第二章数控旋切机系统特性及控制要求
2.1旋切机简介
旋切是旋转主运动与水平或垂直方向进给运动互相配合，刀具沿切向以片材厚度将棒材连续展开的一种加工方法。例如，高位式聚氨酯软泡旋切是将被加工的海绵柱置于张紧的带刀上方，边转动边慢慢下降进给；低位式则是海绵柱在带刀下方只转动不进给，由带刀向下进给；数控旋切机和数控旋切机加工则是使棒料卡在头轴与尾轴之间被带动回转，旋刀沿水平方向向棒料中心线进给，旋刀沿切向旋切出连续而薄的片带，头尾轴回转一周的旋刀径向进给量，即为片带厚。
旋切机主要由卡轴箱、刀床、刀床进给机构、机座、主传动系统及操纵控制系统等部分组成[18]。卡轴箱分左、右两部分，用来夹持并带动木段旋转。刀床用于安装旋刀和压尺，并根据旋切的薄膜厚度来调节压尺位置，以保证所需的压榨率。刀床进给机构由进给箱及进刀座两部分组成，进给箱用来改变薄膜的旋切厚度，而进刀座把进给箱输出轴的旋转运动变为刀床的直线进给运动。现代大型旋切机还设有防弯压辊装置。以上部件都装在机座上。机座用型钢焊接或用铸铁铸成箱形结构，具有良好的强度、刚度和抗振性能。还要让料在旋切过程中不至于转速变化而影响薄膜厚度，主传动的功率是旋切机中耗能最大的部位。操纵控制系统主要通过对操纵把柄的位置转换来实现旋切的各个功能。
旋切机的主要技术参数包括旋切木段的最大长度、最大直径、旋切薄膜的厚度、旋切刀片的长度、卡轴和卡爪的直径、卡轴转速和主电机功率等。
2.2数控旋切机的结构形式
一般情况下，数控机床的机械结构相对于普通型的要简单一些，但制造精度以及各方面的配合要求较高。本机主要由进给系统、夹持机构、有卡-无卡转换机构、大卡头-小卡头转换机构、驱动系统、刀头摆动机构、数控系统七部份组成[19]，如图2.1所示。进给步进电机通过大小齿轮以及蜗轮、蜗杆连接滚珠丝杆，驱动刀架，构成减速后的进给系统、主要完成进给切削功能；安装在挤压板架上的小摩擦辊和安装在横梁上的两根大摩擦辊由导向机构组成具有夹持功能的机械机构，用于夹持木芯；主驱动电机通过减速机拖动横梁上的两根大摩擦辊转动，经同步链轮将动力传递到挤压板架上的小摩擦辊构成木芯驱动系统，通过表面摩擦力带动木芯旋转；旋刀安装在刀架上并由刀头摆动机构实现切角调整（即改变后角的置，后角控制接近a=A-B/R的值，来实现本课题中切角的调整的目的），刀架上安装了大刀具，使开始切削时把木头切圆，以保护主刀具；同时横梁固定在机座上。底箱内安装了由数控系统控制的转换机构，用以实现有卡、无卡轴的转换功能；大-小卡头的转换装置安装在卡轴箱内，用来完成大、小卡头的转换功能；底辊安装在底箱上，在放入木头时，与三个主辊协同运转，自动寻找聚四氟乙烯的中心，实现自动定心功能，整个加工过程中，完全可以达到无人干预，所以整个设备可以封闭化，这样提高了安全度。
1.机座2.刀床进给点机3.蜗杆4.进刀座5.丝杆6.蜗轮7.侧箱8.大刀具9.旋切刀10.刀头摆动机构11.刀床及挤压板架12.压头（小摩察辊）13.木芯14.大卡头15.小卡头16.主摩察辊17.导向机构18.横梁19.底辊20.压力感应器
图2.1数控旋切机结构示意图
数控旋切机中旋切木段的受力情况：旋切时旋刀和压尺对木段的作用力如图2.2所示。旋切时旋刀对木段的作用力有切削力F1、劈力F2和对木段的挤压力F3。切削力与旋刀相对木段的运动方向一致，其大小与木段的树种、旋切长度以及切削条件等因素有关。劈力是旋刀前面作用于薄膜带并使它反向弯曲的力，导致木材沿切削力作用方向劈裂，在薄膜背面形成大量裂纹，它主要由切削角、树种及切削条件等决定。旋切对木段的挤压力指向并垂直于木段表面，在很大程度上取决于旋切条件，如旋切后角和木段直径。有压尺作用时旋刀对木段的作用力与没有压尺作用时相比是有些差别的。它还应包括由压尺引起的附加作用力。旋刀作用于木段的合力R1按平行四边形合成。
图2.2旋切和压尺对木段的作用力压尺对木段的作用力有压榨力F4及摩擦力F5。压榨力通过旋刀刀刃指向木段，它与压榨率及压尺形式有关。压尺与薄膜的摩擦阻力与压榨力及薄膜和压尺间的摩擦系数有关。压尺作用于木段的合力为R2。旋刀和压尺对木段的总作用力R由于影响的因素很多，可按单位旋切长度上的切削阻力来估算，其作用方向与水平面的夹角在40º～70º。
旋切机的工作过程如图2.3所示：工作时，聚四氟乙烯是卡在两个固定的驱动辊和不断向前进给的压尺辊之间的。驱动辊的作用是给聚四氟乙烯摩擦力使其做旋转的主运动，同时压尺辊不断向前做进给运动，以保证刀具能连续不间断的切削聚四氟乙烯。所以当薄膜厚度是个定值时，刀具进给的速度是时间的函数。
这里我们假定板厚为m，聚四氟乙烯的初始直径为D0，聚四氟乙烯转速为n，驱动辊与压尺辊直径均为d，驱动辊转速为n0，两个驱动辊的中心距为a，刀具的进给速度为v，刀刃在平面坐标系上的水平位移坐标为x。
第三章数控旋切机电控系统的硬件设计
3.1系统概述
数控旋切机的控制系统主要组成如图3.1所示。用户根据加工的要求产生的加工参数， 经上位机把数据装入由可编程控制器PLC组成的下位机，根据机床反馈的信息去控制进给伺服系统、主运动辊的转动、压尺辊的反馈状态等。
图3.1 数控旋切机的基本组成
3.2数控旋切机电控系统的方案设计
数控旋切机的电控系统主要有人机交互装置（PT）、可编程控制器（PLC）、驱动器和电机等构成。
图3.2数控旋切机电控系统
如图3.2所示，数控旋切机的主要控制对象为主轴驱动电机和进给电机。
第四章 数控旋切机控制系统的软件设计
4.1数控旋切机控制系统软件设计方案
本系统的软件设计包括下位机PLC程序设计和上位机可编程终端PT的监控系统设计两个部分。系统软件总体设计如图4.1所示。
图4.1 系统软件总体结构
