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高精度磨床电气系统加工恒温自动控制方法探讨

热度0票浏览60次时间：2021年6月03日 09:45

河南中孚实业股份有限公司河南巩义 451200

摘要：高精度磨床主要是负责加工精密度要求较高的元件，为确保加工精度，必须要实现加工温度的精准控制，传统的方法主要是依靠人工控制，对于温度的判断依赖于操作人员的经验，易出现误差。基于此，本文尝试研究高精度磨床电气系统加工恒温自动控制系统，以提升加工精度以及操作便捷性。

关键词：自动控制；加工恒温；磨床；高精度

高精度磨床是工业生产的重要设备，在生产精密度较高的元件以及设备方面具有突出优势，但随着行业发展，对于加工精度要求越来越高，传统的高精度磨床温度控制系统已经很难适应当下的需求，必须尝试优化改进。高精度磨床在生产加工过程中，内部温度控制极为关键，稍有不慎就可能影响到加工精准度[1] 。考

虑到传统人工控制方法的局限性，尝试通过采用微调数字电位器，优化交流调温模块控制精准度，进而实现加工恒温控制。从当下行业的发展现状来看，可以预见自动化的磨床加工恒温控制是必然趋势，未来必然会得到广泛应用。

1.设计思路

长期以来，高精度磨床电气系统加工恒温自动化控制一直是世界范围内的技术难题，吸引了众多专家学者参与研究，近年来，随着科学技术发展更新，此问题开始得到初步解决，部分企业生产的磨床基本实现了加工温度的自动检测与控制，完成了从人工控制向计算机自动控制的转变。本文借鉴日本三菱生产的高精度磨床电气系统加工恒温控制系统，尝试通过采用微调数字电位器，优化交流调温模块控制精准度，设计出一种加工恒温自动控制方法。

2.高精度磨床电气系统加工恒温自动控制方法研究

2.1 采用微调数字电位器

数字电位器允许用户通过系统改变温度比率以及电阻值的具体参数，将机械电位器替换微数字电位器，采用单片机控制即可实现对输出脉冲以及加工温度占比的控制，同时可以驱动固态继电器对功率进行调整。在实际加工过程中，系统温度传感器检测加工温度的标准恒温槽口对于温度控制要求极高，必须实现极为精准度温度控制，目前普遍使用的数字电位器的抽头数量多为255 或者是 1025，部分数字电位器的抽头数量甚至不到 200[2] ，这

主要是受制于当前的科技水平以及生产加工技术。在这种情况下，就意味着电路分辨率只能达到加热丝最大功率的 2%，很难实现对功率以及温度的精准控制，这显然不符合标准恒温槽口的运行要求。基于此，尝试在现有电路基础上采用微调数字电位器，这样系统对于功率以及温度调整的分辨力就可以达到加热丝最大功率的 0.002/%，可以实现更精准的控制，完全可以满足标准恒温槽口的运行要求。在整个电路中，U2 与 U4 设计为粗数字电位器，并对其进行调整，二者的抽头数量均设定为 110，阻值设定为 110k，其每档的阻值基本上在 2k 左右。U3 采用微调数字电位器，抽头数量设定为 100，阻值设定为 2k，其每档的阻值基本上在 15ψ。

微调数字电位器的主要作用是将粗数字电位每档再次划分为 110档，从而使数字电位器对电阻以及温度的控制精度可以达到0.001%。通过这种方式，在不改变电路基本结构的基础上，仅增加微调数字电位器即可弥补粗数字电位器控制精度不足的问题，在技术层面具有可行性，并且成本较低，操作难度较小，具有实践意义。

2.2 优化交流调温模块控制

交流调温模块的构成比较复杂，主要包括移相电压、信号变温器、相位检测电路、阻隔控制电源、光电隔离触发器以及输出可控温设备等，其主要作用是阻隔高压电路与控制电路，从而实现加工恒温的自动化控制。交流调温模块控制信号主要有两种形式，分别是直流电压输入以及直流电流输入

[3] ，关于输入接口既可

以直接从外部端口接入，也可以在交流调温模块自带电源上接入10k 点位温度计。要确保交流调温模块保持良好的性能，必须采用高质量标准电源，若标准电源不纯净，则会直接影响交流调温模块的整体性能，出于这方面的考虑，尝试采用相对独立的高精度标准电阻芯片，这样至少可以提供不低于 6.0Ω的电阻，并且噪音和温度都比较低。系统微处理器采用 STM81 以及 ADS1298，以五线制 SPI 手段实现连接以及温度控制、转换，无线具体包括片选线、信号线、输出线路以及输入线路，其中信号线、输出线路以及输入线路与主系统对应的 SPI 接口连接

[4] ；片选线接地，从而

使 ADS1298 运行状态转换为从机模式。通过优化交流调温模块控制，可以实现可控温导通角在 180°范围内自由调整，进而精准实现温度调节。

3.应用效果分析

为验证本设计的实际效果，笔者设计了对比试验，将本设计与传统加工恒温控制方法进行对比，确保试验结果的准确性，二者的测量仪器均采用 140A 测温仪，测量范围为 1~1kΩ，测量精度为 0.2mK；5610 标准箔电阻温度计，测量范围为-39~156℃，测量精度为二级。在整个试验过程中，使两种不同的加工恒温控制方法在相同测量仪器下运行，主要分析其对温度控制的精准度。

实验结果显示本文设计的控制方法可以实现加工恒温的自动化控制，且控制精度较高，误差不超过 0.2℃，而传统控制方法随着时间延长，控制精度明显下降，误差超过 5℃，本文设计的方法明显优于传统控制方法。

结语

综上所述，本文通过采用微调数字电位控制器以及优化交流调温模块的方法设计了一种磨床恒加工自动化控制方法，通过实践本文设计的方法可以使加工温度保持在稳定且较高的状态，具有一定的应用价值。

参考文献

[1]钟锐，屈大强，胡玉婷. 基于单片机的恒温自动控制系统[J]. 电子制作，2017，24（No.343）：9-10.

[2]刘金云，卢厚元，王建华. 基于PLC的M7130磨床电气控制系统改造研究[J]. 内燃机与配件，2018，000（010）：P.125-127.

[3]肖剑. 新型高精度磨床控制系统设计[J]. 电子技术与软件工程，2014，000（021）：72-73.

[4]胡学雄，张海南. 专用轧辊磨床数字控制的实现及升级[J].

设备管理与维修，2016，000（0z1）：102-102.