液壓原木旋切機床的數控化改造設計研究
2016-7-26 來源：齊齊哈爾工程學院 作者：李國昌
摘要：科學技術的進步使得傳統的液壓原木旋切機床已經無法適應時代的發展，對其進行改造能夠極大程度的提高其運行效率，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液壓原木旋切機床的數控化改造設計的問題。首先，文章對機床數控化改造需要考慮的因素進行了分析，繼而在此基礎上對其數控化改造方案進行了闡述，最后，根據對全文的總結，文章又提出了液壓原木旋切機床數控化改造需要注意的問題進行了簡要的概述，希望通過文章的論述，能夠使液壓原木旋切機床數控化改造技術得到進一步的優化與完善，從而更大程度的保證改造效果。
關鍵詞：液壓原木旋切機床；數控化改造；設計
液壓原木旋切機床板材加工在我國的存在已經經歷了很長的時間，在傳統的工藝下，數控化還未被應用其中，因此其加工過程往往具有精度低的特點，同時其效率也無法得到很好的保證。隨著科學技術的不斷發展，數控化技術也開始出現在人們的視野中，將其應用到液壓原木旋切機床板材加工過程中，完成機床的改造，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行研究。
1、機床數控化改造應考慮的因素
機床數控化改造過程中需要考慮的因素有很多，性價比、舊機床的性能、舊機床隨機技術資料的分析以及改造內容與考核標準都是必須要考慮的問題，以下文章分別針對上述因素進行分析。
1.1 性價比
性價比是任何領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的成本，對于其經濟效益的提高具有很重要意義，在機床數控化改造過程中，性價比同樣是需要考慮的主要因素。在機床數控化改造之前，工作人員需要對市場上同種數控機床的價格以及性能進行考察，要將價格與性能兩者結合起來對數控機床進行分析，而針對性價比較為類似的數控起床而言，主要應考慮的便是其供貨時間，總的來說，供貨時間能夠與現實需要相吻合的數控機床可以被優先考慮。通常情況下，小型數控車等設備往往價格不高，對其改造的費用與購買新設備的費用不會存在太大的差距，因此，沒有必要針對這一部分機床進行改造，可以將其替換為新設備。
1.2 舊機床的性能
舊機床往往會存在很長的閑置時間，在這段時間內，其性能及精度等必定會極大程度的降低，想要對其進行改造，就必須要針對其性能進行分析，一旦發展存在性能無法滿足實際需求的情況，必須要對其進行修復，以使其能夠最大程度的與實際改造需要相符合，這對于改造工作的順利完成具有重要價值。
1.3 舊機床隨機技術資料分析
有關舊機床的技術資料對于改造工作具有重要價值，從某種程度上講，對其隨機技術資料的分析有利于為改造工作提供參考。總的來說，需要分析的資料主要包括以下幾點：
第一，要對機床的外觀進行仔細檢查，以便及時發現其中的缺陷，在發現缺陷時要做好記錄工作。第二，要對機床的潤滑油進行檢查，對于不能符合實際需要的潤滑油，要及時對其進行更換。第三，要對機床的動作進行檢查，一旦發現動作中存在不連貫以及不靈活的現象，一定要做好記錄工作，并及時對其進行維修。第四，要對機床的工作精度以及幾何精度進行檢驗。
1.4 改造內容及考核標準
改造內容具有復雜性的特點。首先，要對機床的原功能進行恢復，針對存在故障的機床，要通過維修以恢復其功能，而對于維修費用與購買費用類似、或維修費用大于購買費用的機床而言，可以直接通過購買新的機床將其替換。其次，NC化對于機床數控化改造也十分重要，對普通機床進行改造的目的也是為了使其成為NC機床。再次，要做好翻新工作，要對性能無法滿足NC系統的機床的系統進行更新。最后，要提高改造技術的創新性，要最大程度的提高機床的性能以及運行效率。
針對改造的考核標準而言，需要注意以下考核標準：首先，要將改造的費用控制在新購進機床價格的30%以內，同時其使用效率也要達到新機床的70%～80%之內。其次，要將數控化改造的投入回收期控制在一定范圍內，一般而言需要使其低于購買新機床的回收期的一半以下。
2、液壓原木旋切機床數控化改造方案
對液壓原木旋切機床數控化的改造需要按照一定的方案進行。針對無卡軸液壓傳動原木旋切機床的數控化改造而言，其主要思路為把剝木進給刀架的控制方式由液壓控制方式改為交流伺服電動機控制方式。這一改造過程需要采用原木旋切機床專用的NC控制器來完成，需要注意的是，對NC控制器的應用需要遵循一定的原則，要嚴格按照相應流程進行。
文章中設計的數字旋切機床控制器的系統框架圖及其功能圖，如圖1和圖2所示。
圖1 系統框架圖
圖2 系統功能圖
