CN104690627B - 负载敏感型精密自动进给砂轮切割机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种负载敏感型精密自动进给砂轮切割机。现有手动进给型砂轮切割机进给速度不精确，切割负载瞬变，砂轮片磨损过快，安全性差。本发明的导向机构与基座固定，并通过连接板与丝杆螺母固定；丝杆螺母与传动丝杆螺纹副连接；传动丝杆支承在导向机构上，且顶端与伺服电机的输出轴连接；三相交流电机通过安装座固定在连接板上，其输出轴输出动力给砂轮。电流互感器的初级绕组串接在三相交流电机的主回路上，次级绕组的信号输出端口与数字化控制器模块相连；数字化控制器模块通过数据传输线与伺服电机的控制端相连。本发明可以通过砂轮转速和三相交流电机的电流反馈实时切割负载；可以自动调节伺服驱动进给，实现恒功率化切割。

Description

负载敏感型精密自动进给砂轮切割机

技术领域

本发明属于精密机械领域，涉及切割机，具体涉及一种负载敏感型精密自动进给砂轮切割机。

背景技术

砂轮切割机，又叫砂轮锯，砂轮切割机适用于建筑、五金、石油化工、机械冶金及水电安装等部门。砂轮切割机可对金属方扁管、方扁钢、工字钢，槽型钢，碳元钢、元管等材料进行切割的常用设备。砂轮切割机的系统主要组成有：基座、砂轮、电动机或其他动力源、托架、防护罩和手持把手等。砂轮切割机在使用时，先把待切割的材料用夹具手动夹紧，按下启动按钮，三相交流电机通过带传动带动砂轮片转动，手动按压手持把手，实现工进切割材料。

目前对砂轮切割机都是在防护措施或者原材料通过机械结构传动夹紧或者可变角度的砂轮机切割这些方面进行改进升级，鲜有针对人为主观调控进给速度，导致砂轮片磨损过快、砂轮切割机负载瞬变、寿命和可靠性欠缺等问题进行有效的处理。因此，需要研制一种负载敏感型精密自动进给砂轮切割机（恒功率自动进给型砂轮切割机装置），对研究恒功率精密自动进给加工的高精度化、高效率化具有非常重要的意义。

目前，在相关领域并没有一种负载敏感型精密自动进给砂轮切割机。如专利号为CN200910261805.0(授权公告号CN101758444A，授权公告日2010年06月30日) 公开了一种砂轮切割机，工作平台上的气缸内设置有固定夹板和移动夹板，移动夹板与调节丝杠相连，调节丝杠可以紧固切割件，保证了切割质量；支架一端固定有气缸，气缸另一端与切割装置相连，实现自动和手动两种操作方式，使用方便，易于操作；但由于该系统使用气缸控制自动进给，需要有气源，结构体积大，并且由于气缸的安装位置，使得砂轮切割过程中并非匀速且精度不高；对于砂轮切割机的可靠性、寿命等方面没有提升。因此，并不适用负载敏感型精密自动进给的切割加工要求。

专利号为CN201010530562.9(授权公告号CN102063086 B，授权公告日2012年06月27日) 公开了一种带锯床恒功率锯切控制装置，该发明包括进给位移传感器、张紧位移传感器、控制电路和比例换向阀；进给位移传感器设置在带锯床的进给液压缸内，张紧位移传感器设置在带锯床的张紧液压缸内，进给位移传感器的信号输出端、张紧位移传感器的的信号输出端分别与控制电路中的A/D采样模块连接，控制电路的信号输出端与比例换向阀的信号输入端连接；该发明实现了对带锯条受到锯切负载的非接触检测，实现锯切过程带锯条所受锯切负载的实时反馈；该装置是针对带锯床的锯切加工设计的，与砂轮切割机的结构和工况都不适用；因此不适用于负载敏感型精密自动进给的切割加工。

专利号CN201110148668.7(授权公告号CN102806512 A，授权公告日2011年06月03日)公开了一种砂轮切割机,其固定在支撑架上，车轮位于支撑架的下方，其有益效果是：本切割机可任意移动到原料处，省时省力，移动灵活；该装置针对可移动性方面做出改进，但在其他方面没有任何改进；因此不适用于负载敏感型精密自动进给的切割加工。

专利号CN201210141933.3(授权公告号CN102642166A，授权公告日2012年08月22日) 公开了一种可变角度的砂轮切割机配件，其特征在于它由一个定位台钳壁和定位台钳壁的基座相连，定位台钳壁的基座与砂轮切割机基座连接和通过可调控的弧形槽与砂轮切割机基座连接，砂轮切割机基座另设有度量尺；该发明的优点在于：可快速的转换角度，减少误差，提高材料合格率。该装置针对材料的切割角度做出改进，但进给方式仍然处于手动进给方式；因此不适用于负载敏感型精密自动进给的切割加工。

