一种锯床进给控制方法及锯床与流程

文档序号:26055005发布日期:2021-07-27 15:32阅读:550来源:国知局
一种锯床进给控制方法及锯床与流程

本发明涉及一种锯床控制方法及锯床,特别涉及一种锯床进给控制方法及锯床。



背景技术:

锯切是金属切削加工中的重要组成部分,而锯床是进行锯切加工的必要设备。锯条运动是处于水平方向的锯切运动和处于竖直方向的锯条进给运动的复合运动,锯切运动速度通常根据锯切工件的材料参数确定,而锯条进给运动速度则还需要考虑工件的截面形状和锯切宽度等。对于锯床进给控制的研究一直是行业内的热点方向。

申请号为2015101069013的中国发明专利公开了一种带锯床恒功率锯切的控制方法及其智能带锯床,包括控制系统、锯架系统、进给系统以及夹持机构,旋转编码器安装在从动锯轮的转轴上,实时检测从动锯轮的转速。功率传感器检测变频器反馈电流大小,并通过旋转编码器后传输给下位机,下位机通过采集得到的主电机的转速和扭矩数据,通过进给流量阀控制电机调整进给流量阀的开度,改变进给油缸活塞杆的升降速度。该技术方案充分利用驱动主电机的功率,考虑锯切工况对锯条寿命的影响和不同材料进给力的极限情况,实现带锯床智能锯切。该技术方案中的锯架进给是通过油缸进行执行,且为反馈控制方式,虽然延长锯条的疲劳寿命,但是没有改善切削效率。

申请号为2012101576921的中国发明专利公开了一种恒锯切力变进给速度的锯架进给系统及其方法,系统由锯架、液压系统、控制系统组成,油缸驱动锯架沿立柱上下移动,系统依据选定的工件横截面类型和参数、结合测出的锯架位移和工件材料硬度实施基于工件锯切宽度变量的变进给速度前馈控制,根据压力传感器采集的油缸油压值,进行恒锯切力的闭环反馈进给控制,提高切削效率,降低锯条消耗量。该技术方案虽然公开了对于锯架的前馈加反馈复合进给控制,但是仍采用油缸执行锯架进给,受限于操控精度,前馈控制必须结合实时测出的锯架位移来实施,控制系统无法计算出完整的前馈控制进给速度曲线,并非实现真正完全的前馈加反馈控制,因而对于锯架的前馈加反馈复合进给控制效率难以令人满意,无法彻底改善切削效率。

综上所述,当锯切工件的截面积变化较大、突发大负载时,现有的仅依靠反馈切削控制的切削方式存在锯条损耗严重的问题,而现有的前馈加反馈控制方式未能实现完全性前馈控制,体现为:一是采用油缸等液压缸执行进给动作,使得进给速度不稳定,同时无法判断进给位置,需要测量部件配合测量才能得到进给位置,且无法预判锯切阻力的突变以进行提前控制;二是由于进给速度不稳定和进给位置的不确定性,无法提前根据工件的不同材质、不同形状、锯条不同齿形以及不同的线速度来确定锯切工件的目标转矩(负载),无法精确计算锯条单齿切削量和确定锯条单齿转矩当量,从而无法提前计算出前馈控制曲线并精确执行。

因此,研究开发一种基于高精度执行机构,实现控制系统完全前馈控制和闭环反馈控制,提升锯架的前馈加反馈复合进给控制效率,进而彻底改善锯床切削效率的锯床进给控制方法,以及采用该控制方法的锯床,对于本领域具有十分重要的意义。



技术实现要素:

本发明的目的在于提供一种提升锯架的前馈加反馈复合进给控制效率的锯床进给控制方法,解决背景技术中所述的问题。

本发明的另一目的在于提供一种锯床,采用前馈加反馈复合进给控制的锯床进给控制方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:

一种锯床进给控制方法,该方法包括以下步骤:

s1,将工件的材料材质、锯切面形状、锯切面尺寸和锯床的锯条齿形、锯条线速度设立为基础切割参数;

s3,通过锯床的控制单元,根据基础切割参数计算得到锯条单齿切削量和锯条单齿转矩当量,结合基础切割参数和对应的锯条进给速度公式计算得到锯条进给速度值,建立锯条进给速度的前馈控制曲线,控制单元通过执行单元以前馈控制曲线控制锯条切入阶段初始的进给速度;

s4,通过锯床的控制单元,采集锯切工件时的实时锯切力值,在前馈控制曲线基础上拟合得出前馈-反馈控制曲线,控制单元通过执行单元以前馈-反馈控制曲线控制锯条切入阶段过程中的进给速度。

作为优选,该方法还包括以下步骤:

s2,锯条完全切入工件前,通过锯床的控制单元,以切入速度控制锯条的进给速度,切入速度低于锯条切入阶段初始的进给速度。

作为优选,该方法还包括以下步骤:

s5,锯条切入阶段结束前,通过锯床的控制单元,以切出速度控制锯条的进给速度,切出速度低于锯条切入阶段过程中的进给速度。

作为优选,所述步骤s3中,锯条进给速度公式为:

