数控焊接钢管飞锯机及其控制系统设计

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1、数控焊接钢管飞锯机及其控制系统设计2007～2008学年第2学期毕业设计（论文）班级学号指导教师武汉交通职业学院教务处制武汉交通职业学院1目录前言摘要1关键词11飞锯机总体设计22.1主运动结构方案2.23.飞锯数控系统整体方案3.1数控系统的组成3.2位置伺服系统组成3.3系统的组成及工作原理4.结束语5.参考文献2摘要:飞锯机是一种对连续运动的钢材进行定尺切断的自动化设备，广泛地使用在高频直缝焊管或型钢的生产线上，可在焊管或型钢高速运动下实现自动跟踪锯切。飞锯机是焊管生产线上最后一道工序的生产设备。工程中常见的各种钢

2、管，通常是将一卷卷百米长的成型钢带经卷管机卷成圆钢管后进行焊接，再经矫直处理，就经飞锯机进行定尺锯断，最后钢管被翻入包装机，用铁丝捆扎成一捆捆的钢管产品。在我国的焊管加工业中，焊管的长度定尺一直采用机械式的飞锯定尺，大多采用机械装置调节锯切尺寸的长短，调节不灵活，也不方便，一般不能切断短尺寸的钢管。这种调节方式没有考虑到钢管的运动速度的变化，因此精度被限制在较低的范围：其定尺误差较大，长度误差的离散性也较大，定尺精度一直在的范围内波动。本次设计抛开以往的设计思想，浓缩了一种新的方案。通过对锯片做定轴摆动方案和锯片作直线进

3、给运动方案进行比较分析，选定后者。该方案结构简单，各运动易于实现。本设计使用三台电机驱动：一台带动锯片作高速旋转；一台带动滚珠丝杆作进给运动；还有一台带动锯片作往复跟踪运动。使用两个气缸置于滚珠丝杆两侧，用作夹具夹紧与松开的控制。控制系统方案选定为交流电机＋伺服系统，对交流电机采用变频调速，用位置控制电路将飞锯切削速度和小车跟踪速度的给定值转换为脉冲数，作为通过变频调速来调节交流异步电机转速的依据。焊管长度的定尺精度问题，一直为焊管厂家所关心和急于解决。传统的机械定尺方案已经不能满足现在钢管的精度要求，随着计算机技术的发

4、展，利用微机控制定尺飞锯已经势在必行。本文阐述了单片机在定尺中的应用，具体介绍了该定尺控制系统和机械结构的组成，工作原理及硬件的设计。关键词：单片机飞锯定尺剪切3前言在我国的焊管加工业中，焊管的长度定尺一直采用机械式的飞锯定尺，大多采用机械装置调节锯切尺寸的长短，调节不灵活，也不方便，一般不能切断短尺寸的钢管。这种调节方式没有考虑到钢管的运动速度的变化，因此精度被限制在较低的范围：其定尺误差较大，长度误差的离散性也较大，定尺精度一直在一定的的范围内波动。本次设计抛开以往的设计思想，浓缩了一种新的方案。通过对锯片做定轴摆动

5、方案和锯片作直线进给运动方案进行比较分析，选定后者。该方案结构简单，各运动易于实现。本设计使用三台电机驱动：一台带动锯片作高速旋转；一台带动滚珠丝杆作进给运动；还有一台带动锯片作往复跟踪运动。使用两个气缸置于滚珠丝杆两侧，用作夹具夹紧与松开的控制。控制系统方案选定为交流电机＋伺服系统，对交流电机采用变频调速，用位置控制电路将飞锯切削速度和小车跟踪速度的给定值转换为脉冲数，作为通过变频调速来调节交流异步电机转速的依据。钢管源源不断地从前道工序送来，飞锯必须在工件连续运动过程中完成对工件的切割，飞锯的这种特殊要求决定了它必须

6、在切割完一根钢管后立即回到初始位置。当工件运动的位置量为小车追赶钢管所需的最小距离时，小车加速运动，随后采用位置PID算法调整小车与钢管之间的距离，直到与钢管同步，同时经过锯片的钢管长度恰为设定的定尺长度时，飞锯小车上的刀具切断钢管，之后，小车快速返回初始位置，飞锯就是这样周而复始地完成连续工件的定长切割任务的。整个飞锯组成如图1所示，分为四部分：机床主体、CNC装置、驱动装置、辅助装置。（1）机床主体是完成工件定长切割的机械部分，它包括小车、传动机构、导轨、机架等。为了适应飞锯连续定长切割，该部分要求具有较高的动态刚度

7、、耐磨性、小的热变形性等。(2)CNC装置是飞锯机的核心，用于完成信息的输入、存储、数据交换、位置控制等多功能。（3）驱动装置是飞锯机执行机构的驱动部件，它要求有好的快速响应性能，能灵敏而准确地跟踪由数字控制装置发送来的数字指令信号。4图1飞锯机整体结构图(4)辅助装置是保证飞锯机功能充分发挥所需要的配套部件。2.机械结构总体方案设计2.1主运动结构方案主运动有两个方案可供选择：方案1:圆盘式锯片，由交流异步电动机通过带传动带动锯盘做高速旋转，作直线进给切割，切割钢管的时间短，效率高。方案2:是条式锯具，作直线往复运动，

8、锯条在重力压下前进运动时，对工件进行切割；而锯条抬起返回时，对工件不切削。由于锯条在切割钢管过程中需要频繁地抬起、放下操作，同时又要频繁地加速启动、减速制动控制，使其工作效率低于50%。由于钢管的位移速度高，要求切割钢管的时间短，只有选择圆盘式锯具才能满足要求。对比后，决定采用方案1。2.2进给运动结构方案飞锯的横向