一种基于PLC的数控落地铣镗床主轴箱动态平衡的控制系统 |
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| 申请号 | CN201610456231.2 | 申请日 | 2016-06-22 | 公开(公告)号 | CN107520664A | 公开(公告)日 | 2017-12-29 |
| 申请人 | 赵俭; | 发明人 | 赵俭; | ||||
| 摘要 | 一种基于PLC的数控落地铣 镗床 主轴 箱动态平衡的控制系统，采用基于PLC的液压控制技术，通过对液压系统回路中流量与压 力 的控制，实现对 主 轴箱 的平衡控制。该控制系统采用液压控制平衡法，应用电液伺服 阀 和伺服控制系统来控制 活塞 杆的压力和位移，实现对主轴箱因倾斜而产生误差的补偿。这样不仅可以提高机床加工 精度 ，而且可以改善立柱的受力。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种基于PLC的数控落地铣镗床主轴箱动态平衡的控制系统，其特征是：所述控制系统中，主轴箱通过丝杠传动，沿立柱静压导轨上下运动，滑枕通过丝杠传动，沿静压导轨在箱体内部做左右水平运动，镗轴在铣轴内做左右水平运动。 |
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| 说明书全文 | 一种基于PLC的数控落地铣镗床主轴箱动态平衡的控制系统所属技术领域 背景技术[0002] 数控技术是制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础，现代的CAD/CAM、FMS、CIMS等都与数控技术密切相关，因而数控机床在现代工业生产中发挥着极其重要的作用。目前数控落地铣镗床主轴箱的动态平衡控制方法主要有2种：①用平衡锤来平衡主轴箱，但增大了立柱的受力；②增大丝杠的直径，让丝杠承受来自主轴箱无法平衡带来的转矩，但这样导致丝杠磨损加剧，影响丝杠和该机床的加工精度。这些方法既笨重又精度低。 发明内容[0003] 本发明提出了一种基于PLC的数控落地铣镗床主轴箱动态平衡的控制系统，采用液压控制平衡法，应用电液伺服阀和伺服控制系统来控制活塞杆的压力和位移，实现对主轴箱因倾斜而产生误差的补偿。这样不仅可以提高机床加工精度，而且可以改善立柱的受力。 [0004] 本发明所采用的技术方案是：所述控制系统中，主轴箱通过丝杠传动，沿立柱静压导轨上下运动。滑枕通过丝杠传动，沿静压导轨在箱体内部做左右水平运动，镗轴在铣轴内做左右水平运动。但滑枕的伸出，加之安装附件的重力，使得主轴箱前端向下倾斜，降低了加工精度，甚至使刀具破坏。 [0005] 所述控制系统采用基于PLC的液压控制技术，通过对液压系统回路中流量与压力的控制，实现对主轴箱的平衡控制。液压缸2与动滑轮8相连接，动滑轮8上的2根钢丝绳5分别绕过两对定滑轮6，一根钢丝绳直接与主轴箱后端(右)连接，另一根钢丝绳与固定在主轴箱前端(左)的液压缸4连接。2个伺服阀11分别通过两个液控单向阀9与2个液压缸相连接，液压泵14输出的压力油通过伺服阀11进到液压缸里。 [0006] 所述控制系统中，液压缸2用来平衡主轴箱的重力，当主轴箱通过丝杠传动而上下运动时，开关1、2接通，伺服阀中装有位移传感器来检测阀芯的位置，将检测的位置以电压信号(Ux)的方式反馈给电压控制器并与指令电压(UQS)比较。电压控制器根据其差值△U 来改变先导阀线圈电流来控制阀芯移动。因为电压的大小与阀芯的位移成正比，所以得到所需的流量，从而可控制活塞杆(即主轴箱)的位移和力。液压缸2中的活塞杆与主轴箱的运动位移相等，却是钢丝绳位移的一半，承受的力几乎是每根钢丝绳的两倍。当主轴箱中的滑枕通过丝杠传动伸出时，主轴箱的重心前移，加之附件的重力，使得主轴箱产生了一个反力矩，前端向下倾斜(低头)。