饒立

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

關(guān)鍵詞：線電極張力 量化顯示 適時(shí)補(bǔ)償

中圖分類號(hào)：TH112.5；TH113 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）02（c）-0124-021 整體設(shè)計(jì)思路

擬開發(fā)的快走絲線切割機(jī)，鉬絲的恒張力控制系統(tǒng)主要由以下三個(gè)部分組成：張力采樣信號(hào)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(dāng)鉬絲張力的大小由于某種原因發(fā)生波動(dòng)時(shí)，通過設(shè)置在切割端的力傳感器，將檢測(cè)到的張力變化轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，經(jīng)運(yùn)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(jìn)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(jìn)行調(diào)整。當(dāng)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(hào)接入電液伺服閥的一個(gè)線圈，進(jìn)而控制輸入液壓缸的液體的流量，驅(qū)動(dòng)張力調(diào)整機(jī)構(gòu)動(dòng)作，使鉬絲張緊，使張力回復(fù)到原限定值；當(dāng)張力過大時(shí)，電壓比較器輸出高電平信號(hào)接入電液伺服閥的另一個(gè)線圈，電液伺服閥向相反的方向動(dòng)作，張力調(diào)整機(jī)構(gòu)動(dòng)作，使鉬絲變松馳回復(fù)到其原來原限定值。以此達(dá)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(shè)計(jì)要求：在機(jī)床開始運(yùn)行前能顯示鉬絲張力的初值，根據(jù)加工時(shí)的需要調(diào)節(jié)張力大小，在加工過程中，能隨時(shí)顯示張力大小并適時(shí)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(dá)到恒張力控制的目的。

2 機(jī)械部分的設(shè)計(jì)方案

在這個(gè)鉬絲恒張力的閉環(huán)控制系統(tǒng)中，張力的機(jī)械調(diào)節(jié)裝置是其執(zhí)行部分，其設(shè)計(jì)的主要要求為：能滿足整個(gè)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，與液壓部分相連，運(yùn)行靈活、平穩(wěn)、振動(dòng)小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、在斷絲時(shí)機(jī)構(gòu)能激活機(jī)床的制動(dòng)裝置等。

（1）確定機(jī)構(gòu)裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。

①單導(dǎo)輪調(diào)節(jié)。

隨著鉬絲的松緊，導(dǎo)輪所處的位置不同，形成的角度是個(gè)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(shí)際使用中不能完全達(dá)到鉬絲運(yùn)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(shè)計(jì)整體方案中有液壓部分與機(jī)械部分相連，由液壓缸與機(jī)械裝置的連桿來調(diào)節(jié)張力大小，利用單導(dǎo)輪在上、下方向的運(yùn)動(dòng)及角度的變化可以調(diào)整張力大小。當(dāng)力傳感器檢測(cè)到張力過大或過小時(shí)，導(dǎo)輪在液壓缸驅(qū)動(dòng)下沿導(dǎo)軌向上或向下運(yùn)動(dòng)，直到達(dá)到給定張力值為止。

②雙導(dǎo)輪調(diào)節(jié)。

當(dāng)運(yùn)絲系統(tǒng)正向運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，由于換向沖擊載荷的作用，導(dǎo)輪2可隨其絲動(dòng)作向上繞其轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，以使導(dǎo)輪1、2受力達(dá)到平衡，協(xié)調(diào)了載荷的沖擊變化。當(dāng)運(yùn)絲系統(tǒng)反向運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，由于換向沖擊載荷的作用導(dǎo)輪1可隨絲動(dòng)作向上繞其轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，也能使導(dǎo)輪1、2受力達(dá)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(dǎo)輪調(diào)節(jié)和雙導(dǎo)輪調(diào)節(jié)都可以滿足整體設(shè)計(jì)要求，因整體設(shè)計(jì)中已有張力傳感器、電液伺服閥和液壓缸可檢測(cè)、緩解沖擊載荷的變化，且張力調(diào)節(jié)裝置部分設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)越簡(jiǎn)單，越不容易在運(yùn)行過程中出錯(cuò)。所以選擇單導(dǎo)輪調(diào)節(jié)，既保持了張力的恒定，又能滿足整體設(shè)計(jì)要求。

（2）張力大小的預(yù)先確定。

由于鉬絲張力的大小對(duì)運(yùn)行時(shí)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(yīng)用幾何學(xué)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(shí)取值接近上限，直徑較大時(shí)取值接近下限）。因此，對(duì)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(shè)計(jì)。

導(dǎo)輪和導(dǎo)輪的軸承選標(biāo)準(zhǔn)件。為了使運(yùn)行時(shí)導(dǎo)輪的滑行平穩(wěn)、靈活，導(dǎo)輪與軸柱之間采用導(dǎo)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(dá)到連接牢固的目的。為了使運(yùn)行端與液壓部分相連時(shí)能平穩(wěn)、靈活的運(yùn)動(dòng)，選擇了鉸鏈機(jī)構(gòu)。液壓缸的驅(qū)動(dòng)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(shè)定張力時(shí)，超過鉬絲極限，也應(yīng)進(jìn)行保護(hù)。有兩種方式，①閉和開關(guān)；②對(duì)電液伺服閥進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)。如加工過程中鉬絲突然斷絲，需緊急制動(dòng)，因原機(jī)床上已有制動(dòng)開關(guān)，在軸柱上朝制動(dòng)開關(guān)方向安裝一個(gè)桿，當(dāng)斷絲時(shí)桿觸碰到制動(dòng)開關(guān)使機(jī)床停機(jī)，達(dá)到制動(dòng)的目的。

綜上所述采用力傳感器檢測(cè)鉬絲張力的波動(dòng)，與給定值比較，得到偏差值，通過電放大器，電液伺服閥等進(jìn)行適時(shí)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(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)恒張力控制。該方案并且可以實(shí)現(xiàn)定量選擇張力初值，及適時(shí)顯示加工狀態(tài)時(shí)的張力值，是一個(gè)改造快走絲線切割機(jī)床恒張力機(jī)構(gòu)，提高鉬絲張力控制精度的可行方案。

致謝：本材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的研究項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)來自江漢大學(xué)機(jī)電與建筑工程學(xué)院院級(jí)課題SY002{2013}

參考文獻(xiàn)

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