基於ＰＬＣ控製（zhì）的全流量補償係統在大（dà）型立式車床中的應用-特種加工機床網-數控機床市場網

您（nín）現在的位置：特種加工機床網> 技術前沿>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控製的全流量補償係（xì）統在大型立式（shì）車床中的（de）應用

2016-8-25 來源：井岡山大學機電學院（yuàn）作者：周燕輝（huī）肖根福夏（xià）翔

摘（zhāi）要：結合機床的具體參數，闡述了全流量補償數學模型的（de）簡化（huà）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異，應用ＰＬＣ控製技術（shù）調整變頻器頻率，修正伺服電機的轉速，對大型（xíng）立式車床靜壓導軌的油（yóu）膜厚度進行精確（què）補償，提（tí）高其定位精度。

關鍵（jiàn）詞：全流量補償係統；變（biàn）頻；油膜（mó）厚度；分段

大型立（lì）式（shì）車床是（shì）現代工業生產中不可或缺的一種重要生產設（shè）備，主要（yào）適用於（yú）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（děng）特（tè）點［１］。但是加工的工（gōng）件質（zhì）量太大，導致導軌變形，使得工作台運（yùn）轉不平穩（wěn）甚至出現卡住等現象。出現這些（xiē）現象的重要原（yuán）因是油膜厚度發（fā）生了變（biàn）化，極大地影響了車床的加工（gōng）精度。可見靜壓導軌［２］保持一定的油膜厚度，對提高大型立式車床的加工（gōng）精度、運行平穩與安全生產具有重要意（yì）義。

１、理論基礎

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

式中：ｑｗ為單位寬度的流量，ｃｍ３／ｓ； δ 為縫（féng）隙（xì）高度（即油（yóu）膜厚度（dù）），ｃｍ；ｌ為縫隙長（zhǎng）度，ｃｍ； Δｐ為兩端的壓差，Ｐａ；Ｂ為縫隙單位寬度，ｃｍ；ｕ０為（wéi）壓力，為１個大（dà）氣壓、溫（wēn）度為ｔ０時的黏度，Ｐａ·ｓ；ｔ為工作後的溫度，℃；ｔ０為初始溫度，℃； λ 為油壓的黏溫係數。

２、供油方法（fǎ）

對於大型（xíng）立式（shì）車床（chuáng）來說（shuō），靜壓導軌的油膜厚度δ一（yī）般控製在０.０３～０.０６ｍｍ［４］。現（xiàn）預設油膜厚度為δ，在溫度、壓力與載荷的（de）變化下油膜厚度發生變化，通過光柵位移傳感器檢測出油膜厚度為（wéi）δ±Δδ。為了（le）安全生產（chǎn），預留緩衝報警時間，由ＰＬＣ控製油膜的厚度（dù）在０.０３５～０.０５５ｍｍ之間，采（cǎi）用分段在線控製法［５］控製變頻器頻率（lǜ），調整電機轉速，輸出相應流量。

３、案例應用

３.１　供油原理設計

某公司生產的ＣＫＸ５３１２５數控單柱立式車銑複合加工（gōng）中心，最大加工直徑（jìng）１２５００ｍｍ，最大（dà）承載工件質量１６０ｔ，工作台直徑６３００ｍｍ，采用靜壓導軌（guǐ），共（gòng）有２４個靜壓腔。２４個靜壓腔需要同量供油，油（yóu）液溫升不超過（guò）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（gòng）油原理圖

從原理（lǐ）圖不難看出，電機２４驅動葉片泵（bèng）２７，經過（guò）過濾器２９、３０，再由３個變頻電（diàn）機帶動３個８頭的小流量多頭泵向２４個靜壓腔（qiāng）供油，整（zhěng）個係統供油配備專門的油冷機，使得溫度（dù）升高（gāo）控製在５０ ℃ 以內。在突然（rán）停電時，工作台由於慣性作用繼續轉動１～２圈，此時氣動泵的供油量（liàng）不夠，蓄能器就（jiù）補充供油（yóu），確保工作台有（yǒu）油，避免刮傷，係統壓力為２ＭＰａ。

