CN203791776U - 一种慢走丝线切割机恒速恒张力智能控制机构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种慢走丝线切割机恒速恒张力智能控制机构，包括供丝机构、收丝机构、张力控制机构、转速控制机构和导丝机构，所述的供丝机构包括供丝绕线轴和供丝电机，所述的收丝机构包括收丝绕线轴和收丝电机，所述的张力控制机构包括张力控制电机、张力轮、压紧轮、张力传感器和张力控制器，所述的转速控制机构包括排丝轮、速度控制电机、脉冲编码器和速度控制器，所述的导丝机构包括长导线轮、电极丝导向器和导线轮；所述的张力控制机构和转速控制机构均采用自适应模糊PID系统控制。本实用新型可实现对切割机床的高稳定性和高精确性控制，能有效提升切割机的加工质量和加工效益，显著减少加工过程中断线故障率，从而提高企业生产效益。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种加工控制领域，具体地说是一种慢走丝线切割机恒速恒张力智能控制机构。
背景技术
电火花线切割加工是利用金属电极丝（钼丝﹑钨钼丝）与工件构成的两个电极之间进行脉冲火花放电时产生的电腐蚀效应来对工件进行加工，以达到材料切割的目的。其基本原理如下：被加工的工件接高频脉冲电源的正极，电极丝接负极。脉冲电源发出一连串的脉冲电压，加到工件和电极丝上。电极丝与工件之间有足够的具有一定绝缘性的工作液。当电极丝与工件之间的距离小到一定程度时，在脉冲电压的作用下，工作液被电离击穿，在电极丝与工件之间形成瞬时的放电通道，产生瞬时高温，使金属局部熔化甚至汽化而被蚀除下来。若工作台带动工件不断进给，就能切割出所需的形状。
随着电火花线切割加工技术的不断进步，对工件的加工精度和表面粗糙度的要求越来越苛刻，对走丝系统的要求也越来越高。近年来慢走丝电火花线切割机床的发展极为迅速，在加工精度、表面粗糙度及切割速度等方面的研究已有较大突破，对切割机控制系统的稳定性和精确性也提出了更高的要求。走丝机构的恒速恒张力控制是衡量慢走丝线切割机床性能的一项重要指标，直接影响着工件的加工精度和加工表面质量。而现有的控制机构对切割机床控制的稳定性和精确性还不够，无法满足高水平电火花切割加工技术的要求，加工过程中断线故障率高，影响生产效率。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种慢走丝线切割机恒速恒张力智能控制机构。
本实用新型要解决现有的控制机构对切割机床控制的稳定性和精确性还不够，无法满足高水平电火花切割加工技术的要求，加工过程中断线故障率高，影响生产效率的问题。
本实用新型的技术方案是: 一种慢走丝线切割机恒速恒张力智能控制机构，包括供丝机构、收丝机构、张力控制机构、转速控制机构和导丝机构，所述的供丝机构包括供丝绕线轴和供丝电机，所述的收丝机构包括收丝绕线轴和收丝电机，所述的张力控制机构包括张力控制电机、张力轮、压紧轮、张力传感器和张力控制器，所述的转速控制机构包括排丝轮、速度控制电机、脉冲编码器和速度控制器，所述的导丝机构包括长导线轮、电极丝导向器和导线轮；所述的张力控制机构和转速控制机构均采用自适应模糊PID系统控制。
所述的供丝电机连接供丝绕线轴，所述的长导线轮设于所述供丝绕线轴和张力控制机构之间；所述的张力控制电机连接张力轮，所述压紧轮贴于张力轮的两侧，所述张力传感器连接张力控制器，张力控制器的另一端连接张力控制电机；所述的电极丝导向器设于张力控制机构的下方，所述电极丝导向器包括上部导向器和下部导向器，所述的上部导向器和下部导向器之间设有工作台；所述的导线轮设于下部导向器的下方；所述的速度控制机构设于导线轮的左侧，所述排丝轮包括主动排丝轮和从动排丝轮，所述速度控制电机连接主动排丝轮，所述的脉冲编码器一端由所述速度控制电机引出，另一端连接速度控制器的一端，速度控制器的另一端连接速度控制电机；所述收丝电机连接收丝绕线轴，所述收丝绕线轴设于排丝轮的左侧。
