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卷板機(jī)床電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì) |
| 發(fā)布時(shí)間：2018/12/24 |
卷板機(jī)床電氣自動(dòng)控制的發(fā)展與電力拖動(dòng)和電氣自動(dòng)控制的發(fā)展緊密相聯(lián)。
1．卷板機(jī)床電力拖動(dòng)的發(fā)展與分類
20世紀(jì)初期，由于發(fā)明了電動(dòng)機(jī)，使得卷板機(jī)床的拖動(dòng)也發(fā)生了根本性的變革，用電動(dòng)機(jī)代替了蒸汽機(jī)。隨著電動(dòng)機(jī)的發(fā)展，卷板機(jī)床的電力拖動(dòng)也步入了一個(gè)嶄新的時(shí)代。
1)成組拖動(dòng)
19世紀(jì)末，交、直流電動(dòng)機(jī)相繼出現(xiàn)，最初是由電動(dòng)機(jī)直接代替蒸汽機(jī)，即由一臺(tái)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)一組卷板機(jī)床，稱為成組拖動(dòng)。一臺(tái)電動(dòng)機(jī)經(jīng)天軸(或地軸)由皮帶傳動(dòng)給若干臺(tái)卷板機(jī)床工作。由于這種方式存在傳動(dòng)路線長(zhǎng)、效率低、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、生產(chǎn)靈活性小、工作中極不安全等缺點(diǎn)，目前已被淘汰。
2)單電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)
20世紀(jì)20年代，出現(xiàn)了單獨(dú)拖動(dòng)形式，即由一臺(tái)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)一臺(tái)卷板機(jī)床，稱為單電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。一臺(tái)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)一臺(tái)卷板機(jī)床，較之成組拖動(dòng)簡(jiǎn)化了傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，縮短了傳動(dòng)路徑，降低了能量傳遞中的損失，提高了傳動(dòng)效率，同時(shí)也充分利用電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性能，并易手實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，對(duì)卷板機(jī)床運(yùn)動(dòng)控制的要求越來(lái)越高，現(xiàn)在已很少采用單電機(jī)拖動(dòng)。
3)多電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)
由于生產(chǎn)的發(fā)展，卷板機(jī)床的運(yùn)動(dòng)要求增多，卷板機(jī)床在結(jié)構(gòu)上有所改變，隨著卷板機(jī)床自動(dòng)化程度的提高和重型卷板機(jī)床的發(fā)展，卷板機(jī)床的相關(guān)技術(shù)要求提高，出現(xiàn)了采用多臺(tái)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)一臺(tái)卷板機(jī)床(如銑床)、十余臺(tái)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)一臺(tái)重型卷板機(jī)床(如龍門刨床)的拖動(dòng)方式，這樣縮短了卷板機(jī)床的傳動(dòng)鏈，實(shí)現(xiàn)了各工作部件運(yùn)動(dòng)的自動(dòng)化。當(dāng)前重型卷板機(jī)床、組合卷板機(jī)床、數(shù)控卷板機(jī)床、自動(dòng)線等均采用多電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的方式。
采用多電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)以后，不但簡(jiǎn)化了卷板機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)，提高了傳動(dòng)效率，各運(yùn)動(dòng)部件還能選擇最合理的運(yùn)動(dòng)速度，縮短了加工時(shí)間，而且便于分別控制，易于實(shí)現(xiàn)各運(yùn)動(dòng)部件的自動(dòng)化，提高卷板機(jī)床整體的自動(dòng)化程度。多電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)已經(jīng)成為現(xiàn)代卷板機(jī)床基本的拖動(dòng)方式。
4)直／交流無(wú)級(jí)調(diào)速
由于電氣無(wú)級(jí)調(diào)速具有可靈活選擇最佳切削用量和簡(jiǎn)化機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)等優(yōu)點(diǎn)，20世紀(jì)30年代出現(xiàn)了交、直流電動(dòng)機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速，其中直流電動(dòng)機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速系統(tǒng)至今還在重型卷板機(jī)床上應(yīng)用。20世紀(jì)60年代以后，大功率晶閘管的問(wèn)世和變流技術(shù)的發(fā)展，又出現(xiàn)了晶閘管直流電動(dòng)機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速系統(tǒng)j它較之前者，具有效率高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、占地面積d、等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)前在數(shù)控卷板機(jī)床、磨床及仿形等卷板機(jī)床中已得到廣泛應(yīng)用。由于逆變技術(shù)的出現(xiàn)和高壓大功率管的問(wèn)世，20世紀(jì)80年代以來(lái)交流電動(dòng)機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速系統(tǒng)有了迅速發(fā)展，它利用改變交流電的頻率等來(lái)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的無(wú)級(jí)調(diào)速。交流電動(dòng)機(jī)無(wú)電刷與換向器，較之直流電動(dòng)機(jī)易于維護(hù)且壽命長(zhǎng)，是將來(lái)的主要發(fā)展方向。
2．卷板機(jī)床電氣控制系統(tǒng)的分類；
在卷板機(jī)床調(diào)速控制技術(shù)的發(fā)展過(guò)程中，電氣控制技術(shù)也由手動(dòng)方式逐步向自動(dòng)控制方式發(fā)展。