式中,f(h)为锯条进给速度,t为目标转矩,即切割工件时所需要控制执行单元达到的恒定转矩(负载)值,s为锯条线速度,t0为锯条单齿转矩当量,即锯条单齿切削量所对应的目标转矩值,w(h)为工件切削宽度,h为工件切削位置离工件底面的高度。

作为优选,所述目标转矩的计算公式为:

式中,β为锯条单齿切削量,t为锯条齿间距。

作为优选,当基础切割参数中的锯切面形状为圆形时,所述工件切削宽度的计算公式为:

式中,r为圆形锯切面的半径。

作为优选,当基础切割参数中的锯切面形状为h形时,所述工件切削宽度的计算公式为:

当(h1+h2)/2<h≤h1时或当0≤h<(h1-h2)/2时,w(h)=2×w2

当(h1-h2)/2≤h≤(h1+h2)/2时,w(h)=w1

式中,h1为h形锯切面的竖杆高度,h2为h形锯切面的横杆高度,w1为h形锯切面的最大横截面宽度,w2为h形锯切面的最小横截面宽度。

一种锯床,包括锯架、控制单元和执行单元,控制单元与执行单元电性连接,执行单元输出端连接锯架,所述执行单元包括伺服电缸,所述控制单元执行上述任一所述的锯床进给控制方法。

作为优选,所述控制单元包括设有人机交互界面的上位机、设有可编程控制器的下位机、数模转换器和变频器,变频器与执行单元电性连接。

作为优选,所述伺服电缸包括电机、减速机和丝杠,丝杠一端连接锯架,丝杠另一端通过减速机连接电机,电机与控制单元电性连接。

本发明的有益效果是:

本发明的一种锯床进给控制方法及锯床,在以高精度的伺服电缸作为执行单元的基础上,以控制单元建立锯条进给速度的前馈控制曲线,并采集锯切工件时的实时锯切力值,在前馈控制曲线基础上拟合得出前馈-反馈控制曲线,实现锯床进给速度的完全性前馈加反馈复合进给控制,显著提高锯床切削效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例1的控制方法流程示意图;

图2是本发明实施例2的控制方法流程示意图;

图3是本发明锯床的前视结构示意图;

图4是本发明锯床的后视结构示意图;

图5是本发明工件锯切面形状为圆形的示意图;

图6是本发明工件锯切面形状为h形的示意图;

图7是本发明锯条齿间距的示意图。

图中:1、锯架,2、控制单元,3、执行单元,201、上位机,301、电机,302、减速机,303、丝杠,r、圆形锯切面的半径,h、工件切削位置离工件底面的高度,w、工件切削宽度,h1、h形锯切面的竖杆高度,h2、h形锯切面的横杆高度,w1、h形锯切面的最大横截面宽度,w2、h形锯切面的最小横截面宽度,t、锯条齿间距,β、锯条单齿切削量。

具体实施方式

下面通过具体实施例,并结合附图,对本发明的技术方案作进一步的具体说明。应当理解,本发明的实施并不局限于下面的实施例,对本发明所做的任何形式上的变通和/或改变都将落入本发明保护范围。

在本发明中,若非特指,所有的份、百分比均为重量单位,所采用的设备和原料等均可从市场购得或是本领域常用的。下述实施例中的方法,如无特别说明,均为本领域的常规方法。下述实施例中的部件或设备如无特别说明,均为通用标准件或本领域技术人员知晓的部件,其结构和原理都为本技术人员均可通过技术手册得知或通过常规实验方法获知。

实施例1:

如图1所示的一种锯床进给控制方法,该方法具体包括以下步骤:

s1,将工件的材料材质、锯切面形状、锯切面尺寸和锯床的锯条齿形、锯条线速度设立为基础切割参数;

s3,通过锯床的控制单元,根据基础切割参数计算得到锯条单齿切削量和锯条单齿转矩当量,结合基础切割参数和对应的锯条进给速度公式计算得到锯条进给速度值,建立锯条进给速度的前馈控制曲线,控制单元通过执行单元以前馈控制曲线控制锯条切入阶段初始的进给速度;

s4,通过锯床的控制单元,采集锯切工件时的实时锯切力值,在前馈控制曲线基础上拟合得出前馈-反馈控制曲线,控制单元通过执行单元以前馈-反馈控制曲线控制锯条切入阶段过程中的进给速度。

通过上述锯床进给控制方法,控制单元实现对于执行单元的完全性前馈加反馈复合进给控制,控制单元可通过上述方法预先计算出锯条进给速度的前馈控制曲线,再通过采集实时锯切力值,以前馈控制曲线为中枢界定反馈控制的锯条进给速度上限值和下限值,从而拟合得出前馈-反馈控制曲线,以此控制锯条在切入阶段过程中的进给速度,最大化发挥锯条的性能。

