数控火焰切割机改造研究与应用

孙水波 李涌

【摘要】本文以数控火焰切割机作为研究主体，以其在设计初期状态作为重点加以研究，以数控火焰切割机的改造和应用为角度，展开详尽的研究与论述。对机械层面中设计的不科学处，加以技术控制应用，进而实行了数控火焰切割机的改造研究。

【关键词】数控；火焰切割机；改造

0.引言

所谓火焰切割，顾名思义，是指其热能载体主要是通过气体引发的火焰作为燃料，根据工件切割部位金属展开预热处理，一旦当预热的温度可以满足一定条件，通过高速切割氧气流使得预热部分的金属出现燃烧且释放热能，以此，满足切割行为的一种切割方式。根据此原理所应运而生的数控火焰切割机在实践进行元件切割工作中，目前已经得到了十分广泛的普遍应用，已然可以视作当前数控加工中的重要构成部分。

1.数控及伺服驱动系统改造

1.1数控设计方案明确

数控机床的工作原理也就是通过数字控制技术实现展开制造、加工的一种行为，并且具备自主操控的优势，其系统是达成数字控制的一种配置，如图1所示。

图1数控系统图

其中，CNC属于系统中的核心部门，涵盖了诸如存储器、总线、CPU、以及控制软件等。CNC按照所指定的需要制造加工的相关程序展开轨迹行为，以及进行对机床的输入输出解决，最后再输出相关指令至与之相对的执行部件上，其功能类似于人体的大脑。

当伺服系统接收到CNC输送而来的进给指令，就把此类指令通过换位与扩展后，利用驱动设备换化成为执行部件需要的进给速度、方向、位移等。它将来源自数控的十分微弱的指令扩展为驱动装置应用的功率信号[1]。驱动单元把伺服单元中的输出行为转换成为机械活动，驱动单元和伺服单元共同为数控装置和机床中的传动部件的纽带。

1.2伺服系统改造

数控机床主要是根据相关指令脉冲进行工作，伺服系统则属于以数控机床移动部件位置与速率作为控制量的一种系统。因此，伺服系统的程度直接影响着数控机床的操作精度、运行速度等相关指标。在对伺服系统展开改造的过程中，必须坚持一下原则：第一，调速范围宽。这里所说的调速是指进给速度能够在比较宽广的区域中无级变化，且应当维续均匀、平稳、速降小的状态。在零速状态时，伺服则处于锁定；第二，可逆运行。伺服系统可以较为机敏的完成正、反向运行。处于加工阶段时，机床在随机状态根据轨迹行为标准，即时完成。另外，不可拥有反向间隙。第三，具备传动刚性与速率稳定性。伺服系统应当拥有优质的静动态负载属性，四度系统在切削环境产生改变时，应当让进给速度维续恒定状态。

改造伺服系统中的开环系统环节中，指令脉冲的输入和步进电机的旋转角度息息相关，后者每次都受前者影响。进给指令信号利用脉冲分配器来操作电路。开环系统的特点可以归纳为，操作便捷、组织简单，但是精确不良。如图2所示，改造之前数控机床横宗向驱动是步进单元，在加工的过程中时常会产生误差过大、应对迟缓等问题，故而，在改造时放弃该系统[2]。与之相对的闭环系统是按照来源于反馈信号和指令信号的对比结果实施对速度与位置的控制。因为现实中的火焰切割机的作业环境往往不甚理想，温度较高、粉尘大、稳定性存疑，故而，此类系统无法实现。

图2开环系统

对比之后，本文所改造的系统选择为半闭环系统。电机附有编码器，不但性能出色，且组织构成简单，还能够确保精度。半闭环系统检测元件装置于机床传动部件中，从侧面测量执行部件的位置。半闭环系统只可以弥补系统环路内部元件出现的误差，所以，其精度相较于闭环系统略低，然而其组织和调试都更为便捷，并且平稳，性能优异。

2.电气控制结构改造

2.1电气控制设计方案

电气控制部分中的CNC数控系统，是利用驱动控制柜实现对数控机床制作加工的自动化控制。例如，利用驱动控制柜1*1插口进入至JV控制电源插槽，从而实行对电源控制；CNC系统利用控制柜1J1插口进至J1面板开关信号插实行开关量控制；CNC系利用1J3、1J4插口禁止J3（X驱动信号）、J4（Y驱动信号）插槽实行信号控制[3]。控制柜接口主要是指控制柜和元件之间的输入和输出口。控制柜接口实现外部期间、CNC、以及电源的转接。

2.2 PID控制改造

PID控制在数控生产的过程中属于最为常规的控制办法。系统主要由PID控制器及被控主体构成。PID控制器属于线性控制器，把偏差的比例、积分利用线性组合形成控制量。因为计算机控制属于采样控制，其至可以按照采样时间的偏差完成对控制量的计算。

电动机的运行轨迹的数字PID控制系统通过单片机实现，位移检测设备用于实时检测电动机的输出位移量，且把观察到的结果反馈到单片机系统。

2.3检测装置

测量装置属于确保数控火焰切割机精度的重点，其将位移测量信号当成反馈信号，且把测量信号改变成为数字，之后再运回至计算机，再与指令脉冲展开对比且操控驱动元件正确运转。本文系统所择取的旋转式增量脉冲编码器。所以增量式主要是针对位移增量的测量，也就是数控工作台如果移动某一长度，装置便会产生一个脉冲信号。

2.4监控系统软件工作流程

按照火焰切割机需要实现的诸多类任务，能够得出控制系统在其工作中的一些状态：第一，等待状态。控制任务尚没有展开调度，并未和外部设备实施通讯，控制参数仍然维续于之前加工任务完成后的数值。第二，自检状态。在接收到电气系统的自检命令后，系统初始化设备，之后根据设置进至电气系统中的自检程序，且送回自检结果，一旦输入停止指令后，系统恢复到等待状态。第三，错误报警状态。一旦系统显现并不常规的状态时，第一时间进至与之相对应的解决子程度，且提醒用户。第四，伺服控制状态。当系统接收至伺服控制命令，利用DI口给控制机输入运行指令，之后根据加工命令展开与之相对应的工作程序，一旦加工结束后，系统回顾到等待状态。

3.结语

最大程度掌握数控火焰切割机计重点及应用难点，毫无疑问是火焰切割机应用优势能够激发至最大水平的重中之重。其在现实应用阶段当所显现出的特征有，自动化控制、切割信息储存修改以及保存、运行稳定和可操作性强。缩减切割零件后续打磨与装焊时间。数控火焰切割机的应用优势更需要引起人们的广泛关注与重视，并能够在实践操作中得到不断发展及深化。

【参考文献】

[1]李亚江.切割技术及应用[M].北京化学工业出版社，2012，22（13）：284.

[2]机械设计手册编委会.机械设计手册（新版）（第1卷）[M].北京：机械工业出版社，2012，22（13）：284.

[3]杨克冲.数控机床电气控制[M].武汉：华中科技大學出版社，2012，22（13）：284.