自动进给控制电渣熔铸机自耗电极自动进给控制系统的研制

结合自动电渣熔铸机的研制，提出一种电渣熔铸机自耗电极自动进给系统的控制方案，介绍了:采用PLC作为主控制器的自耗电极协调控制及PWM控制方式的自耗电极伺服系统的设计实现。

自动进给控制对自耗电极进给控制的要求及控制流程

1、启动熔铸过程前，必须A轴夹紧B轴放松或B轴夹紧A轴放松。为防止运动机械损坏，A轴夹持器夹紧到位后B轴夹持器必须放松，反之亦然。

2、仅当在一个轴夹紧，另一个轴放松的状态下，才允许停止，即在夹紧放松交接过程中，不允许停止 ， 防止自耗电极掉落。

3、伺服进给是当前夹紧轴进给，通过对伺服电机的控制，获得进给的速度，以保证熔铸电流稳定。在进给的同时，放松轴自动快速向上运动，碰到上限位行程开关自动停止，等待下次交接。

4、进给到下限位置(夹持器碰到下限位行程开关)时，A/B轴自动交换。

5、当夹持器上升到顶部限位开关时，系统自动停止工作。

在进人自动熔铸前，为了便于人工调整，须有手动控制功能。手动控制除了具备类似于自动控制时的有关约束和进给循环交替工作流程外，还应有A、B轴可单独点动放松、夹以便自耗电极的放入或撤离。另与自动状态不同的是A、B轴上升下降均为快速上升、下降。由自动工作状态转为手动调整工作状态时，原自动工作状态下的各轴将停止运动。反之亦然。

自动进给控制伺服电机控制

A、B伺服电机的运行均有2种状况：

1、手动调整的全电压运行，由上升下降继电器控制，实现A、B轴快升、快降;

2、自动工作时，若处于伺服进给状态，由PWM方式控制实现自动进给，进给至下限位位置，由上升继电器控制快速上升。伺服电机的主电路连接中所标常开触点均为PLC硬件接口中相应继电器的常开主触点。

在自动熔铸时，必须维持熔铸电流在某一定值。而熔铸电流的大小与自耗电极插人渣池的深度和电渣的化学成分有关。在电渣化学成分一定时，电极入渣池越深，电流越大;反之，电流越小。因此，电路电流的大小可由电极在渣池中的位置(即极间距)决定。由此可知，电流控制可转换为位置控制。通过测量熔铸的电流(其大小反映自耗电极插人渣池中的深度)与给定的熔铸电流相比较，其误差控制电机的转角量，从而控制自耗电极在渣池中的位置。因此，自耗电极自动进给伺服系统为一位置随动系统。系统原理中PWM信号发生器用SG3524实现，其输出接成单极性输出方式，扩大了输出脉冲占空比的调节范围。 2100433B

针对传统砂轮切割机不能自动调整进给速度来适应工件截面尺寸的变化，设计了基于PID控制器的砂轮切割机进给自动控制系统。该系统可以通过检测切割力及时调整进给速 度，使切割力保持在设定值附近；在 不损坏砂轮片的情况下，尽快切割完工件，从而节约能源而又保护了砂轮片。其控制过程是当切割力小于设定值时增加进给速度，切割力接近或大于设定值时降低进给速度。该系统利用PLC的PID指令控制砂 轮 切 割 机 的进给速度，以切割力为控制目标，进给速度为PID控制器的输出，实现了进给速度的自动调整。操作人员不需要根据实际工件的截面尺寸来设定切割速度，只需根据砂轮片能承受的最大切割力来设定最大切割力和最大进给速度，进给自动控制系统可以根据实际切割力自动调整进给速度。实践表明，采用PID控制砂轮切 割 机 的 进 给速度切实可行，提高了切割效率，具有一定的实用价值。

自动进给控制进给自动控制系统构成

自动砂轮切割机进给速度控制系统，由PLC、步进电机、步进驱动器、滚动丝杠副、力传感器等构成。切割时由PLC发出一定频率的脉冲到步进驱动器，再由驱动器驱动步进电机，步进电机带动滚动丝杠旋转，经过滚动丝杠副将旋转运动转化为直线进给运动。其中力传感器测量当前切割力，将测量到的切割力通过A/D转换模块输入到PLC，再经PLC进行 PID运算，输出控制量，再转化为输出脉冲频率值，控制步进电机的转速，从而控制进给速度。

