基於ＰＬＣ控製的全流量補償（cháng）係統在（zài）大型立式車床中的應（yīng）用-齒輪加工機床網-數控機床市場網

您現在（zài）的位置：齒輪加工機床網> 技（jì）術前（qián）沿>基於ＰＬＣ控製的全流量補償係統在大型立式車床中的應用

基於ＰＬＣ控製的（de）全流量補償（cháng）係統在大型立式車床中的應用

2016-8-25 來源：井岡山大學（xué）機電學院作者：周燕輝肖根福夏翔

摘要：結合機床的（de）具體（tǐ）參數，闡述了全流量補償（cháng）數學模型的簡化過程。通過位移傳感器測量因負載、溫度變化導致的油膜厚度差（chà）異，應用ＰＬＣ控製技術調整變頻器頻率，修正伺（sì）服電機的轉速，對大型立式車床靜壓導軌的油膜厚度進行精確補償，提高其定位精度。

關鍵詞：全流量補償係統；變頻；油膜厚度；分段

大型立式車床是現代工業生產中不可或缺的一（yī）種（zhǒng）重（chóng）要生產設備，主（zhǔ）要適用於盤類零件的加工，具有承載能力大、裝夾工件方便及切（qiē）削扭矩大等特點［１］。但是加工的工件質量太大，導致導軌變形，使得工（gōng）作台運轉不平穩（wěn）甚至出現卡住等（děng）現象。出現這些現（xiàn）象的重要原因是油膜厚度發生了變化，極大地影響了車床的（de）加工精度。可見靜壓（yā）導（dǎo）軌［２］保持一定的油膜（mó）厚度，對提高大型立式車床的加工精度、運行平穩與安全生產具有重要（yào）意義。

１、理（lǐ）論基礎（chǔ）

靜壓導軌油膜容易受到載荷、溫度與壓力的綜合影響（xiǎng）。一般來說，靜壓導軌中壓力遠遠小（xiǎo）於２０ＭＰａ，故壓力的影響忽略不計。公式（１）為油膜厚度與流量、溫度的複合數學模型［３］：

式中：ｑｗ為（wéi）單位寬度的流量（liàng），ｃｍ３／ｓ； δ 為縫隙高度（即油膜厚度），ｃｍ；ｌ為縫隙長度，ｃｍ； Δｐ為兩端的壓差，Ｐａ；Ｂ為縫隙單位寬度，ｃｍ；ｕ０為壓力，為１個大氣壓、溫度為ｔ０時的黏度，Ｐａ·ｓ；ｔ為工作（zuò）後的溫度，℃；ｔ０為（wéi）初始溫度，℃； λ 為油壓的黏溫係數。

２、供油方法

對於大（dà）型立式車床來說，靜壓導（dǎo）軌的油膜厚度δ一般控（kòng）製（zhì）在０.０３～０.０６ｍｍ［４］。現預設油膜厚度為δ，在溫度、壓力與載（zǎi）荷的變化下（xià）油膜厚度發生（shēng）變化，通過光柵位移傳感（gǎn）器檢測出油膜厚度為δ±Δδ。為了安全生產，預留緩衝報警時間，由ＰＬＣ控製油（yóu）膜的（de）厚（hòu）度在０.０３５～０.０５５ｍｍ之間，采（cǎi）用分段在（zài）線控（kòng）製法［５］控製變頻器頻率，調整電機轉速，輸出相應流（liú）量。

３、案例應用

３.１　供油原理設（shè）計

某公司生產的ＣＫＸ５３１２５數控單（dān）柱立式車銑複合加工中心，最大加工直（zhí）徑１２５００ｍｍ，最大承載工件質量１６０ｔ，工作台直徑６３００ｍｍ，采用靜壓導軌，共有２４個（gè）靜壓腔。２４個靜壓（yā）腔需要同量供油（yóu），油（yóu）液溫升不超過５０ ℃，不能（néng）出現低速“爬行”、卡盤［６］等現象。根據工作要求，擬定原理圖（圖１）。

圖１　供油原理圖

從原理圖不難看出，電（diàn）機２４驅（qū）動葉片泵２７，經過過濾器（qì）２９、３０，再（zài）由３個變頻電機帶（dài）動３個８頭的小流量多頭泵向２４個靜（jìng）壓腔供（gòng）油，整個係統供油配備專門的（de）油冷機，使得溫度升高控製在５０ ℃ 以（yǐ）內。在突然停電時，工（gōng）作台由於慣性作用繼續（xù）轉動１～２圈，此時氣（qì）動泵的供油量不夠，蓄能器就補充供油，確保（bǎo）工作（zuò）台有油，避免刮傷，係統壓力為２ＭＰａ。

３.２　數學模型的簡化

控製過程的思路是：位移傳感器→ＰＬＣ程序控（kòng）製，輸出信號（hào）→變頻調速→修正小（xiǎo）流量多頭泵轉速，調整供油量。

現（xiàn）預設油膜厚度為（wéi）０.０５ｍｍ（油膜厚（hòu）度的上下限在０.０３５～０.０５５ｍｍ內，超過即報警），設加工質量１６０ｔ的工件，油膜厚度經過測量變為０.０３０ｍｍ，機床（chuáng）的（de）靜（jìng）壓腔尺寸如圖２所（suǒ）示，選用（yòng）４６號抗磨液壓油，係統初始油溫為２０ ℃，油溫升高控製在５０ ℃ 之內，由於ｌ、ｕ０、λ、ｔ、ｔ０、Ｂ、Δｐ為已知量（liàng），故公式