所述的供丝绕线轴上预装电极丝，电极丝由供丝绕线轴输出；所述电极丝经过所述长导线轮的外侧后由张力轮的下侧进入张力控制系统，沿逆时针方向在张力轮上绕一圈且位于压紧轮和张力轮之间，后通过张力传感器且依次经过上部导向器、工作台、下部导向器后沿导线轮的外侧进入所述排丝轮之间，最后由收丝绕线轴收丝。
本实用新型的有益效果为：本实用新型运行过程中，金属电极丝由丝架支撑，通过电极丝自动卷绕机构中两个卷筒的夹送作用，确保金属电极丝以一定的速度运行；并依靠张力控制机构和转速控制机构，在一定范围内调整张力与转速，使电极丝保持一定的速度，稳定地运行。所述的张力控制机构和转速控制机构均采用自适应模糊PID系统控制，控制器的结构主要由参数可调PID控制器和模糊推理系统两部分构成。采用自适应模糊PID控制方法设计的控制机构能实现对慢走丝线切割机的张力和转速的精确控制，有效提升了慢走丝线切割机的加工质量和加工效益，显著减少加工过程中断线故障率，从而提高企业生产效益。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图。
图2是自适应模糊PID速度控制器原理图。
图3是自适应模糊PID张力控制器原理图。
图4是电火花线切割加工原理图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。
如图所示，它包括供丝机构、收丝机构、张力控制机构、转速控制机构和导丝机构，所述的供丝机构包括供丝绕线轴2和供丝电机1，所述的收丝机构包括收丝绕线轴20和收丝电机19，所述的张力控制机构包括张力控制电机7、张力轮6、压紧轮5、张力传感器9和张力控制器8，所述的转速控制机构包括排丝轮、速度控制电机16、脉冲编码器14和速度控制器15，所述的导丝机构包括长导线轮4、电极丝导向器和导线轮13；所述的张力控制机构和转速控制机构均采用自适应模糊PID系统控制。
本实施例中，所述的供丝电机1连接供丝绕线轴2，所述的长导线轮4设于所述供丝绕线轴2和张力控制机构之间；所述的张力控制电机7连接张力轮6，所述压紧轮5贴于张力轮6的两侧，所述张力传感器9连接张力控制器8，张力控制器8的另一端连接张力控制电机7；所述的电极丝导向器设于张力控制机构的下方，所述电极丝导向器包括上部导向器10和下部导向器12，所述的上部导向器10和下部导向器12之间设有工作台11；所述的导线轮13设于下部导向器12的下方；所述的速度控制机构设于导线轮13的左侧，所述排丝轮包括主动排丝轮17和从动排丝轮18，所述速度控制电16机连接主动排丝轮17，所述的脉冲编码器14一端由所述速度控制电机16引出，另一端连接速度控制器15的一端，速度控制器的另一端连接速度控制电机16；所述收丝电机19连接收丝绕线轴20，所述收丝绕线轴20设于主动排丝轮17和从动排丝轮18的左侧。
本实施例中，所述的供丝绕线轴2上预装电极丝3，电极丝3由供丝绕线轴2输出；所述电极丝3经过所述长导线轮4的外侧后由张力轮6的下侧进入张力控制系统，沿逆时针方向在张力轮6上绕一圈且位于压紧轮5和张力轮6之间，后通过张力传感器9且依次经过上部导向器10、工作台11、下部导向器12后沿导线轮13的外侧进入主动排丝轮17和从动排丝轮18之间，最后由收丝绕线轴20收丝。
自适应模糊PID控制系统结构及原理：
自适应模糊PID控制系统包括张力控制系统和速度控制系统。参数自适应模糊PID控制器的系统结构主要由参数可调PID控制器和模糊推理系统两部分构成。