自动进给控制进给自动控制原理

为了实现砂轮切割机进给速度的自动控制，应该时时采集当前切割力，PID控制器的目标是根据当前切割力和设定的允许最大切割力输出当前进给速度。所以PID控制指令的目标值即为设定的最大切割力，当前切割力通过装在工作台上的力传感器来测量，通过PLC的A/D转换模块将其转换为数字信号，再经过数据转换，将其单位转换为牛顿送到PID控制器的测定值寄存器，经过PID运算后输出控制量。

根据PID输出的控制量和设定的最大进给速度来计算步进电机的脉冲频率值，f，A，A_max，S———分别表示PLC输出脉冲频率值，PID运算输出值，PID最大输出值，设定最大速度对应的频率值。PID的输出为数字量，将其进行数据转换即为步进电机的驱动脉冲频率，从而实现了进给速度的自动控制。

基于原理，进给速度自动控制系统实现的过程应该是这样的：初始砂轮片没有与工件接触，测量到的切割力为0，PID输出最大值，即以设定的最大进给速度进给。当砂轮片与工件接触后力传感器测量到切割力，当切割力达到设定的PID运算范围后PID运算开始起作用，随着切割力接近设定的最大切割力PID运算的输出开始减小。当超过最大切割力时输出为0，即停止进给。在砂轮片与工件接触过程中，切割力应该稳定在最大切割力附近，不应该有太大波动，但进给速度是时时变化的，实现了进给速度的自控控制。

车床尾座自动进给钻镗轴孔，在轴类零件中,有大量的轴中间有孔需加工。轴孔最常见的加工方法为:在车床尾座上装夹钻头。

手摇钻孔,然后在刀架上装镗刀,进行车镗加工。这种方法对较浅的油孔加工非常方便,加工精度也能保证。但对那些较深的轴孔,加工起来就很困难了。一方面,手摇尾座钻孔时,尾座套筒行程很短,当手摇进给达到套筒行程极限时,必须再摇回,将整个尾座前推,然后再手摇加工。如此反复进行,劳动强度极大,效率很低。另一方面,当钻完后需精加工时,由于受到刀架尺寸的限制,镗刀刀杆很细,若孔较深,则镗刀的刚度很差,加工精度就很差,甚至根本无法加工。

在车床上加工深孔,通常对刀杆刚度不足问题的解决方法是,特制一刀杆,装入尾座孔内,手摇尾座进行镗削,其加工过程与钻孔一样,需反复进行。这样,劳动强度仍然很大,更重要的是,由于需要反复间歇性进给,且手摇进给速度也不可能很均匀,加工精度和表面粗糙度都较差,达不到较高的质量要求。 因此,对一般的小型工厂而言,加工轴类深孔的最佳解决办法是将车床稍加改装,使尾座能够自动进给。

要使车床尾座能够自动进给,可以设计多种改进方案,其中最简单的一种办法是将尾座与大拖板之间加装接板进行刚性联接,这样,当大拖板进行纵向进给时,尾座随之前进,实现了尾座的机动进给。

利用该方法应注意下面的问题:平时,当尾座锁紧手柄处于放松位置时,尾座下面的锁紧压块与车床导轨之间有间隙。而当手柄处于锁紧位置时,压块被压紧在导轨上,摩擦力很大。所以,必须调节压块上的调节螺母,使尾座锁紧手柄在锁紧位时,压块与导轨之间既无间隙,又无锁紧力。

利用这种方法,能够实现车床机动进给加工深孔,既提高了加工质量和生产率,同时又大大减轻了工人的劳动强度。而且机床本身几乎未做任何改动,不需改进成本,不破坏车床原来的任何零部件。若要机床恢复原来的车削功能,只需拆下接板,再调节尾座下面压块的调节螺母回到原来位置即可,非常方便。

开环控制系统没有位置检测元件，伺服驱动部件通常为反应式步进电动机或混合式伺服步进电动机。数控系统每发出一个进给指令脉冲，经驱动电路功率放大后，驱动步进电动机旋转一个角度，再经传动机构带动工作台移动。这类系统信息流是单向的，即进给脉冲发出去以后，实际移动值不再反馈回来，所以称为开环控制。

径向进给切槽是使刀具径向进给，在孔内切出沟槽的方法。

中文名称

径向进给切槽

英文名称

recessing with radial feed

定　　义

使刀具径向进给，在孔内切出沟槽的方法。

应用学科

机械工程（一级学科），切削加工工艺与设备（二级学科），切削加工工艺-典型表面加工-槽加工（三级学科）