旋切机控制计算_旋切机控制器

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1.机器原理说明

棍子由传动系统带动匀速旋转，双棍与单棍速度相同。

圆木由于受刀台进给的压力，与棍子之间有很大的摩擦力，棍子的旋转带动木头旋转，旋转过程中，木头逐渐被切成薄片。木头的线速度与棍子线速度相等。

由于棍子的线速度是一定的，所以木头的线速度也固定不变，切削过程中，木头直径逐渐变小，因此木头转速越来越快。木头每转一圈，半径减小一个木皮的厚度值，开始时转速慢，半径变化率小。木头很细时，转速很快，半径变化率很大。而刀台要根据木头直径的变化进给，切削初期，木头直径变化速度慢，刀台进给速度慢，切削后期，木头直径变化很快，刀台也要快速进给。这样就要求刀台的进给系统根据木头直径的变化过程调整进给速度，产生一个渐变的非线性进给速度。

2.旋切机进给过程中位移速度函数关系的建立。

进给的速度位移规律： 通过数学方法，建立木头切削过程中的速度位移关系。速度为刀台的进给速度，位移为双棍中心线距刀尖点的距离。由于木头为圆柱形，各段直径相同，只研究圆柱木头截面的变化过程，刀台进给的直线速度由两个分量组成：

1.圆木由粗变细过程中的半径变化引起的刀台跟进速度

v1

2.木头变细的过程中，圆心位置也要相应移动，由圆心位置改变引起的刀台跟进速度3.刀台总的进给速度

v=

vvv2

1+2

木头截面的面积变化率不变。即：

(R)2'＝C

C＝vE,v为木头线速度，等于棍子线速度为恒值。E为木头切片的厚度，单次加工时也为已知给定值。

(R)'2'＝2R*R

'C于是R=2R

R'为木头半径相对时间的变化率。则R'为即

v1

v 1＝R'

木头圆心位置变化引起的刀台进给速度

v2：

木头圆心，双棍两圆心的中线点，与双棍之一的圆心构成直角三角形，圆心位置变化引起的刀台进给速度高长h通过直角三角形由勾股定理求出： h==

v2＝

h'。(50R)5122

R2100R101

v= 2＝h'

×R50R100R1012R'

于是刀台的进给速度：

v=＝vv1+2

C＋2RR50R2100R101×

C 2RR50C＝2R×（R2100R101＋1）

公式中的R为加工过程中木头的半径，值是不断变化的，半径值由位移传感器测量后计算得到。

设计加工圆木最大直径为250mm,刀台最大开口为 300mm，刀台在最大开口位置时，刀尖点与双棍连心线的距离 L＝50＋300＝350mm，此时l值最大为350mm，即位移传感器的最大行程为350mm.设木头最大直径为250mm，则切削初始时，l值为：

l＝

切削结束时，圆木剩余直径约30mm，此时达到行程终点，此时l值为

l＝17551125＝292.4mm 22655115=55.3mm,即加工结束

22时，位移传感器最小测量距离为55.3mm.则进给过程中,如图所示的三角形中有如下关系式：

l=R＋h

l―――刀尖点与双棍中心线的距离。

R―――木头半径 h―――三角形的高线

于是根据位移l求得当前圆木的半径值： l＝R＋h ＝R＋ R100R101 2解上述方程：

l2101R＝

1002l

设棍子转速为N（r/min），切片厚度为E mm;

木头截面的面积变化率

C＝VE=2Nr×E mm/s

r为棍子半径，R为当前木头60半径

v

R50C＝2R×（R2100R101＋1）

NrE＝60R×（R50R100R1012＋1）

由于进给速度V与变频器的频率之间为线性关系，故建立频率速度关系为：

F=V×k;

k为常数比例系数。

设传动系统电动机轴到丝杠轴的传动比为I，电动机极对数为2，计算时认为电动机同步转速与运转速度相同。

I

电动机轴到丝杠轴传动比； Ns 丝杠转速； Nd 电动机转速； F

变频器频率； Ns=v×7.5;Nd=Ns×I;F=Nd×2/60;F=v×7.5×I×2/60 I =v×4

即变频器频率值是一个以传动系统传动比为系数，与进给速度成正比的函数值。

用C程序模拟加工过程，计算加工过程中每时刻木头的半径值，l值，及相应的刀台进给速度值。计算程序如下所示。

#include “stdio.h” #include

float A;

/*A 为双棍的中心距，一般为102mm*/ float N;

/*N 为双棍转速，一般为65r/min*/ float E;

/*E为切片的厚度，取值范围为 0.2－5mm*/ float Ns;

/*丝杠转速*/

void main(){

float gougu(float r);

float velocity(float r,float c);

/*

函数调用声明*/

float lr(float l);float cc();

float l,h,r,c,v;

/*此处v为 刀台的进给速度,r 为木头的半径*/

FILE *fp;

A=102;

/*全局变量负初值*/ N=65;E=1.5;

if((fp=fopen(“l_v.txt”,“w”))==NULL)

{printf(“can not open filen”);exit(0);}

for(l=292.4;l>=55.3;l=l-5.3)

{

r=lr(l);

c=cc();

v=velocity(r,c);

