數控切割機傳動裝置的優化設計探究

黃建蘭

摘? 要：數控技術是工業智能化的重要標志之一，它包含微電子、計算機、信息處理、自動檢測、自動控制等多種技術，具有高精度、高效率、智能化等特點。伴隨著現代科技的進步，數控技術在機床控制中廣泛應用，通過計算機實現對傳動裝置的自動控制，在制造業中應用廣泛。本文對數控切割機傳動裝置的優化進行深入分析，來提高數控切割機的切割精度和抗干擾性能，從而提升其工作效率。

關鍵詞：數控切割機? 傳動裝置? 優化? 研究

中圖分類號：TE973? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2020）10（a）-0052-03

Abstract： Numerical control technology is one of the important signs of industrial intelligence. It includes microelectronics， computer， information processing， automatic detection， automatic control and other technologies. It has the characteristics of high precision， high efficiency and intelligence. With the progress of modern science and technology， CNC technology is widely used in machine tool control. The automatic control of transmission device through computer is widely used in manufacturing industry. In this paper， the optimization of transmission device of CNC cutting machine is analyzed to improve the cutting accuracy and anti-interference performance of CNC cutting machine， so as to improve its working efficiency.

Key Words： CNC cutting machine; Transmission device; Optimization; Research

數控技術是工業智能化的重要標志之一，它包含微電子、計算機、信息處理、自動檢測、自動控制等多種技術，具有高精度、高效率、智能化等特點。隨著數字信息技術和電子技術的高速發展，工業生產已經向著智能化、電子化方向發展，智能化技術的推廣應用改變了傳統工業生產方式以及產品結構。尤其是在工業生產領域，一些精密儀器的生產對于零部件加工的精度和質量有著非常嚴格的要求，本文通過對數控切割機傳動裝置進行優化，根據步進電機細分倍數和脈沖量計算驅動電流，在提升設備的抗干擾性能的同時，可以有效提升數控切割機床的工作效率和切割精度。

1? 數控切割機工作原理

傳統工件加工是通過機床刀具相對工件的運動來完成的，而數控切割機則是采用數字控制技術對切割機床的加工進行自動控制，其工作原理是將加工零件所需要的各種操作步驟，刀架與工件之間的相對位移量編寫成加工程序，然后通過傳送裝置將這些加工程序輸入計算機中，計算機對這些信息進行編輯處理，發出指令控制機床的伺服系統，使機床自動加工所需要的工件。數控切割機的核心是計算機數控系統，主要結構包括操作面板、輸入/輸出裝置、計算機數控裝置、伺服單元、傳動裝置、可編程邏輯控制器以及機床本體，其組成如圖1所示。

1.1 操作面板

操作面板主要面向數控機床操作人員，由控制面板、狀態燈、顯示器組成。數控切割機床采用集成操作面板，顯示器可現實功能菜單、系統中狀態、故障報警，同時控制面板可用于操作人員編制零件程序參數及其他管理操作等。

1.2 輸入/輸出裝置

輸入/輸出裝置是人機交互設備，包括鍵盤和顯示器，具體是將機床程序載體上的數控代碼轉換成數字信號傳送至數控裝置，顯示機械加工過程的各種參數信息，例如坐標值、報警信號。

1.3 計算機數控裝置

計算機數控裝置是數控切割機床的控制中心，包括微處理器CPU、存儲器、局部總線、外圍邏輯電路以及計算機數控裝置其他組成部分聯系的接口和控制軟件。

1.4 伺服單元

伺服單元分為主軸伺服和進給伺服，分別控制主軸電動機和進給電動機。伺服單元接收來自計算機數控裝置的指令，這些指令經變換放大后通過驅動裝置轉變成執行部件進給的速度、方向以及位移。

1.5 傳動裝置

傳動裝置是數控切割機床中的組成部分，包括機械、電子、電動機等各種部件，涉及強電和弱電裝置。數控切割機床的運動速度、跟蹤及定位精度，加工表面的質量、生產率和可靠性都取決于驅動裝置的工作性能，同時驅動裝置也是數控切割機床故障率最高的部分。

1.6 可編程邏輯控制器

可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）是專門為工業生產所設計的數字運算操作系統，采用可編程序的存儲器進行邏輯運算，并且通過數字模擬的形式輸入和輸出指令，控制機床設備進行自動化操作。

1.7 機床

機床本體主要指數控機床的機械部件，包括運動部件、進給運動執行部件和支承部件，還包括冷卻、潤滑、轉位和夾緊等功能的輔助裝置。

2? 傳動裝置的優化設計

影響數控切割機床工作速度和切割精度的因素主要包括傳動機構和控制系統參數等。傳動裝置（Transmission Device）把動力裝置的動力傳遞給工作機構等的中間設備。在數控切割機床運行過程中，傳動裝置將伺服單元的輸出變為機械運動，由此可見，傳動裝置和伺服單元起到數控切割機床傳動部件間的連接作用，通過傳動裝置帶動機床切割刀具連接軸的運動，使刀具相對于工件產生個各復雜的機械運動，加工出形狀、尺寸以及精度符合要求的零部件。伴隨著現代工業的發展，對于數控機床的加工精度和效率要求不斷提升，因此，需要通過優化傳動裝置來提升切割精度，避免資源浪費。

本文優化的數控切割機床的步進驅動器和步進電機采用雷賽M535和 57HS13，步進角為1.8°，靜轉矩為1.3N.m，額定相電流為2.8A，防雷擊、抗干擾能力強。M535是細分型高性能步進驅動器，適合驅動中小型的任何兩相處四相混合式步進電機。電流控制采用先進的雙極性等角度恒力矩技術，每秒兩萬次的斬波頻率。在驅動器的側邊裝有一排撥碼開關組，可以用來選擇細分精度以及設置動態工作電流和靜態工作電流。在進行零部件加工過程中可以自動完成拐角速度控制。本文針對數控切割機傳動裝置進行優化設計，并且通過試驗驗證優化效果。優化前后分別對樣機進行切割精度測試，選取厚度為1.5cm鋼板進行切割試驗，每次切除1cm長度的鋼板，然后測量誤差，分別得到20組誤差平均值，如表1所示。

通過數據表明優化后的數控切割機的切割精度誤差可以控制在0.35mm范圍內，明顯低于優化前的切割精度誤差。由此可見，數控切割機在機械加工中應用廣泛主要是因為該設備可以加工形狀復雜的零部件，并且加工精度高，現代數控技術已經具有較強的插補功能和自動編程功能，可以輕松實現對復雜零部件輪廓的編程處理，不受形狀影響并且加工精度可以有效果保證。

3? 結語

綜上所述，數控切割機具有高智能化、高集成度等優勢，在工業生產中有著非常廣泛的應用前景，隨著工業智能化進程的不斷推進，對于制造業的工作效率和精度提出了更高的要求，本文通過對數控切割機傳動裝置進行優化設計，根據步進電機細分倍數及脈沖當量計算選用合適的驅動器，從而提升數控機床的切割精度，并且通過實驗驗證了優化后的設備切割精度可以有效控制在0.35mm左右，提升切割精度的同時還能有效提升板材利用率。

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