1)邏輯控制系統(tǒng)
邏輯控制系統(tǒng)又稱開(kāi)關(guān)量或斷續(xù)控制系統(tǒng)。邏輯代數(shù)是理論基礎(chǔ)，采用具有兩個(gè)穩(wěn)定工作狀態(tài)的各種電器和電子器件構(gòu)成各種邏輯控制系統(tǒng)，按自動(dòng)化程度的不同可分為手動(dòng)控制、自動(dòng)控制兩種
(1)手動(dòng)控制：在電氣控制的初期，大多采用電氣開(kāi)關(guān)、按鈕等對(duì)卷板機(jī)床電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、停止、反向等進(jìn)行手動(dòng)控制，現(xiàn)在砂輪機(jī)、臺(tái)鉆等動(dòng)作簡(jiǎn)單的小型卷板機(jī)床仍在采用。
(2)自動(dòng)控制：按其控制原理與采用電氣元件的不同又可分為如下幾類。
①繼電器接觸器自動(dòng)控制系統(tǒng)：多數(shù)通用卷板機(jī)床至今仍采用繼電器、接觸器、按鈕開(kāi)關(guān)等電氣元件組成的自動(dòng)控制系統(tǒng)。它具有直觀、易掌握、易維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，但功耗大、體積大，并且改變控制順序工作循環(huán)較為困難，如果要改變，需重新設(shè)計(jì)電路。
②順序控制器控制：由集成電路組成的順序控制器具有程序變更容易、程序存儲(chǔ)量大、通用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于組合卷板機(jī)床、自動(dòng)線等。20世紀(jì)60年代末，又出現(xiàn)了具有運(yùn)算功能和較大功率輸出能力的可編程控制器，它是由大規(guī)模集成電路、電子開(kāi)關(guān)、晶閘管等組成的專用微型電子計(jì)算機(jī)，用它可代替大量的繼電器，并且功耗小、質(zhì)量輕，目前已經(jīng)廣泛地運(yùn)用在數(shù)控卷板機(jī)床等設(shè)備中。
③可編程控制器控制：隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，又出現(xiàn)了以微型計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的，具有編程、存儲(chǔ)、邏輯控制及數(shù)字運(yùn)算功能的可編程控制器PLC。PLC的設(shè)計(jì)以工業(yè)控制為目標(biāo)，接線簡(jiǎn)單、通用性強(qiáng)、編程簡(jiǎn)易、抗干擾能力強(qiáng)、工作可靠。它一問(wèn)世即以其強(qiáng)大的生命力，大面積地占領(lǐng)傳統(tǒng)的控制領(lǐng)域，PLC的發(fā)展方式之一是微型、簡(jiǎn)易、價(jià)廉，以圖取代傳統(tǒng)的繼電器控制；而它的另一個(gè)發(fā)展方向是大容量、高速、高性能，對(duì)大規(guī)模復(fù)雜控制系統(tǒng)進(jìn)行綜合控制。PLC用于數(shù)控卷板機(jī)床的外圍輔助電氣的控制，稱為可編程序卷板機(jī)床控制器。在很多數(shù)控系統(tǒng)中稱為PMC(Programmable Machine Tool Controller)。
④數(shù)字控制：20世紀(jì)中期，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)信息處理、數(shù)據(jù)處理，以及電子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，給自動(dòng)化技術(shù)帶來(lái)了新的概念，用數(shù)字化信號(hào)對(duì)卷板機(jī)床運(yùn)動(dòng)及其加工過(guò)程進(jìn)行控制，推動(dòng)了卷板機(jī)床自動(dòng)化的發(fā)展。也是在此期間，美國(guó)麻省理工學(xué)院研制出世界上第一臺(tái)數(shù)控卷板機(jī)床。它是由電子計(jì)算機(jī)按照預(yù)先編好的程序，對(duì)卷板機(jī)床實(shí)行自動(dòng)化的數(shù)字控制。數(shù)控卷板機(jī)床既有專用卷板機(jī)床生產(chǎn)率高的優(yōu)點(diǎn)，又兼有通用卷板機(jī)床工藝范圍廣、使用靈活的特點(diǎn)，并且還具有能自動(dòng)加工復(fù)雜的成形表面、精度高等優(yōu)點(diǎn)，因而它具有強(qiáng)大的生命力，發(fā)展前景廣闊。
數(shù)控卷板機(jī)床的控制系統(tǒng)最初是由硬件邏輯電路構(gòu)成的專用數(shù)控裝置NC，但其成本昂貴，工作可靠性差，邏輯功能固定。隨著電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展，又出現(xiàn)了DNC(Direct NumericalContr01)，CNC(Computer Numerical Contr01)、MNC(Micro--Computer Numerical Contr01)，AC(Adaptive Contr01)等數(shù)控系統(tǒng)。
2)連續(xù)控制系統(tǒng)
對(duì)物理量(如電壓、轉(zhuǎn)速等)進(jìn)行連續(xù)自動(dòng)控制的系統(tǒng)，又稱模擬控制系統(tǒng)，這類系統(tǒng)一般具有負(fù)反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)。常伴有功率放大的特點(diǎn)，并且精度高、功率大、抗干擾能力強(qiáng)。例如，直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)卷板機(jī)床主軸實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速的系統(tǒng)，交、直流伺服電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)數(shù)控卷板機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)和工業(yè)機(jī)器人的系統(tǒng)均屬連續(xù)控制系統(tǒng)。
3)混合控制系統(tǒng)
同時(shí)采用數(shù)字控制和模擬控制的系統(tǒng)稱為混合控制系統(tǒng)，數(shù)控卷板機(jī)床、機(jī)器人的控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)多屬于這類控制系統(tǒng)，數(shù)控卷板機(jī)床由數(shù)字電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換器和功率放大器等裝置、驅(qū)動(dòng)伺服電動(dòng)機(jī)及主軸電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)卷板機(jī)床執(zhí)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)生所需的運(yùn)動(dòng)。
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