[发明专利]一种双闭环矢量控制的超声锯切装置

说明书

本发明公开了一种双闭环矢量控制的超声锯切装置。为了克服现有技术在锯切难锯切材料时，锯切效率低的问题；本发明包括进给系统和锯切系统，锯切装置还包括超声发生器、换能器变幅杆、编码器和PID控制器，超声发生器无线发射超声频率信号给换能器变幅杆，换能器变幅杆设置在主动轮上，换能器变幅杆接收超声发生器的发送的超声频率，产生对于主动轮径向的超声机械振动；编码器设置在主动轮上，获取主动轮的转速，编码器的信号输出端与PID控制器的输入端连接，PID控制器输出的控制信号分别发送给驱动器和进给系统的驱动装置。本方案通过双闭环反馈控制锯切的恒转矩、恒速度锯切，同时控制进给速度，提高锯切效率；通过旋转超声振动，提高锯切能力。

技术领域

本发明涉及一种锯切装置领域，尤其涉及一种双闭环矢量控制的超声锯切装置。

背景技术

现在的主锯切削电机，都采用三相异步电机。在锯切削过程中会存在着转差的问题，当切削负载发生变化时，为了保证锯切力不变，会造成转速的跌落。影响锯切效果和锯条的寿命。

例如，一种在中国专利文献上公开的“恒锯切力变进给速度的锯架进给系统及其方法”，其公告号CN102672271B，系统由锯架、液压系统、控制系统组成；锯架通过双立柱安装在锯床上、油缸驱动锯架沿立柱上下移动。控制系统为分层多机协同的硬件体系架构，实时/非实时任务按类分配至各处理单元，硬逻辑门电路则提升了系统的可靠性。系统依据操作员选定的工件横截面类型和参数、结合测出的锯架位移和工件材料硬度，实施基于工件锯切宽度变量的变进给速度前馈控制。

但是不同材料、不同锯切工况下，锯条进给抗力(与硬度和锯切压力值相对应)和锯切抗力的比值并非常数，通过硬度检测反馈的前馈控制和通过锯切压力值反馈的后馈控制，并不能有效实现给定锯切力的闭环控制。

发明内容

本发明主要解决现有技术在锯切难锯切材料时，锯切效率低的问题；提供一种双闭环矢量控制的超声锯切装置，通过检测在锯切时电机的转速变化来补偿转矩输出，形成恒转矩恒转速输出，同时把转矩变化信号反馈给进给系统，控制进给，保证锯切效率。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

本发明包括进给系统和锯切系统，进给系统控制包括移动锯切材料的进给平台、夹持锯切材料的夹具和驱动进给平台的驱动装置，锯切系统包括带动锯条运动的主动轮、驱动主动轮转动的驱动器和限位立柱；所述的锯切装置还包括超声发生器、换能器变幅杆、编码器和PID控制器，超声发生器无线发射超声频率信号给换能器变幅杆，换能器变幅杆设置在主动轮上，换能器变幅杆接收超声发生器的发送的超声频率，产生对于主动轮径向的超声机械振动；编码器设置在主动轮上，获取主动轮的转速，编码器的信号输出端与PID控制器的输入端连接，PID控制器输出的控制信号分别发送给驱动器和进给系统的驱动装置。

本方案的超声锯切装置的驱动器带动主动轮转动，从而带动注定轮上的锯条转动切割材料，在锯切难锯切的材料时，例如硬度较高的金属等，驱动器采用的电机的滑差会发生改变，转速降低，编码器将检测到的转速信号反馈给PID控制器，PID控制器根据内部的负反馈PID算法输出驱动的控制量，发送给驱动器，驱动器根据控制量输出补偿值，形成恒转矩、恒转速的锯切，保证锯切效率；同时，PID控制器将输出发送个进给系统的驱动装置，驱动装置根据控制信号计算获得锯切系统的转矩、转速变换过程，从而调整进给速度，使得进给速度与锯切速度相适配，保证锯切效率，延长锯条的使用寿命。

在主动轮上设置换能器变幅杆，通过无线接收超声发生器发送的超声频率信号，换能器变幅杆产出相应频率的超声机械振动，超声机械振动沿主动轮的径向传递，从而形成了振动锯切；由于在高频振动脉冲的作用下，在锯条尖形成冲击加速度，使难锯切的材料在很强的冲击力的作用下更加很容易锯切。同时由于机械振动的存在，使粘刀材料不易粘刀。同时由于超声波的机械特性使冷却液产生空化作用，对于锯条的冷却更充分，对于一些不易散热的材料，冷却将变得更容易。使用超声技术可以使锯条寿命可以大大的延长，同时也拓展锯床应用范围，使锯床的性能大大的提高。