这时开关2、3接通，伺服阀中的压力传感器检测输入液压缸4中的油压力，将检测到的结果以电压信号的方式反馈给电压控制器并与指令电压比较，压力控制器根据其差值来改变流量来最终对压力的控制，增加液压缸4的压力，使主轴箱前端钢丝绳的拉力增大，改变两根钢丝绳的拉力，平衡掉逆时针的反力矩。反之缩回时，主轴箱前端钢丝绳的拉力减小，改变两根钢丝绳的拉力，平衡掉顺时针的反力矩，从而使主轴箱始终保持在水平位置。 [0007] 所述控制系统通电以后，先判断是上升还是下降，如果主轴箱是通过丝杠传动上升时，液压泵开始工作向液压系统供液压油，电磁阀的上升油路接通，压力传感器检测压力并调整所测的压力，使其调整后的压力始终与主轴箱的重力相等，主轴箱上升结束；电磁阀伸出油路接通，压力传感器检测压力并调整压力，使调整后的压力产生的转矩始终与滑枕伸出时产生的转矩相等，使主轴箱始终保持水平，伸出结束。如果判断主轴箱是下降，电磁阀缩回油路接通，压力传感器检测压力并调整压力，使调整后的压力产生的转矩始终与滑枕伸出时产生的转矩相同，使主轴箱始终保持水平，缩回结束；电磁阀下降油路接通，压力传感器检测压力并调整压力，使调整后的压力始终与主轴箱的重力相等，下降结束，主轴箱的整个工作过程结束。 [0008] 所述控制系统采用的按钮和行程开关直接与PLC的输入端子连接，继电器线圈与输出端子相连接，可知PLC所需输入的和输出的点数共计20点。考虑到今后扩大功能留余地，即选用32点数的PLC，所以选定某公司FX系列的PLC，其型号为FX2N-32MR。 [0009] 所述电液式液压系统主轴箱的平衡控制系统，通过A/D和D/A转换可实现系统的连续控制；主轴箱的上升和下降通过DI和DO开关量的通断控制相应电磁阀的动作来完成。首先初始化脉冲M8002初始化程序，按启动按钮X2上电M10置位，停止按X3(常闭)。如果X0接通则为主轴箱上升，当碰到上限位开关X5上升结束；滑枕伸出，当碰到左限位开关X7伸出结束，复位按钮X4接通，M10复位，上升过程结束。如果X1接通则为主轴箱下降，当碰到下限位开关X10下降结束；滑枕开始缩回，当碰到右限位开关X6缩回结束，复位按钮X4接通，M10复位，下降过程结束。根据功能图的要求可以编写梯形图，所编写的梯形图在实际工作中能够满足要求。 [0010] 本发明的有益效果是：在该液压控制系统中，应用电液比例阀能伺服控制很好地对主轴箱进行了平衡补偿，在实际生产中有着很广的应用价值；PLC控制系统具有可靠性好、抗干扰能力强的特点，且与上位机连接，可以实现远程控制。上位机进行组态和编程，下位机实现电磁换向阀的控制，可以满足工艺要求。附图说明 [0011] 图1是本发明的液压系统与各零部件之间的连接图。 [0012] 图2是本发明的电液伺服阀的控制原理图。 [0013] 图3是本发明的主轴箱的动作流程图。 [0014] 图4是本发明的主轴箱平衡控制系统PLC的I/O接线图。 [0015] 图5是本发明的程序功能图。 [0016] 图中：1.床身；2、4．液压缸；3．主轴箱；5．钢丝绳；6．定滑轮；7．立柱；8．动滑轮；9．液控单向阀；10．电磁换向阀；11．伺服阀；12．溢流阀；13．单向阀；14．液压泵；15．过滤器。 具体实施方式[0017] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。 [0018] 如图1，控制系统中，主轴箱通过丝杠传动，沿立柱静压导轨上下运动。滑枕通过丝杠传动，沿静压导轨在箱体内部做左右水平运动，镗轴在铣轴内做左右水平运动。但滑枕的伸出，加之安装附件的重力，使得主轴箱前端向下倾斜，降低了加工精度，甚至使刀具破坏。 [0019] 控制系统采用基于PLC的液压控制技术，通过对液压系统回路中流量与压力的控制，实现对主轴箱的平衡控制。液压缸2与动滑轮8相连接，动滑轮8上的2根钢丝绳5分别绕过两对定滑轮6，一根钢丝绳直接与主轴箱后端(右)连接，另一根钢丝绳与固定在主轴箱前端(左)的液压缸4连接。