CN105665822B - 带消振与纠偏控制装置的数控带锯床 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了带消振与纠偏控制装置的数控带锯床。现有带锯机床存在锯带振动、走偏和变形，造成工件锯切质量下降。本发明的夹紧机构将工件夹紧在床身的工作台上；锯带由张紧机构张紧；主运动伺服电机驱动主动锯带轮；进给伺服电机驱动进给机构从而带动锯架；两个纠偏装置上均设置电涡流位移传感器检测锯带锯切部分两端的位移，并输入到控制模块计算锯带的振动值和锯切误差；张紧机构、纠偏装置和消振装置均由控制模块控制。本发明根据锯带振动的检测结果，由消振装置和张紧机构进行联合控制，消除振动；根据锯带运动误差的检测结果，由纠偏装置进行自动调节，从而大幅提高锯切精度和表面质量。

Description

带消振与纠偏控制装置的数控带锯床
技术领域
本发明属于机电一体化技术领域，具体涉及一种带消振与纠偏控制装置的数控带锯床，消振与纠偏控制装置用于带锯在锯切过程中的振动消除和误差补偿。
背景技术
数控带锯设备是汽车、飞机和船舶等现代机械制造业中零部件初加工的首选设备之一，该设备的加工精度、效率、可靠性和自动化程度直接影响到整个零部件的生产效益和质量。由于数控带锯床的锯切刀具是锯带，即柔性刀具，在锯切过程中不可避免地因工件材质不均匀、机床运动件磨损、运行参数的变化而造成锯带振动(颤振)、走偏和变形，引起工件锯切精度和表面质量的下降。现有的带锯设备没有类似的消振与纠偏控制装置，使锯切精度的提高成了技术瓶颈。因此，需要有一种消振与纠偏控制装置，实时检测锯带的振动(颤振)、走偏和变形情况，进行在线消振、自动纠偏，突破现有锯切工艺的锯切精度极限，提高工件的锯切精度和表面质量。
发明内容
本发明针对现有带锯机床在锯切过程中存在的锯带振动(颤振)、走偏和变形，造成工件锯切质量明显下降，而现有的锯切工艺难以突破锯切精度极限的问题，提供一种数控带锯床消振与纠偏控制装置的结构以及相应的工艺方案。
本发明所采取的技术方案为：
本发明包括锯架、主动锯带轮、主运动伺服电机、进给机构、进给伺服电机、床身、进给导向柱、从动锯带轮、电涡流位移传感器、张紧机构、纠偏装置、锯带、消振装置和夹紧机构。所述的夹紧机构将工件夹紧在床身的工作台上；所述的锯架上安装有主动锯带轮和从动锯带轮；所述的锯带连接主动锯带轮和从动锯带轮，并由张紧机构张紧；所述的主运动伺服电机驱动主动锯带轮；所述的进给伺服电机驱动进给机构，进给机构带动锯架产生进给运动；锯架与进给导向柱构成滑动副；两个纠偏装置上均设置电涡流位移传感器检测锯带锯切部分两端的位移，并输入到控制模块计算锯带的振动值和锯切误差；所述的张紧机构、纠偏装置和消振装置均由控制模块控制。所述的纠偏装置由纠偏伺服电机、第一丝杆螺母机构、导向块、摆杆和销轴组成；所述的纠偏伺服电机安装在锯架上，并驱动第一丝杆螺母机构；所述的导向块固定在第一丝杆螺母机构的螺母上；摆杆的一端与导向块固定，另一端通过销轴与锯架铰接；锯带嵌入导向块开设的导向槽内。
所述的导向块与摆杆连接处以及导向块与第一丝杆螺母机构的螺母连接处均焊有加强筋。
所述的张紧机构由张紧伺服电机、第二丝杆螺母机构和压紧滚轮组成。所述的张紧伺服电机驱动第二丝杆螺母机构；所述的压紧滚轮铰接在第二丝杆螺母机构的螺母上，并与锯带接触。
所述的消振装置由超声波控制器和超声波换能装置组成；超声波控制器通过电涡流位移传感器检测的锯带振动情况，产生相应的超声脉冲信号，控制超声波换能装置作用在锯带上。