如图3和图4所示的一种锯床,包括锯架1、控制单元2和执行单元3,控制单元2与执行单元3电性连接,执行单元3输出端连接锯架1,执行单元3包括伺服电缸,控制单元2执行上述步骤s1、步骤s3及步骤s4的锯床进给控制方法。

实施例2:

如图2所示的一种锯床进给控制方法,该方法具体包括以下步骤:

s1,将工件的材料材质、锯切面形状、锯切面尺寸和锯床的锯条齿形、锯条线速度设立为基础切割参数;

s2,锯条完全切入工件前,通过锯床的控制单元,以切入速度控制锯条的进给速度,切入速度低于锯条切入阶段初始的进给速度;

s3,通过锯床的控制单元,根据基础切割参数计算得到锯条单齿切削量和锯条单齿转矩当量,结合基础切割参数和对应的锯条进给速度公式计算得到锯条进给速度值,建立锯条进给速度的前馈控制曲线,控制单元通过执行单元以前馈控制曲线控制锯条切入阶段初始的进给速度;

s4,通过锯床的控制单元,采集锯切工件时的实时锯切力值,在前馈控制曲线基础上拟合得出前馈-反馈控制曲线,控制单元通过执行单元以前馈-反馈控制曲线控制锯条切入阶段过程中的进给速度;

s5,锯条切入阶段结束前,通过锯床的控制单元,以切出速度控制锯条的进给速度,切出速度低于锯条切入阶段过程中的进给速度。

通过上述锯床进给控制方法,消除工件的锯切宽度突变产生的锯切力突变的负面影响,在锯条完全切入工件前(切入工进)和锯条切入阶段结束前(切出工进),以较低的进给速度进行切削,并降低锯条的锯切速度;在锯条的锯切工进,控制单元实现对于执行单元的完全性前馈加反馈复合进给控制,控制单元通过上述方法预先计算出锯条进给速度的前馈控制曲线,再通过采集实时锯切力值,以前馈控制曲线为中枢界定反馈控制的锯条进给速度上限值和下限值,从而拟合得出前馈-反馈控制曲线,以此控制锯条在锯切工进阶段过程中的进给速度,最大化发挥锯条的性能。

步骤s3中,锯条进给速度公式为:

式中,f(h)为锯条进给速度,t为目标转矩,即切割工件时所需要控制执行单元达到的恒定转矩(负载)值,s为锯条线速度,t0为锯条单齿转矩当量,即锯条单齿切削量所对应的目标转矩值,w(h)为工件切削宽度,h为工件切削位置离工件底面的高度。如图5所示。

目标转矩的计算公式为:

式中,β为锯条单齿切削量,t为锯条齿间距。如图7所示。

当基础切割参数中的锯切面形状为圆形时,工件切削宽度的计算公式为:

式中,r为圆形锯切面的半径。

当基础切割参数中的锯切面形状为h形时,工件切削宽度的计算公式为:

当(h1+h2)/2<h≤h1时或当0≤h<(h1-h2)/2时,w(h)=2×w2

当(h1-h2)/2≤h≤(h1+h2)/2时,w(h)=w1

式中,h1为h形锯切面的竖杆高度,h2为h形锯切面的横杆高度,w1为h形锯切面的最大横截面宽度,w2为h形锯切面的最小横截面宽度。如图6所示。

其中,锯条单齿切削量β通过锯条线速度、锯条齿间距和基准锯条进给速度可以计算得出,基准锯条进给速度是基于执行单元对不同材质工件切削、经预先计算模拟所设定的建议基准进给速度值,是一线性值,而切削过程中的实际锯条进给速度f(h)以基准锯条进给速度为中枢所波动。锯条单齿转矩当量t0为经验数值,对于不同材质的工件,其取值不同,对于45#钢,取值范围为3.2~3.5,对于q235钢,取值范围为2.8~3.0。

该实施例的方法可以显著提升切削效率,以直径200mm的45#圆钢为例,按照传统的恒定进给速度的切削方式,切断时间6分钟,切削效率为52cm2/min,按照该实施例的方法,切断时间2分钟,切削效率为150cm2/min。

如图3和图4所示的一种锯床,包括锯架1、控制单元2和执行单元3,控制单元2与执行单元3电性连接,执行单元3输出端连接锯架1,执行单元3包括伺服电缸,控制单元2执行上述步骤s1至步骤s5的锯床进给控制方法。

控制单元2包括设有人机交互界面的上位机201、设有可编程控制器的下位机、数模转换器和变频器,变频器与伺服电缸电性连接。

伺服电缸包括电机301、减速机302和丝杠303,丝杠303一端连接锯架1,丝杠303另一端通过减速机302连接电机301,电机301与控制单元2电性连接。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案,并非对本发明作任何形式上的限制,在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

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