一種恒張力控制機構(gòu)的設計

饒立

摘 要：根據(jù)快走絲電火花線切割機床在現(xiàn)有技術(shù)中線電極張力控制存在的問題，設計了一種松弛邊阻滯式恒張力控制裝置。在安裝線電極時，根據(jù)工藝條件的需要量化設定初始張力大小，并且可以適時顯示.線電極工作時，張力可以在線檢測，適時補償保證張力恒定。

關(guān)鍵詞：線電極張力 量化顯示 適時補償

中圖分類號：TH112.5；TH113 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）02（c）-0124-021 整體設計思路

擬開發(fā)的快走絲線切割機，鉬絲的恒張力控制系統(tǒng)主要由以下三個部分組成：張力采樣信號放大部分、張力的伺服控制調(diào)節(jié)部分、張力顯示部分組成。

當鉬絲張力的大小由于某種原因發(fā)生波動時，通過設置在切割端的力傳感器，將檢測到的張力變化轉(zhuǎn)換為電壓信號，經(jīng)運算放大器放大后，一部分經(jīng)過A/D芯片和液晶顯示器便可得到和看到張力大小；另一部分通過電壓比較器和給定值進行比較，得到偏差值。那么張力存在兩種情況，要么過小、要么過大，這都需要進行調(diào)整。當張力過小表明鉬絲處于松弛狀態(tài)，電壓比較器輸出高電平信號接入電液伺服閥的一個線圈，進而控制輸入液壓缸的液體的流量，驅(qū)動張力調(diào)整機構(gòu)動作，使鉬絲張緊，使張力回復到原限定值；當張力過大時，電壓比較器輸出高電平信號接入電液伺服閥的另一個線圈，電液伺服閥向相反的方向動作，張力調(diào)整機構(gòu)動作，使鉬絲變松馳回復到其原來原限定值。以此達到顯示與控制張力的目的。

其控制系統(tǒng)的原理圖、方框圖見圖1和圖2。

本設計要求：在機床開始運行前能顯示鉬絲張力的初值，根據(jù)加工時的需要調(diào)節(jié)張力大小，在加工過程中，能隨時顯示張力大小并適時調(diào)整，防止張力的不穩(wěn)，保證加工精度和質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率。這樣不論是不同直徑的鉬絲還是加工中的各種干擾都可以方便的調(diào)節(jié)張力的大小，達到恒張力控制的目的。

2 機械部分的設計方案

在這個鉬絲恒張力的閉環(huán)控制系統(tǒng)中，張力的機械調(diào)節(jié)裝置是其執(zhí)行部分，其設計的主要要求為：能滿足整個控制系統(tǒng)的設計要求，與液壓部分相連，運行靈活、平穩(wěn)、振動小、結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、在斷絲時機構(gòu)能激活機床的制動裝置等。

（1）確定機構(gòu)裝置的結(jié)構(gòu)設計方案。

①單導輪調(diào)節(jié)。

隨著鉬絲的松緊，導輪所處的位置不同，形成的角度是個變量。所以鉬絲張力隨著角度的改變而變化。這種結(jié)構(gòu)在實際使用中不能完全達到鉬絲運行過程中內(nèi)部張力完全一致，既不能產(chǎn)生恒張力。那么在本設計整體方案中有液壓部分與機械部分相連，由液壓缸與機械裝置的連桿來調(diào)節(jié)張力大小，利用單導輪在上、下方向的運動及角度的變化可以調(diào)整張力大小。當力傳感器檢測到張力過大或過小時，導輪在液壓缸驅(qū)動下沿導軌向上或向下運動，直到達到給定張力值為止。

②雙導輪調(diào)節(jié)。

當運絲系統(tǒng)正向運轉(zhuǎn)時，由于換向沖擊載荷的作用，導輪2可隨其絲動作向上繞其轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，以使導輪1、2受力達到平衡，協(xié)調(diào)了載荷的沖擊變化。當運絲系統(tǒng)反向運轉(zhuǎn)時，由于換向沖擊載荷的作用導輪1可隨絲動作向上繞其轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，也能使導輪1、2受力達到平衡，緩解了沖擊載荷的變化。也能滿足恒張力控制。

以上所述可以看出單導輪調(diào)節(jié)和雙導輪調(diào)節(jié)都可以滿足整體設計要求，因整體設計中已有張力傳感器、電液伺服閥和液壓缸可檢測、緩解沖擊載荷的變化，且張力調(diào)節(jié)裝置部分設計機構(gòu)越簡單，越不容易在運行過程中出錯。所以選擇單導輪調(diào)節(jié)，既保持了張力的恒定，又能滿足整體設計要求。

（2）張力大小的預先確定。

由于鉬絲張力的大小對運行時鉬絲的振幅和加工穩(wěn)定性影響很大，直接影響到加工精度，所以在不引起斷絲的情況下，張力T的值在其最大拉力的范圍內(nèi)盡可能取大些。應用幾何學黃金分割法，張力取鉬絲最大拉力F的0.382～0.618之間（通常鉬絲直徑小時取值接近上限，直徑較大時取值接近下限）。因此，對常用直徑的鉬絲（0.1mm～0.2mm），其張力可參考（表1）來選取。

（3）確定張力調(diào)節(jié)裝置的結(jié)構(gòu)設計。

導輪和導輪的軸承選標準件。為了使運行時導輪的滑行平穩(wěn)、靈活，導輪與軸柱之間采用導軌，起到支承調(diào)節(jié)裝置的作用。軸柱部分因裝配因素分成兩段，之間用螺栓連接。在軸柱與杠桿之間的連接采取螺栓加墊圈連接，這樣可以達到連接牢固的目的。為了使運行端與液壓部分相連時能平穩(wěn)、靈活的運動，選擇了鉸鏈機構(gòu)。液壓缸的驅(qū)動桿與調(diào)節(jié)裝置的杠桿，以及杠桿與固定支架的連接也采用鉸鏈。

在調(diào)節(jié)設定張力時，超過鉬絲極限，也應進行保護。有兩種方式，①閉和開關(guān)；②對電液伺服閥進行手動調(diào)節(jié)。如加工過程中鉬絲突然斷絲，需緊急制動，因原機床上已有制動開關(guān)，在軸柱上朝制動開關(guān)方向安裝一個桿，當斷絲時桿觸碰到制動開關(guān)使機床停機，達到制動的目的。

綜上所述采用力傳感器檢測鉬絲張力的波動，與給定值比較，得到偏差值，通過電放大器，電液伺服閥等進行適時調(diào)整，由張力調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)鉬絲張力大小，形成一個閉環(huán)控制系統(tǒng)，實現(xiàn)恒張力控制。該方案并且可以實現(xiàn)定量選擇張力初值，及適時顯示加工狀態(tài)時的張力值，是一個改造快走絲線切割機床恒張力機構(gòu)，提高鉬絲張力控制精度的可行方案。

致謝：本材料力學實驗教學改革的研究項目經(jīng)費來自江漢大學機電與建筑工程學院院級課題SY002{2013}

參考文獻

[1] 朱吉象.高速走絲線切割機恒張力機構(gòu)研究[J].作電加工與模具，1996（6）：30-32.

[2] 陳劍，騰向陽，賀志新，電火花線切割機恒張力控制系統(tǒng)的研究[J].電加工與模具，2007（1）：61-63.endprint