所述的主运动伺服电机和进给伺服电机均配置有电机控制器和光电速度检测装置；所述的控制模块包括参数优化控制器、纠偏控制器和张紧控制器；参数优化控制器优化运行和控制参数，纠偏控制器控制纠偏装置，张紧控制器控制张紧机构。
本发明的有益效果：本发明根据锯带振动的检测结果，由消振装置和张紧机构进行联合控制，消除振动；根据锯带运动误差的检测结果，由纠偏装置进行自动调节，即在普通锯切工艺基础上，增加了消振环节和误差补偿环节，能解决现有带锯机床在锯切过程中存在的锯带振动(颤振)、走偏和变形，造成工件锯切质量明显下降的问题，能突破现有锯切工艺的锯切精度极限，显著提高锯切精度和表面质量，能达到“以锯代车”、“以锯代铣”的目的。因此，具有显著的经济、社会和环境效益。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为图1的A向视图；
图3为图2的B-B剖面图；
图4为图2的C-C剖面图；
图5为本发明的数控锯切工艺控制框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步描述。
如图1和2所示，带消振与纠偏控制装置的数控带锯床，包括锯架1、主动锯带轮2、主运动伺服电机3、进给机构4、进给伺服电机5、床身6、进给导向柱7、从动锯带轮8、电涡流位移传感器9、张紧机构11、纠偏装置12、锯带13、消振装置14和夹紧机构15。锯切作业的工作原理是：夹紧机构15将工件10夹紧在床身6的工作台上；锯架1上安装有主动锯带轮2和从动锯带轮8；锯带13连接主动锯带轮2和从动锯带轮8，并由张紧机构11张紧；主运动伺服电机3驱动主动锯带轮2，使锯带13产生主运动；进给伺服电机5驱动进给机构4；进给机构4带动锯架1产生进给运动，实现工件的锯切作业；锯架1与进给导向柱7构成滑动副，进给导向柱7对锯架1进给起导向作用；两个纠偏装置12均设置电涡流位移传感器9检测锯带13锯切部分两端的位移，并输入到控制模块计算锯带的振动值和锯切误差；一方面，张紧机构11和消振装置14由控制模块进行联合控制，消除锯带的振动；另一方面，由两个纠偏装置12根据实时检测得到的锯带走偏和变形情况，进行在线自动纠偏。
如图3所示，纠偏装置12由纠偏伺服电机12-1、第一丝杆螺母机构12-2、导向块12-3、摆杆12-4和销轴12-5组成；纠偏伺服电机12-1安装在锯架1上，并驱动第一丝杆螺母机构12-2；导向块12-3固定在第一丝杆螺母机构12-2的螺母上；摆杆12-4的一端与导向块12-3固定，另一端通过销轴12-5与锯架1铰接；锯带13嵌入导向块12-3开设的导向槽内；摆杆12-4绕销轴12-5摆动，使摆杆上的导向块12-3产生旋转和平移两个自由度的微动，可调整锯带的位移和偏斜角，实现锯带偏斜纠偏和误差补偿的功能。为了增加刚性，在导向块与摆杆连接处以及导向块与第一丝杆螺母机构的螺母连接处均焊有加强筋。
如图4所示，张紧机构11由张紧伺服电机11-1、第二丝杆螺母机构11-2和压紧滚轮11-3组成。张紧伺服电机11-1驱动第二丝杆螺母机构11-2；压紧滚轮11-3铰接在第二丝杆螺母机构11-2的螺母上，并与锯带13接触，从而调节锯带的松紧程度。
本发明与现有带锯机床的不同之处是：
(1)在结构上，为了能显著提高锯切质量，突破现有锯切工艺难以提高精度的技术瓶颈，实现“以锯代车”、“以锯代铣”的目的，增设了消振装置和纠偏装置，优化了张紧机构。根据检测得到的锯带振动情况，实施消振装置与张紧机构的联合控制，消除锯带的振动，提高锯切表面质量；根据检测得到的锯带走偏和变形情况，启动纠偏装置，可使锯带产生旋转和平移两个自由度的微动，进行锯带自动纠偏和锯切过程的误差在线补偿。上述结构措施，能大大提高锯切精度和表面质量。