３.２　數（shù）學模型的簡化（huà）

控製過程的思路是：位移（yí）傳（chuán）感器→ＰＬＣ程序控製，輸出信號→變頻調速→修正小流量多頭泵轉速，調整供油量。

現預設油膜（mó）厚度為０.０５ｍｍ（油膜厚度的上下限在０.０３５～０.０５５ｍｍ內，超過即（jí）報警），設加工質量１６０ｔ的工件，油（yóu）膜厚度經過測量變為（wéi）０.０３０ｍｍ，機床（chuáng）的靜壓腔尺寸如圖（tú）２所示，選用４６號抗磨液壓油，係統初（chū）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（wéi）已（yǐ）知量，故公（gōng）式

（１）改（gǎi）寫為（wéi）：

圖２　靜壓（yā）腔尺寸

３.３　ＰＬＣ程序控製

在工作台底座上安裝（zhuāng）２個光柵位移傳感器，采（cǎi）用ＴＴＬ信（xìn）號接入，１ μｍ分辨率，用ＰＬＣ中（zhōng）的兩相（xiàng）高（gāo）速計數器計算其距離，高速計數器為（wéi）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（duì）準原點（diǎn），並設定此（cǐ）位置為（wéi）光柵尺（chǐ）的“０” 點。變頻器［７］采用（yòng）多段控製，選用（yòng）排量為０.２ｍＬ／ｒ的小流量多頭泵，依據公式（３），不難計算出不同頻率下靜壓導軌不同（tóng）的油膜厚度，編入程序。ＰＬＣ功能如表１所示。

表１　ＰＬＣ功能表

ＰＬＣ控製程序如下：

ＬＤ　Ｍ１０

ＤＺＣＰ　　Ｋ－１０　Ｋ－７Ｃ２５５Ｍ１　／／Ｃ２５５和－７、－１０比較（jiào），判（pàn）定光柵尺位置

ＤＺＣＰ　　Ｋ－３　Ｋ３　Ｃ２５５Ｍ４／／Ｃ２５５和－３、３比較，判定光柵尺位（wèi）置

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

ＬＤ　Ｍ１

ＯＲ　Ｍ２

ＬＤ　Ｍ６

ＡＮＤ　Ｍ７　　

ＯＲＢ

ＯＲ　Ｍ８

ＯＵＴ　Ｙ１２／／輸出Ｙ１２至變頻器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（mó）厚度不大於３５ μｍ報警

ＬＤＭ９

ＯＵＴ　Ｙ２２／／油膜厚度不（bú）小於（yú）５５ μｍ報警

ＥＮＤ

４、結論

采用ＰＬＣ自動控（kòng）製（zhì）的分段油膜厚度法，其基礎在於全流（liú）量數學模型的簡化，去除溫度與（yǔ）壓（yā）力對流量的影（yǐng）響（xiǎng），得出流量（liàng）與油膜厚度的簡單關係（xì）。通過在線檢測現場油膜的厚（hòu）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（zì）動控製小（xiǎo）流量多頭泵的輸出流量，調整靜壓導軌間（jiān）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（hé）。

參考文（wén）獻：

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

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

［３］周燕輝，李東峰，康春蘭．一類新型反（fǎn）饋式小流量（liàng）多頭泵係統的（de）設計［Ｊ］．機械設計，２０１２（１１）：８７－８９．

［４］王華，陳學東．恒（héng）流量靜（jìng）壓導軌設計分析［Ｊ］．裝備製造技（jì）術，２０１１（７）：６６－６８．

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

［６］王東鋒．液（yè）體靜壓導軌及其在機床導軌（guǐ）設計中的應用研究（jiū）［Ｊ］．液壓氣動與密封，２００３（５）：２６－２８．

［７］杜（dù）金城．電氣變頻調速設計技術（shù）［Ｍ］．北京：中國（guó）電力出版社，２００１．

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

投稿箱：
如果您有機床行業、企業相關新聞稿件（jiàn）發表，或進行資訊合作，歡迎聯係本網編輯部，郵（yóu）箱：skjcsc@vip.sina.com

更多相關信息

名（míng）企推薦

業界（jiè）視點（diǎn）

| 更多

行業（yè）數據（jù）

| 更多

博文選萃

| 更多

數控（kòng）機床