通過對數字旋切機床控制器的系統框架圖及其功能圖的分析可以看出，旋切原木控制系統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，用來對參數進行修改與完善。同時包括控制面板，設置控制面板的主要目的是為了完成對機床的操作控制。另外，伺服驅動控制以及步進驅動控制也是系統的重要組成部分，前者的主要功能是控制刀架進給，而后者的主要功能則是控制刀口調節。
通過系統功能圖可以看出，其操作過程主要包括回零方式、自動方式執行以及手動方式三種。其中回零方式能夠按快退鍵執行回零，相對于回零方式而言，手動方式能夠實現的功能有很多，主要包括快進、快退、慢進、慢退以及剝皮五種功能。
3、液壓原木旋切機床數控化改造需要注意的問題
在液壓原木旋切機床數控化改造設計中需要注意的問題有很多，其中伺服驅動器及其電動機的選擇、恒力控制的實現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需要注意的問題進行了簡要的分析。對液壓原木旋切機床數控化改造設計中需要注意的問題的了解對于改造過程的順利實現具有重要價值，同時也是改造效果能夠達到最好的主要保證，因此，有必要針對這一問題進行分析。
3.1 伺服驅動器及其電動機的選擇
對伺服驅動器及其電動機的選擇是在液壓旋切機床數控改造過程中必須注意的一項問題，總的來說，旋切機床在運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動系統的保證才能完成，就目前的情況看，市場上能夠滿足旋切機床改造的伺服驅動系統十分短缺，國外存在能夠達到相應要求的設備，但從國外引進對于成本的要求極高，因此，可以選擇國產的伺服驅動系統，通過一系列的改造去使其能夠滿足相應需要。對此，可以選擇兩臺4 kW的電動機及其伺服驅動器，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，這對于旋切機床改造工作的順利完成具有重要價值。但要認識到，想要使兩者伺服驅動器能夠同時發揮作用，就必須要實現對兩者的同時控制，這需要工作人員特別加以重視。
3.2 恒力控制的實現
恒力控制的實現也是必須要注意的一項問題。通常情況下，恒力控制的實現并不困難，僅僅通過為伺服驅動器發出轉矩信號便可以完成，但想要在兩臺伺服電動機下實現恒力的控制，其難度便會相對較高，總的來說，需要控制的內容包括以下兩點：首先要控制兩臺伺服電動機，使其能夠達到位置同步，其次，要在上述前提下進行恒力控制。這就要求伺服驅動器不應僅僅能夠滿足發出轉矩信號的功能，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，并保持其恒定。在恒力控制結束時，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際位置進行考察，計算出兩者的偏差值，并將偏差值與標準值對比，如果小于標準值，則必須要對其進行調整。
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。無卡軸原木旋切機床在旋切過程中，往往會帶動原木旋切滾筒的運行，滾筒的運行具有一定的角度，在角度恒定時，如果傳動比確定，那么便可以得出電動機運行所需要的轉速，總的來說，可以將原木的速度設置為VM，同時可以將其直徑設置為DM，滾筒的速度為VG，滾筒的直徑為DG，電動機以及絲杠的傳動比為λ，絲杠螺距可以設置為L，剝板的厚度可以設置為H，伺服電動機的速度為VS。設置完成之后，可以通過以下公式來完成計算：
①原木線速度與滾筒線速度：
vM*DM=vG*DG；vM=（vG*DG）DM
②傳動關系：
vs=（2*vM*H）/λ
將（1）與（2）結合到一起可以得出以下公式：
vs=（2*vG*DG*H）/（λDM）
根據這一公式便能夠完成控制計算過程。
4、結語
通過上述文章可以看出，對液壓原木旋切機床的數控化改造已經成為了當前這一領域發展的主要趨勢，傳統的機床由于具有效率低的特點，因此已經無法適應時代的發展。具體改造過程中，所包含的內容有很多，這需要改造方面的工作人員一一的去對其進行了解，除此之外，改造過程還必須要按照相應的方案來進行，這是保證改造過程順利進行的基礎。最后，在改造過程中，還應注意伺服驅動器及其電動機的選擇以及恒力控制的實現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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