一种恒张力控制机构的设计

摘 要：根据快走丝电火花线切割机床在现有技术中线电极张力控制存在的问题,设计了一种松弛边阻滞式恒张力控制装置.在安装线电极时,根据工艺条件的需要量化设定初始张力大小,并且可以适时显示.线电极工作时,张力可以在线检测,适时补偿保证张力恒定.

关 键 词：线电极张力量化显示适时补偿

中图分类号：TH112.5；TH113文献标识码：A文章编号：1672-3791（2014）02（c）-0124-021整体设计思路

拟开发的快走丝线切割机,钼丝的恒张力控制系统主要由以下三个部分组成：张力采样信号放大部分、张力的伺服控制调节部分、张力显示部分组成.

当钼丝张力的大小由于某种原因发生波动时,通过设置在切割端的力传感器,将检测到的张力变化转换为电压信号,经运算放大器放大后,一部分经过A/D芯片和液晶显示器便可得到和看到张力大小；另一部分通过电压比较器和给定值进行比较,得到偏差值.那么张力存在两种情况,要么过小、要么过大,这都需要进行调整.当张力过小表明钼丝处于松弛状态,电压比较器输出高电平信号接入电液伺服阀的一个线圈,进而控制输入液压缸的液体的流量,驱动张力调整机构动作,使钼丝张紧,使张力回复到原限定值；当张力过大时,电压比较器输出高电平信号接入电液伺服阀的另一个线圈,电液伺服阀向相反的方向动作,张力调整机构动作,使钼丝变松驰回复到其原来原限定值.以此达到显示与控制张力的目的.

其控制系统的原理图、方框图见图1和图2.

本设计要求：在机床开始运行前能显示钼丝张力的初值,根据加工时的需要调节张力大小,在加工过程中,能随时显示张力大小并适时调整,防止张力的不稳,保证加工精度和质量,提高生产效率.这样不论是不同直径的钼丝还是加工中的各种干扰都可以方便的调节张力的大小,达到恒张力控制的目的.

2机械部分的设计方案

在这个钼丝恒张力的闭环控制系统中,张力的机械调节装置是其执行部分,其设计的主要要求为：能满足整个控制系统的设计要求,与液压部分相连,运行灵活、平稳、振动小、结构简单、制造容易、在断丝时机构能激活机床的制动装置等.

（1）确定机构装置的结构设计方案.

①单导轮调节.

随着钼丝的松紧,导轮所处的位置不同,形成的角度是个变量.所以钼丝张力随着角度的改变而变化.这种结构在实际使用中不能完全达到钼丝运行过程中内部张力完全一致,既不能产生恒张力.那么在本设计整体方案中有液压部分与机械部分相连,由液压缸与机械装置的连杆来调节张力大小,利用单导轮在上、下方向的运动及角度的变化可以调整张力大小.当力传感器检测到张力过大或过小时,导轮在液压缸驱动下沿导轨向上或向下运动,直到达到给定张力值为止.

②双导轮调节.

当运丝系统正向运转时,由于换向冲击载荷的作用,导轮2可随其丝动作向上绕其转轴转动,以使导轮1、2受力达到平衡,协调了载荷的冲击变化.当运丝系统反向运转时,由于换向冲击载荷的作用导轮1可随丝动作向上绕其转轴转动,也能使导轮1、2受力达到平衡,缓解了冲击载荷的变化.也能满足恒张力控制.

以上所述可以看出单导轮调节和双导轮调节都可以满足整体设计要求,因整体设计中已有张力传感器、电液伺服阀和液压缸可检测、缓解冲击载荷的变化,且张力调节装置部分设计机构越简单,越不容易在运行过程中出错.所以选择单导轮调节,既保持了张力的恒定,又能满足整体设计要求.

（2）张力大小的预先确定.

由于钼丝张力的大小对运行时钼丝的振幅和加工稳定性影响很大,直接影响到加工精度,所以在不引起断丝的情况下,张力T的值在其最大拉力的范围内尽可能取大些.应用几何学黄金分割法,张力取钼丝最大拉力F的0.382～0.618之间（通常钼丝直径小时取值接近上限,直径较大时取值接近下限）.因此,对常用直径的钼丝（0.1mm～0.2mm）,其张力可参考（表1）来选取.

（3）确定张力调节装置的结构设计.

导轮和导轮的轴承选标准件.为了使运行时导轮的滑行平稳、灵活,导轮与轴柱之间采用导轨,起到支承调节装置的作用.轴柱部分因装配因素分成两段,之间用螺栓连接.在轴柱与杠杆之间的连接采取螺栓加垫圈连接,这样可以达到连接牢固的目的.为了使运行端与液压部分相连时能平稳、灵活的运动,选择了铰链机构.液压缸的驱动杆与调节装置的杠杆,以及杠杆与固定支架的连接也采用铰链.

在调节设定张力时,超过钼丝极限,也应进行保护.有两种方式,①闭和开关；②对电液伺服阀进行手动调节.如加工过程中钼丝突然断丝,需紧急制动,因原机床上已有制动开关,在轴柱上朝制动开关方向安装一个杆,当断丝时杆触碰到制动开关使机床停机,达到制动的目的.

综上所述采用力传感器检测钼丝张力的波动,与给定值比较,得到偏差值,通过电放大器,电液伺服阀等进行适时调整,由张力调节器调节钼丝张力大小,形成一个闭环控制系统,实现恒张力控制.该方案并且可以实现定量选择张力初值,及适时显示加工状态时的张力值,是一个改造快走丝线切割机床恒张力机构,提高钼丝张力控制精度的可行方案.

致谢：本材料力学实验教学改革的研究项目经费来自江汉大学机电与建筑工程学院院级课题SY002{2013}