速度控制原理：速度控制器15设定转速，脉冲编码器14在线检测伺服电机（速度控制电机16）转速，将测得的转速值与设定值比较，采用PID控制器22（速度控制器15）实现对伺服电机（速度控制电机16）转速的控制。模糊推理系统21以转速误差e 1（即转速值与设定值偏差）和误差变化率d e1/d t 作为输入，采用模糊规则对PID参数k p1、k i1、k d1进行在线整定，以满足在不同的误差e 1和误差变化率d e1/d t 的情况下对控制器参数的不同要求，进而调整 PWM 的占空比，最后在伺服电机驱动电路的作用下调整速度控制电机16转速，使转速的偏差趋于零，达到恒速目的。使被控对象具有良好的静态和动态性能。
张力控制原理：张力控制器8设定张力值，张力传感器9实时检测电极丝3张力大小，张力控制器8将张力传感器9反馈回的张力值与设定值进行比较，若所测量的张力值与设定值存在偏差，则通过PID控制器25（张力控制器8）实现对电极丝3张力的控制。模糊推理系统24以张力误差e 2（即张力值与设定值偏差）和误差变化率d e2/d t 作为输入，采用模糊规则对PID参数k p2、k i2、k d2进行在线整定，以满足在不同的误差e 2和误差变化率d e2/d t 的情况下对控制器参数的不同要求，进而调整 PWM 的占空比。最后在伺服电机驱动电路的作用下调整张力伺服电机（张力控制电机7）的转速，使张力达到设定值并继续保持恒定。使被控对象具有良好的静态和动态性能。
基于所设计的控制系统，可完成以下具体指标：(1) 实现电极丝往复切割，切割往复行程可参数设定；(2) 切割过程能依照脉冲编码器和张力传感器反馈，实现恒速度恒张力控制。具体为：电极丝张力控制精度≤0.1％，转速控制精度≤0.2％，对干扰的响应时间为0.01S，超调量小于5%；(3) 电极丝切割速度参数化可调。
Claims (3)
1.一种慢走丝线切割机恒速恒张力智能控制机构，包括供丝机构、收丝机构、张力控制机构、转速控制机构和导丝机构，其特征在于所述的供丝机构包括供丝绕线轴和供丝电机，所述的收丝机构包括收丝绕线轴和收丝电机，所述的张力控制机构包括张力控制电机、张力轮、压紧轮、张力传感器和张力控制器，所述的转速控制机构包括排丝轮、速度控制电机、脉冲编码器和速度控制器，所述的导丝机构包括长导线轮、电极丝导向器和导线轮；所述的张力控制机构和转速控制机构均采用自适应模糊PID系统控制。
2.根据权利要求1所述的一种慢走丝线切割机恒速恒张力智能控制机构，其特征在于所述的供丝电机连接供丝绕线轴，所述的长导线轮设于所述供丝绕线轴和张力控制机构之间；所述的张力控制电机连接张力轮，所述压紧轮贴于张力轮的两侧，所述张力传感器连接张力控制器，张力控制器的另一端连接张力控制电机；所述的电极丝导向器设于张力控制机构的下方，所述电极丝导向器包括上部导向器和下部导向器，所述的上部导向器和下部导向器之间设有工作台；所述的导线轮设于下部导向器的下方；所述的速度控制机构设于导线轮的左侧，所述排丝轮包括主动排丝轮和从动排丝轮，所述速度控制电机连接主动排丝轮，所述的脉冲编码器一端由所述速度控制电机引出，另一端连接速度控制器的一端，速度控制器的另一端连接速度控制电机；所述收丝电机连接收丝绕线轴，所述收丝绕线轴设于排丝轮的左侧。
3.根据权利要求2所述的一种慢走丝线切割机恒速恒张力智能控制机构，其特征在于所述的供丝绕线轴上预装电极丝，电极丝由供丝绕线轴输出；所述电极丝经过所述长导线轮的外侧后由张力轮的下侧进入张力控制系统，沿逆时针方向在张力轮上绕一圈且位于压紧轮和张力轮之间，后通过张力传感器且依次经过上部导向器、工作台、下部导向器后沿导线轮的外侧进入所述排丝轮之间，最后由收丝绕线轴收丝。
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