及其電動機(jī)的選擇
對伺服驅(qū)動器及其電動機(jī)的選擇是在液壓旋切機(jī)床數(shù)控改造過程中必須注意的一項(xiàng)問題，總的來說，旋切機(jī)床在運(yùn)行以及改造的過程中需要的功率較大，而功率的保證需要伺服驅(qū)動系統(tǒng)的保證才能完成，就目前的情況看，市場上能夠滿足旋切機(jī)床改造的伺服驅(qū)動系統(tǒng)十分短缺，國外存在能夠達(dá)到相應(yīng)要求的設(shè)備，但從國外引進(jìn)對于成本的要求極高，因此，可以選擇國產(chǎn)的伺服驅(qū)動系統(tǒng)，通過一系列的改造去使其能夠滿足相應(yīng)需要。對此，可以選擇兩臺4 kW的電動機(jī)及其伺服驅(qū)動器，通過兩者的配合使用，能夠使功率被有效的滿足，同時也能夠最大程度的使成本得到控制，這對于旋切機(jī)床改造工作的順利完成具有重要價值。但要認(rèn)識到，想要使兩者伺服驅(qū)動器能夠同時發(fā)揮作用，就必須要實(shí)現(xiàn)對兩者的同時控制，這需要工作人員特別加以重視。
3.2 恒力控制的實(shí)現(xiàn)
恒力控制的實(shí)現(xiàn)也是必須要注意的一項(xiàng)問題。通常情況下，恒力控制的實(shí)現(xiàn)并不困難，僅僅通過為伺服驅(qū)動器發(fā)出轉(zhuǎn)矩信號便可以完成，但想要在兩臺伺服電動機(jī)下實(shí)現(xiàn)恒力的控制，其難度便會相對較高，總的來說，需要控制的內(nèi)容包括以下兩點(diǎn)：首先要控制兩臺伺服電動機(jī)，使其能夠達(dá)到位置同步，其次，要在上述前提下進(jìn)行恒力控制。這就要求伺服驅(qū)動器不應(yīng)僅僅能夠滿足發(fā)出轉(zhuǎn)矩信號的功能，同時還要控制輸出位置的脈沖。一般而言，在最開始的位置，脈沖需要被快速輸出，這時指令位置與實(shí)際位置必定會存在一定程度的偏差，對此，需要將偏差值控制在一定范圍內(nèi)，并保持其恒定。在恒力控制結(jié)束時，位置脈沖的輸出便會被停止，而此時，工作人員需要對指令位置以及實(shí)際位置進(jìn)行考察，計(jì)算出兩者的偏差值，并將偏差值與標(biāo)準(zhǔn)值對比，如果小于標(biāo)準(zhǔn)值，則必須要對其進(jìn)行調(diào)整。
3.3 速度匹配控制中的控制算法
在速度匹配控制中，控制算法必須要得到足夠的重視。無卡軸原木旋切機(jī)床在旋切過程中，往往會帶動原木旋切滾筒的運(yùn)行，滾筒的運(yùn)行具有一定的角度，在角度恒定時，如果傳動比確定，那么便可以得出電動機(jī)運(yùn)行所需要的轉(zhuǎn)速，總的來說，可以將原木的速度設(shè)置為VM，同時可以將其直徑設(shè)置為DM，滾筒的速度為VG，滾筒的直徑為DG，電動機(jī)以及絲杠的傳動比為λ，絲杠螺距可以設(shè)置為L，剝板的厚度可以設(shè)置為H，伺服電動機(jī)的速度為VS。設(shè)置完成之后，可以通過以下公式來完成計(jì)算：
①原木線速度與滾筒線速度：
vM*DM=vG*DG；vM=（vG*DG）DM
②傳動關(guān)系：
vs=（2*vM*H）/λ
將（1）與（2）結(jié)合到一起可以得出以下公式：
vs=（2*vG*DG*H）/（λDM）
根據(jù)這一公式便能夠完成控制計(jì)算過程。
4、結(jié)語
通過上述文章可以看出，對液壓原木旋切機(jī)床的數(shù)控化改造已經(jīng)成為了當(dāng)前這一領(lǐng)域發(fā)展的主要趨勢，傳統(tǒng)的機(jī)床由于具有效率低的特點(diǎn)，因此已經(jīng)無法適應(yīng)時代的發(fā)展。具體改造過程中，所包含的內(nèi)容有很多，這需要改造方面的工作人員一一的去對其進(jìn)行了解，除此之外，改造過程還必須要按照相應(yīng)的方案來進(jìn)行，這是保證改造過程順利進(jìn)行的基礎(chǔ)。最后，在改造過程中，還應(yīng)注意伺服驅(qū)動器及其電動機(jī)的選擇以及恒力控制的實(shí)現(xiàn)與速度匹配控制中的控制算法的問題，這樣才能最大程度的保證改造效果。
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