发明内容

本发明的目的是针对现有手动进给型砂轮切割机存在进给速度不精确，切割负载瞬变，砂轮片磨损过快，安全性差等问题，提供一种负载敏感型精密自动进给砂轮切割机，该砂轮切割机可以通过砂轮转速和三相交流电机的电流反馈实时切割负载；可以自动调节伺服驱动进给，实现恒功率化切割；是一种砂轮负载实时最优化的砂轮片长效使用装置；也是一种模块化的进给驱动及控制系统，可根据客户需求，通过配置伺服驱动和普通驱动，实现普通进给和精密进给的装置。

本发明包括夹具、砂轮、伺服电机、带传动机构、电流互感器、三相交流电机、安装座、传动丝杆、导向机构、基座和数字化控制器模块。所述的夹具包括固定夹板、移动夹板、手柄和驱动丝杆，固定夹板通过螺栓固定在基座上；驱动丝杆支承在基座上，內端与移动夹板固定，外端设有手柄；所述的移动夹板与固定夹板相对设置。所述导向机构的下端通过螺栓固定在基座上；连接板的一端固定在导向机构上，另一端与丝杆螺母的外侧壁固定；所述的丝杆螺母与传动丝杆通过螺纹副连接；所述传动丝杆的两端均通过轴承支承在导向机构上，且顶端通过联轴器与伺服电机的输出轴连接；所述伺服电机的底座固定在导向机构上。安装座固定在连接板上；所述三相交流电机的底座固定在安装座上，其输出轴通过带传动机构输出动力给砂轮。所述的电流互感器固定在三相交流电机的保护壳上；电流互感器的初级绕组串接在三相交流电机的主回路上，次级绕组的信号输出端口通过数据传输线与数字化控制器模块相连；所述的数字化控制器模块通过数据传输线与伺服电机的控制端相连。

所述传动丝杆的顶端通过固定端轴承支承在导向机构上，底端通过支撑端轴承支承在导向机构上。

数字化控制器模块通过闭环反馈系统控制伺服电机的步骤如下：

步骤一、数字化控制器模块控制伺服电机的转速；丝杆螺母带动砂轮以快进模式下降至接触工件。

步骤二、当检测到工件的切割负载信号后，数字化控制器模块伺服电机以工进模式切割工件，初始切割速度设定为3～7mm/s中的一个值，工进输出进给速度范围为0～10mm/s。

步骤三、在砂轮切割工件过程中，通过电流互感器检测三相交流电机主回路的负载电流，反馈给数字化控制器模块；数字化控制器模块根据实际切割负载反馈与设定切割负载相比较的结果，利用PID控制算法调节伺服电机的转速，使三相交流电机的负载电流值与设定值的偏差不超过1%。

所述的丝杆螺母带动砂轮的快进最大速度是20mm/s。

本发明的有益效果：

本发明利用伺服电机系统控制速度、位置精度准确，系统响应速度快，机电时间常数小、线性度高的特点，实现负载敏感型恒功率精密自动进给的切割要求；并且当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降，能够很好地保证切割过程的安全性。本发明是一种具有砂轮进给导向机构、砂轮负载检测机构和精密进给驱动控制机构的装置，并利用切割过程负载力的实时监测反馈系统和切割进给速度监控的控制系统，将实现切割工件过程的进给精确化和恒功率化；本发明利用负载的瞬变能够引起主回路电流变化的特性，把实际切割负载和设定切割负载相比较，使得切割加工过程中砂轮和工件之间的负载瞬变得以减少，达到稳定输出切割功率；可实现砂轮负载实时最优化，提高砂轮片的使用寿命及切割机的可靠性；本发明是一种模块化的进给驱动及控制系统，可根据客户需求，通过配置伺服驱动和普通驱动，实现普通进给和精密进给的装置。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，负载敏感型精密自动进给砂轮切割机，包括支撑端轴承1、夹具2、砂轮3、固定端轴承4、联轴器5、伺服电机6、带传动机构7、电流互感器8、三相交流电机9、安装座10、传动丝杆11、导向机构12、基座13和数字化控制器模块14。夹具2包括固定夹板、移动夹板、手柄和驱动丝杆，固定夹板通过螺栓固定在基座13上；驱动丝杆支承在基座13上，內端与移动夹板固定，外端设有手柄；移动夹板与固定夹板相对设置。导向机构12的下端通过螺栓固定在基座13上；连接板的一端固定在导向机构12上，另一端与丝杆螺母的外侧壁固定；丝杆螺母与传动丝杆11通过螺纹副连接；传动丝杆11的顶端通过固定端轴承4支承在导向机构12上，底端通过支撑端轴承1支承在导向机构12上，且顶端通过联轴器5与伺服电机6的输出轴连接；伺服电机6的底座通过螺栓固定在导向机构12上。安装座10固定在连接板上；三相交流电机9的底座固定在安装座10上，其输出轴通过带传动机构7输出动力给砂轮3。

