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数控卷板机的控制系统的发展
 
  卷板机是一种利用工作辊使板料弯曲成形的设备,可以成形筒形件、锥形件等不同形状的零件,是非常重要的一种加工设备。卷板机的工作原理是通过液压力、机械力等外力的作用,使工作辊运动,从而使板材压弯或卷弯成形。根据不同形状的工作辊的旋转运动以及位置变化,可以加工出椭圆形件、弧形件、筒形件等零件。卷板机电气自动控制的发展与电力拖动和电气自动控制的发展紧密相联。
  1.卷板机电力拖动的发展与分类
  20世纪初期,由于发明了电动机,使得卷板机的拖动也发生了根本性的变革,用电动机代替了蒸汽机。随着电动机的发展,卷板机的电力拖动也步入--个崭新的时代。
  1)成组拖动
  19世纪末,交、直流电动机相继出现,最初是由电动机直接代替蒸汽机,即由一台电动机拖动一组卷板机,称为成组拖动。一台电动机经天轴(或地轴)由皮带传动给若干台卷板机工作。由于这种方式存在传动路线长、效率低、结构复杂、生产灵活性小、工作中极不安全等缺点,目前已被淘汰。
  2)单电动机拖动
  20世纪20年代,出现了单独拖动形式,即由一台电动机拖动一台卷板机,称为单电动机拖动。一台电动机拖动一台卷板机,较之成组拖动简化了传动机构,缩短了传动路径,降低了能量传递中的损失,提高了传动效率,同时也充分利用电动机的调速性能,并易手实现自动控制。随着生产的发展,对卷板机运动控制的要求越来越高,现在已很少采用单电机拖动。
  3)多电动机拖动
  由于生产的发展,卷板机的运动要求增多,卷板机在结构上有所改变,随着卷板机自动化程度的提高和重型卷板机的发展,卷板机的相关技术要求提高,出现了采用多台电动机驱动一台卷板机(如铣床)、十余台电动机驱动一台重型卷板机的拖动方式,这样缩短了卷板机的传动链,实现了各工作部件运动的自动化。当前重型卷板机、组合卷板机、数控卷板机、自动线等均采用多电动机拖动的方式。
  采用多电动机拖动以后,不但简化了卷板机的机械结构,提高了传动效率,各运动部件还能选择最合理的运动速度,缩短了加工时间,而且便于分别控制,易于实现各运动部件的自动化,提高卷板机整体的自动化程度。多电动机拖动已经成为现代卷板机基本的拖动方式。
  4)直/交流无级调速
  由于电气无级调速具有可灵活选择最佳切削用量和简化机械传动结构等优点,20世纪30年代出现了交、直流电动机无级调速,其中直流电动机无级调速系统至今还在重型卷板机上应用。20世纪60年代以后,大功率晶闸管的问世和变流技术的发展,又出现了晶闸管直流电动机无级调速系统j它较之前者,具有效率高、动态响应快、占地面积d、等优点。当前在数控卷板机、磨床及仿形等卷板机中已得到广泛应用。由于逆变技术的出现和高压大功率管的问世,20世纪80年代以来交流电动机无级调速系统有了迅速发展,它利用改变交流电的频率等来实现电动机转速的无级调速。交流电动机无电刷与换向器,较之直流电动机易于维护且寿命长,是将来的主要发展方向。
  2.卷板机电气控制系统的分类;
  在卷板机调速控制技术的发展过程中,电气控制技术也由手动方式逐步向自动控制方式发展。
  1)逻辑控制系统
  逻辑控制系统又称开关量或断续控制系统。逻辑代数是理论基础,采用具有两个稳定工作状态的各种电器和电子器件构成各种逻辑控制系统,按自动化程度的不同可分为手动控制、自动控制两种。 .
  (1)手动控制:在电气控制的初期,大多采用电气开关、按钮等对卷板机电动机的启动、停止、反向等进行手动控制,现在砂轮机、台钻等动作简单的小型卷板机仍在采用。
  (2)自动控制:按其控制原理与采用电气元件的不同又可分为如下几类。
  ①继电器接触器自动控制系统:多数通用卷板机至今仍采用继电器、接触器、按钮开关等电气元件组成的自动控制系统。它具有直观、易掌握、易维护等优点,但功耗大、体积大,并且改变控制顺序工作循环较为困难,如果要改变,需重新设计电路。
  ②顺序控制器控制:由集成电路组成的顺序控制器具有程序变更容易、程序存储量大、通用性强等优点,广泛用于组合卷板机、自动线等。20世纪60年代末,又出现了具有运算功能和较大功率输出能力的可编程控制器,它是由大规模集成电路、电子开关、晶闸管等组成的专用微型电子计算机,用它可代替大量的继电器,并且功耗小、质量轻,目前已经广泛地运用在数控卷板机等设备中。
  ③可编程控制器控制:随着计算机技术的发展,又出现了以微型计算机为基础的,具有编程、存储、逻辑控制及数字运算功能的可编程控制器PLC。PLC的设计以工业控制为目标,接线简单、通用性强、编程简易、抗干扰能力强、工作可靠。它一问世即以其强大的生命力,大面积地占领传统的控制领域,PLC的发展方式之一是微型、简易、价廉,以图取代传统的继电器控制;而它的另一个发展方向是大容量、高速、高性能,对大规模复杂控制系统进行综合控制。PLC用于数控卷板机的外围辅助电气的控制,称为可编程序卷板机控制器。在很多数控系统中称为PMC(Programmable Machine Tool Controller)。
  ④数字控制:20世纪中期,随着电子技术的发展,自动信息处理、数据处理,以及电子计算机的出现,给自动化技术带来了新的概念,用数字化信号对卷板机运动及其加工过程进行控制,推动了卷板机自动化的发展。也是在此期间,美国麻省理工学院研制出世界上第一台数控卷板机。它是由电子计算机按照预先编好的程序,对卷板机实行自动化的数字控制。数控卷板机既有专用卷板机生产率高的优点,又兼有通用卷板机工艺范围广、使用灵活的特点,并且还具有能自动加工复杂的成形表面、精度高等优点,因而它具有强大的生命力,发展前景广阔。
  数控卷板机的控制系统最初是由硬件逻辑电路构成的专用数控装置NC,但其成本昂贵,工作可靠性差,逻辑功能固定。随着电子计算机的发展,又出现了DNC(Direct NumericalContr01),CNC(Computer Numerical Contr01)、MNC(Micro--Computer Numerical Contr01),AC(Adaptive Contr01)等数控系统。
  2)连续控制系统
  对物理量(如电压、转速等)进行连续自动控制的系统,又称模拟控制系统,这类系统一般具有负反馈的闭环控制系统。常伴有功率放大的特点,并且精度高、功率大、抗干扰能力强。例如,直流电动机驱动卷板机主轴实现无级调速的系统,交、直流伺服电动机拖动数控卷板机进给机构和工业机器人的系统均属连续控制系统。
  3)混合控制系统
  同时采用数字控制和模拟控制的系统称为混合控制系统,数控卷板机、机器人的控制驱动系统多属于这类控制系统,数控卷板机由数字电子计算机进行控制,通过数模转换器和功率放大器等装置、驱动伺服电动机及主轴电动机带动卷板机执行机构产生所需的运动。
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