2个伺服阀11分别通过两个液控单向阀9与2个液压缸相连接，液压泵14输出的压力油通过伺服阀11进到液压缸里。 [0020] 如图2，控制系统中，液压缸2用来平衡主轴箱的重力，当主轴箱通过丝杠传动而上下运动时，开关1、2接通，伺服阀中装有位移传感器来检测阀芯的位置，将检测的位置以电压信号(Ux)的方式反馈给电压控制器并与指令电压(UQS)比较。电压控制器根据其差值△U来改变先导阀线圈电流来控制阀芯移动。因为电压的大小与阀芯的位移成正比，所以得到所需的流量，从而可控制活塞杆(即主轴箱)的位移和力。液压缸2中的活塞杆与主轴箱的运动位移相等，却是钢丝绳位移的一半，承受的力几乎是每根钢丝绳的两倍。当主轴箱中的滑枕通过丝杠传动伸出时，主轴箱的重心前移，加之附件的重力，使得主轴箱产生了一个反力矩，前端向下倾斜(低头)。这时开关2、3接通，伺服阀中的压力传感器检测输入液压缸4中的油压力，将检测到的结果以电压信号的方式反馈给电压控制器并与指令电压比较，压力控制器根据其差值来改变流量来最终对压力的控制，增加液压缸4的压力，使主轴箱前端钢丝绳的拉力增大，改变两根钢丝绳的拉力，平衡掉逆时针的反力矩。反之缩回时，主轴箱前端钢丝绳的拉力减小，改变两根钢丝绳的拉力，平衡掉顺时针的反力矩，从而使主轴箱始终保持在水平位置。 [0021] 主轴箱上升时，YV3通电接通，压力油通过阀11、9进入液压缸2的上腔内使得活塞杆向下运动从而提升主轴箱向上运动。当主轴箱向下运动时，YVl和YV2同时接通，YVl接通打开液控单向阀，液压缸中的压力油经液控单向阀9、伺服阀11的左腔流回油箱，主轴箱向下运动。当滑枕伸出主轴箱时，YV5接通由液压泵打出的液压油经伺服阀11的左腔、液控单向阀9进入到液压缸4中，提升主轴箱的前端(左)，补偿因主轴箱伸出而下垂产生的误差。当滑枕缩回时，换向阀W1接通打开液控单向阀，同时伺服阀YV4接通，液压缸4中的液压油经液控单向阀9、伺服阀右腔流回油箱，降低主轴箱的前端(左)，补偿因主轴箱在伸出时前端钢丝绳拉力大于后端钢丝绳拉力而产生的翘起误差。 [0022] 如图3，控制系统通电以后，先判断是上升还是下降，如果主轴箱是通过丝杠传动上升时，液压泵开始工作向液压系统供液压油，电磁阀的上升油路接通，压力传感器检测压力并调整所测的压力，使其调整后的压力始终与主轴箱的重力相等，主轴箱上升结束；电磁阀伸出油路接通，压力传感器检测压力并调整压力，使调整后的压力产生的转矩始终与滑枕伸出时产生的转矩相等，使主轴箱始终保持水平，伸出结束。如果判断主轴箱是下降，电磁阀缩回油路接通，压力传感器检测压力并调整压力，使调整后的压力产生的转矩始终与滑枕伸出时产生的转矩相同，使主轴箱始终保持水平，缩回结束；电磁阀下降油路接通，压力传感器检测压力并调整压力，使调整后的压力始终与主轴箱的重力相等，下降结束，主轴箱的整个工作过程结束。 [0023] 如图4，控制系统采用的按钮和行程开关直接与PLC的输入端子连接，继电器线圈与输出端子相连接，可知PLC所需输入的和输出的点数共计20点。考虑到今后扩大功能留余地，即选用32点数的PLC，所以选定某公司FX系列的PLC，其型号为FX2N-32MR。 [0024] 如图5，电液式液压系统主轴箱的平衡控制系统，通过A/D和D/A转换可实现系统的连续控制；主轴箱的上升和下降通过DI和DO开关量的通断控制相应电磁阀的动作来完成。首先初始化脉冲M8002初始化程序，按启动按钮X2上电M10置位，停止按X3(常闭)。如果X0接通则为主轴箱上升，当碰到上限位开关X5上升结束；滑枕伸出，当碰到左限位开关X7伸出结束，复位按钮X4接通，M10复位，上升过程结束。如果X1接通则为主轴箱下降，当碰到下限位开关X10下降结束；滑枕开始缩回，当碰到右限位开关X6缩回结束，复位按钮X4接通，M10复位，下降过程结束。根据功能图的要求可以编写梯形图，所编写的梯形图在实际工作中能够满足要求。 |
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