Ns=v*7.5;

printf(“ l=%f

v=%f n”,l,v);

R=%f v=%f Ns=%f n“,l,r,v,Ns);fprintf(fp,” l=%f }

printf(“----------------------n”);

printf(“--”);

printf(“n-------------------n”);

fclose(fp);

}

float lr(float l)

得位移值，r为半径值*/

{ float r;

r=(l*l+101)/(100+2*l);

return r;

}

float cc(){float v,c;/*根据测量位移求当前木头半径，l为测

v=2*3.14159265*65*50/60.0;

/*棍子转速

2πNR/60 单位 mm/s */

c=N*50*E;

/* printf(“n gun zi zhuan su %fn”,v);

*/

return c;

}

float gougu(float r)

printf(“n chang shu c de zhi %fn”,c);

/*利用勾股定理求三角形的高

*/

{float b,h;

b=50+r;

h=sqrt(b*b-51*51);

return h;

}

float velocity(float r,float c)

/* 根据当前木头的半径值求 刀台进给速度*/

{ float v;

/* printf(“ban jing fen su du %f n”,c/(2*3.1415926*r));

*/

v=(c/(60*r))*((r+50)/(sqrt(r*r+100*r-101))+1);

return v;

}

以5mm为一个计算周期，给出如下表所示的数据：

l=292.399994 R=124.998184 v=1.329515 Ns=9.971363

l=287.100006 R=122.407906 v=1.358626 Ns=10.189694

l=281.800018 R=119.819542 v=1.389023 Ns=10.417672

l=276.500031 R=117.233170 v=1.420793 Ns=10.655944

l=271.200043 R=114.648903 v=1.454028 Ns=10.905211

l=265.900055 R=112.066833 v=1.488832 Ns=11.166244

l=260.600067 R=109.487091 v=1.525317 Ns=11.439880

l=255.300064 R=106.909775 v=1.563606 Ns=11.727046

l=250.000061 R=104.335030 v=1.603833 Ns=12.028750

l=244.700058 R=101.762993 v=1.646148 Ns=12.346109

l=239.400055 R=99.193810 v=1.690714 Ns=12.680352

l=234.100052 R=96.627640 v=1.737712 Ns=13.032839

l=228.800049 R=94.064659 v=1.787344 Ns=13.405077

l=223.500046 R=91.505051 v=1.839832 Ns=13.798742

l=218.200043 R=88.949013 v=1.895427 Ns=14.215703

l=212.900040 R=86.396767 v=1.954406 Ns=14.658045

l=207.600037 R=83.848541 v=2.017081 Ns=15.128107

l=202.300034 R=81.304596 v=2.083803 Ns=15.628520

l=197.000031 R=78.765198 v=2.154967 Ns=16.162251

l=191.700027 R=76.230652 v=2.231021 Ns=16.732656

l=186.400024 R=73.701279 v=2.312474 Ns=17.343552

l=181.100021 R=71.177444 v=2.399905 Ns=17.999289

l=175.800018 R=68.659531 v=2.493980 Ns=18.704847

l=170.500015 R=66.147964 v=2.595461 Ns=19.465958

l=165.200012 R=63.643223 v=2.705232 Ns=20.289240

l=159.900009 R=61.145813 v=2.824318 Ns=21.182383

l=154.600006 R=58.656307 v=2.953914 Ns=22.154354

l=149.300003 R=56.175339 v=3.095425 Ns=23.215687

l=144.000000 R=53.703609 v=3.250508 Ns=24.378809 l=138.699997 R=51.241890 v=3.421134 Ns=25.658503

l=133.399994 R=48.791054 v=3.609659 Ns=27.072447

l=128.099991 R=46.352074 v=3.818927 Ns=28.641954

l=122.799988 R=43.926037 v=4.052392 Ns=30.392941

l=117.499985 R=41.514172 v=4.314289 Ns=32.357170

l=112.199982 R=39.117870 v=4.609861 Ns=34.573963

l=106.899979 R=36.738708 v=4.945668 Ns=37.092506

l=101.599976 R=34.378487 v=5.330005 Ns=39.975037

l=96.299973 R=32.039257 v=5.773506 Ns=43.301296

l=90.999969 R=29.723391 v=6.289984 Ns=47.174881

l=85.699966 R=27.433626 v=6.897666 Ns=51.732494

l=80.399963 R=25.173143 v=7.621025 Ns=57.157684

l=75.099960 R=22.945667 v=8.493561 Ns=63.701702

l=69.799957 R=20.755575 v=9.562160 Ns=71.716194

l=64.499954 R=18.608061 v=10.894106 Ns=81.705795

l=59.199955 R=16.509323 v=12.588790 Ns=94.415924

从上表中可以得出如下结论：

（1）木头直径值为250mm时，刀台进给速度约为：v=1.3mm/s

木头直径为30mm时，刀台进给速度约为

v=13.8mm/s 于是整个进给过程中，刀台进给速度变化之比大约为：i=10.6 即要求变速进给系统的变速范围为Rb＝10.6。

（2）进给过程中要测量的距离l 值变化范围为292.4－55.3mm,差值为237.1mm，所以位移测量传感器量程应大于237mm。

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