（１）改寫為（wéi）：

圖２　靜壓腔尺（chǐ）寸

３.３　ＰＬＣ程序控製

在工作台底座（zuò）上安裝２個光（guāng）柵位移傳感器，采用ＴＴＬ信號接入，１ μｍ分辨率，用ＰＬＣ中的兩相高速計（jì）數器計算其距離，高速（sù）計數器為Ｃ２５５，４５ μｍ為油膜的最佳厚度，以４５ μｍ油膜厚度對應位置為原點，將光柵尺中心對準原點，並設定此位置為光柵（shān）尺的“０” 點。變頻（pín）器［７］采用多段控製，選用排量為０.２ｍＬ／ｒ的小（xiǎo）流量（liàng）多（duō）頭泵，依據公（gōng）式（shì）（３），不難計算出不同頻率下靜壓導軌不同的油膜厚度，編（biān）入程序。ＰＬＣ功能如表（biǎo）１所（suǒ）示。

表１　ＰＬＣ功能表

ＰＬＣ控製程序（xù）如下：

ＬＤ　Ｍ１０

ＤＺＣＰ　　Ｋ－１０　Ｋ－７Ｃ２５５Ｍ１　／／Ｃ２５５和－７、－１０比較，判定光柵尺位置（zhì）

ＤＺＣＰ　　Ｋ－３　Ｋ３　Ｃ２５５Ｍ４／／Ｃ２５５和－３、３比較，判定（dìng）光柵尺位置

ＤＺＣＰ　　Ｋ７　　Ｋ１０　Ｃ２５５Ｍ７　／／Ｃ２５５和－７、－１０比較，判定光柵尺位置

ＬＤ　Ｍ１

ＬＤ　Ｍ３

ＡＮＤ　Ｍ４　

ＯＲＢ

ＬＤ　Ｍ６

ＡＮＤ　Ｍ７　

ＯＲＢ

ＯＲ　Ｍ９

ＯＵＴ　Ｙ１１／／輸出Ｙ１１至變頻器ＲＬ端（duān）

ＬＤ　Ｍ１

ＯＲ　Ｍ２

ＬＤ　Ｍ６

ＡＮＤ　Ｍ７　　

ＯＲＢ

ＯＲ　Ｍ８

ＯＵＴ　Ｙ１２／／輸出Ｙ１２至變（biàn）頻器ＲＭ端

ＬＤ　Ｍ１

ＯＲ　Ｍ２

ＬＤ　Ｍ３

ＡＮＤ　Ｍ４　

ＯＲＢ

ＯＲ　　Ｍ５

ＯＵＴ　Ｙ１３／／輸出Ｙ１３至變頻器ＲＨ端

ＬＤＭ１

ＯＵＴ　Ｙ２１／／油膜厚度不大於３５ μｍ報（bào）警

ＬＤＭ９

ＯＵＴ　Ｙ２２／／油膜厚度（dù）不小於（yú）５５ μｍ報警

ＥＮＤ

４、結論

采用ＰＬＣ自動控製的分段油膜厚度法，其基礎在於全流量數學模型的簡化，去除溫度與壓力對流量的影響，得出流量與油膜厚度的簡單（dān）關係。通過（guò）在線檢測現場油膜的厚度，選擇適當的調頻電機，不同的油膜厚度對應不同的頻率，自動控製小流量多頭泵的（de）輸出流量（liàng），調（diào）整靜壓導軌間的油膜厚度（即導軌間隙）。該方法簡便且成本低，特別適合大型機床的低速重載［８］的場合。

參考文獻：

［１］劉克林．立式車床工作台靜壓的控製［Ｊ］．機械研究與應用，２０１２（１）：１０９－１１０．

［２］ＳＴＡＮＳＦＩＥＬＤＦＭ．ＨｙｄｒｏｓｔａｔｉｃＢｅａｒｉｎｇｆｏｒＭａｃｈｉｎｅＴｏｏｌ［Ｍ］．ＭａｃｈｉｎｅｒｙＰｕｂｌｉｓｈｉｎｇＣｏ．，Ｌｔｄ．，１９９７．

［３］周燕輝（huī），李東峰，康春蘭．一（yī）類新（xīn）型反饋式小（xiǎo）流（liú）量多（duō）頭泵係統的設計［Ｊ］．機械設計，２０１２（１１）：８７－８９．

［４］王華，陳學東．恒流量（liàng）靜壓導軌設（shè）計分析［Ｊ］．裝備製造技術，２０１１（７）：６６－６８．

［５］ＣＨＯＷＤＨＵＲＹＳＫＲ．ＡＦｅｅｄＢａｃｋＣｏｎｔｒｏｌＳｙｓｔｅｍｆｏｒＰｌａｉｎＢｅａｒｉｎｇｓＵｓｉｎｇＦｉｌｍＴｈｉｃｋｎｅｓｓＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ［Ｊ］．ＴｒｉｂｏｌｏｇｙＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，２０００，３３（１）：２９－３７．

［６］王東鋒（fēng）．液體靜壓導軌及其在機床導軌設計中的應（yīng）用（yòng）研（yán）究［Ｊ］．液壓氣動與密封，２００３（５）：２６－２８．

［７］杜（dù）金（jīn）城．電氣變頻調（diào）速設計技術［Ｍ］．北京：中國電力出版社（shè），２００１．

［８］李列．ＸＫ２１２５床身工作台導軌（guǐ）副采用恒流供油式靜壓導軌的探討［Ｊ］．機床與液壓，２００６（１０）：６４－６６．

投稿（gǎo）箱：
如果（guǒ）您有機床行（háng）業（yè）、企業相關新聞稿（gǎo）件發表，或進行資訊合作，歡迎聯（lián）係本網編輯部，郵箱：skjcsc@vip.sina.com

更多相關信息

名企推（tuī）薦

業界視（shì）點

| 更多

行業數據

| 更多

博文選（xuǎn）萃

| 更多