(2)在工艺上，改进了普通锯切工艺，增加了消振环节和误差补偿环节。根据锯带振动的检测结果，由消振装置和张紧机构进行联合控制，消除振动；根据锯带运动误差的检测结果，由纠偏装置进行自动调节，解决了现有锯切工艺无法对锯带振动、走偏和变形进行实时处理问题，突破了现有锯切工艺的锯切精度极限，能真正达到“以锯代车”、“以锯代铣”的目的。
数控锯切工艺流程，如图5所示。主运动伺服电机、进给伺服电机，分别配置有电机控制器和光电速度检测装置。由电涡流位移传感器对锯带锯切部分两端的位移进行检测，并输入控制模块计算锯带的振动值和偏移误差。分别通过消振装置、纠偏装置、张紧机构对锯带的运行状况进行控制。开机后，通过参数优化控制器确定最佳的运行和控制参数。主运动控制回路，通过光电速度检测装置和主运动伺服电机，对锯带轮的速度进行控制，以保证在优化的参数范围内运行。进给运动控制回路，通过光电速度检测装置和进给伺服电机，对工作台的进给速度进行控制，以保证在优化的参数范围内运行。锯带状况控制回路，通过电涡流位移传感器分别由消振装置、纠偏控制器与纠偏装置、张紧控制器与张紧机构进行控制，使锯带处于最佳的锯切状态。其中，消振装置由超声波控制器和超声波换能装置组成，超声波控制器通过电涡流位移传感器检测的锯带振动情况，产生相应的超声脉冲信号，控制超声波换能装置作用在锯带上，消除锯带的振动。

Claims (5)

1.带消振与纠偏控制装置的数控带锯床，包括锯架、主动锯带轮、主运动伺服电机、进给机构、进给伺服电机、床身、进给导向柱、从动锯带轮、电涡流位移传感器、张紧机构、纠偏装置、锯带、消振装置和夹紧机构，其特征在于：所述的夹紧机构将工件夹紧在床身的工作台上；所述的锯架上安装有主动锯带轮和从动锯带轮；所述的锯带连接主动锯带轮和从动锯带轮，并由张紧机构张紧；所述的主运动伺服电机驱动主动锯带轮；所述的进给伺服电机驱动进给机构，进给机构带动锯架产生进给运动；锯架与进给导向柱构成滑动副；两个纠偏装置上均设置电涡流位移传感器检测锯带锯切部分两端的位移，并输入到控制模块计算锯带的振动值和锯切误差；所述的张紧机构、纠偏装置和消振装置均由控制模块控制；所述的纠偏装置由纠偏伺服电机、第一丝杆螺母机构、导向块、摆杆和销轴组成；所述的纠偏伺服电机安装在锯架上，并驱动第一丝杆螺母机构；所述的导向块固定在第一丝杆螺母机构的螺母上；摆杆的一端与导向块固定，另一端通过销轴与锯架铰接；锯带嵌入导向块开设的导向槽内。
2.根据权利要求1所述的带消振与纠偏控制装置的数控带锯床，其特征在于：所述的导向块与摆杆连接处以及导向块与第一丝杆螺母机构的螺母连接处均焊有加强筋。
3.根据权利要求1所述的带消振与纠偏控制装置的数控带锯床，其特征在于：所述的张紧机构由张紧伺服电机、第二丝杆螺母机构和压紧滚轮组成；所述的张紧伺服电机驱动第二丝杆螺母机构；所述的压紧滚轮铰接在第二丝杆螺母机构的螺母上，并与锯带接触。
4.根据权利要求1所述的带消振与纠偏控制装置的数控带锯床，其特征在于：所述的消振装置由超声波控制器和超声波换能装置组成；超声波控制器通过电涡流位移传感器检测的锯带振动情况，产生相应的超声脉冲信号，控制超声波换能装置作用在锯带上。
5.根据权利要求1所述的带消振与纠偏控制装置的数控带锯床，其特征在于：所述的主运动伺服电机和进给伺服电机均配置有电机控制器和光电速度检测装置；所述的控制模块包括参数优化控制器、纠偏控制器和张紧控制器；参数优化控制器优化运行和控制参数，纠偏控制器控制纠偏装置，张紧控制器控制张紧机构。
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