电流互感器8固定在三相交流电机9的保护壳上；电流互感器8的初级绕组串接在三相交流电机9的主回路上，次级绕组的信号输出端口通过数据传输线与数字化控制器模块14相连；数字化控制器模块14通过数据传输线与伺服电机6的控制端相连。数字化控制器模块14根据电流互感器8的负载电流数据反馈，与预设的负载力信号进行比较，从而调整输出信号，控制伺服电机6的转速，形成闭环反馈系统，达到自动进给，实现恒功率切割。

闭环反馈系统中数字化控制器模块14控制伺服电机6的步骤如下：

步骤一、数字化控制器模块14控制伺服电机6的转速；丝杆螺母带动砂轮以快进模式下降至接触工件，快进最大速度是20mm/s。

步骤二、当检测到工件的切割负载信号后，数字化控制器模块14伺服电机以工进模式切割工件，初始切割速度设定为3～7mm/s中的一个值，工进输出进给速度范围为0～10mm/s。

步骤三、在砂轮3切割工件过程中，通过电流互感器8检测三相交流电机9主回路的负载电流，反馈给数字化控制器模块14；数字化控制器模块14根据实际切割负载反馈与设定切割负载相比较的结果，利用PID控制算法调节伺服电机6的转速，使三相交流电机的负载电流值与设定值的偏差不超过1%。

该负载敏感型精密自动进给砂轮切割机的工作原理：

工件放置于夹具2的固定夹板和移动夹板之间，转动手柄带动驱动丝杆使移动夹板夹紧工件；数字化控制器模块14控制伺服电机6转速；传动丝杆11的旋转运动转变成砂轮3的竖直直线运动，使砂轮以快进模式下降至接触工件，快进最大速度是20mm/s，然后数字化控制器模块14控制伺服电机以工进模式切割工件，初始切割速度设定为3～7mm/s中的一个值，工进输出进给速度范围为0～10mm/s；通过电流互感器8检测三相交流电机9主回路的负载电流，反馈给数字化控制器模块14；数字化控制器模块14根据实际切割负载反馈与设定切割负载相比较的结果，利用PID控制算法调节伺服电机6的转速，来使三相交流电机的负载电流值一直处于设定值附近。导向机构12的高度可根据切割工件的最大直径设计；针对不同材料不同负载力的工况下，采集电流互感器8中的信号，调整数字化控制器模块14中的输出控制参数，使得砂轮切割机在不同的切割环境下，都能够很好的运行在设定的负载功率范围内，保证切割进给过程的速度精确化并延长了砂轮的寿命，实现该负载敏感型精密自动进给砂轮切割机的精密、自动进给切割加工。

Claims (3)

1.负载敏感型精密自动进给砂轮切割机，包括夹具、砂轮、伺服电机、带传动机构、电流互感器、三相交流电机、安装座、传动丝杆、导向机构、基座和数字化控制器模块，其特征在于：

所述的夹具包括固定夹板、移动夹板、手柄和驱动丝杆，固定夹板通过螺栓固定在基座上；驱动丝杆支承在基座上，內端与移动夹板固定，外端设有手柄；所述的移动夹板与固定夹板相对设置；所述导向机构的下端通过螺栓固定在基座上；连接板的一端与导向机构构成滑动副，另一端与丝杆螺母的外侧壁固定；所述的丝杆螺母与传动丝杆通过螺纹副连接；所述传动丝杆的两端均通过轴承支承在导向机构上，且顶端通过联轴器与伺服电机的输出轴连接；所述伺服电机的底座固定在导向机构上；安装座固定在连接板上；所述三相交流电机的底座固定在安装座上，其输出轴通过带传动机构输出动力给砂轮；所述的电流互感器固定在三相交流电机的保护壳上；电流互感器的初级绕组串接在三相交流电机的主回路上，次级绕组的信号输出端口通过数据传输线与数字化控制器模块相连；所述的数字化控制器模块通过数据传输线与伺服电机的控制端相连；

所述的数字化控制器模块为伺服电机驱动模块或常速驱动模块；数字化控制器模块通过闭环反馈系统控制伺服电机的步骤如下：

步骤一、数字化控制器模块控制伺服电机的转速；丝杆螺母带动砂轮以快进模式下降至接触工件；

步骤二、当检测到工件的切割负载信号后，数字化控制器模块伺服电机以工进模式切割工件，初始切割速度设定为3～7mm/s中的一个值，工进输出进给速度范围为0～10mm/s；

步骤三、在砂轮切割工件过程中，通过电流互感器检测三相交流电机主回路的负载电流，反馈给数字化控制器模块；数字化控制器模块根据实际切割负载反馈与设定切割负载相比较的结果，利用PID控制算法调节伺服电机的转速，使三相交流电机的负载电流值与设定值的偏差不超过1％。

2.根据权利要求1所述的负载敏感型精密自动进给砂轮切割机，其特征在于：所述传动丝杆的顶端通过固定端轴承支承在导向机构上，底端通过支撑端轴承支承在导向机构上。

3.根据权利要求1所述的负载敏感型精密自动进给砂轮切割机，其特征在于：所述的丝杆螺母带动砂轮的快进最大速度是20mm/s。