數控動梁龍門機床的橫梁同步平衡調整方法
【專利摘要】本發明提供的一種數控動梁龍門機床的橫梁同步平衡調整方法，通過電液比例閥對油缸壓力的進行線性調整，并采用Y軸分段補償的方式，使滑枕銑頭在橫梁上移動的過程中，對油缸壓力逐漸補償，使橫梁同步平衡調整更加穩定，無壓力沖擊，消除了由于滑枕銑頭沿橫梁移動造成的重力偏載對橫梁移動的定位精度的影響，橫梁運行平穩，有效避免出現傾斜超差現象。
【專利說明】數控動梁龍門機床的橫梁同步平衡調整方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及數控動梁龍門機床的橫梁同步平衡調整的設計與制造【技術領域】。
【背景技術】
[0002]目前我國的機床制造業飛速發展，各種大型機床很多，例如:大型動梁龍門加工中心，大型落地鏜銑床等機床。為保證數控機床，特別是重力軸垂直滑板和橫梁(立式數控機床Z軸和臥式加工中心的Y軸、動梁式龍門加工中心的W軸)，有穩定的加工狀態和快速響應速度，大中型數控機床均需重力軸垂直滑板及橫梁平衡裝置，以消除垂直滑板及橫梁自重對其移動精度和控制的影響，并減少伺服驅動電機的負載。
[0003]這些機床都存在有機床運動時由于軸位置變化導致重量偏置，影響機床定位精度和損壞機械元件的缺陷。為了克服上述缺陷，通過機電液的協同合作，機械部分采用在左右立柱上各放置一個油缸，油缸活塞桿和橫梁相連接，通過調整兩邊油缸的壓力就可以調整橫梁W軸的平衡。但是如何通過電信號來調整油缸的壓力，使滑枕銑頭在橫梁上運行時，油缸的壓力能夠實現線性變化，避免壓力沖擊，就成為一個亟待解決的技術難題。
【發明內容】
[0004]為了解決現有技術的不足，本發明的目的是提供一種可實現油缸壓力線性變化的數控動梁龍門機床的橫梁同步平衡調整方法。
[0005]為了達到上述目的，本發明提供一種數控動梁龍門機床的橫梁同步平衡調整方法，所述數控動梁龍門機床包括左立柱、右立柱以及可上下移動的橫梁，所述橫梁上具有沿橫梁長度方向運動的滑枕銑頭，所述數控動梁龍門機床還包括依次連接的PLC模擬輸出模塊、PID控制板、比例閥放大器、電液比例閥、油缸、壓力傳感器，所述壓力傳感器的輸出端連接PID控制板形成閉環控制，其特征在于，所述橫梁平衡調整方法包括以下步驟:
[0006]( I)將滑枕銑頭移動到橫梁的初始位置，然后上下移動橫梁，監視左立柱和右立柱的電機扭矩和電流，直到左立柱和右立柱的電機負載平衡，記錄此時滑枕銑頭的初始位置以及所述油缸的初始壓力值，并調整所述壓力傳感器使壓力傳感器的反饋信號生效；
[0007](2)沿橫梁的長度方向移動所述滑枕銑頭，將靠近所述左立柱的左極限位置與初始位置之間、初始位置與靠近所述右立柱的右極限位置之間分別分為若干調整段，所述滑枕銑頭在每個所述調整段內時，上下移動橫梁，監視左立柱和右立柱的電機扭矩和電流，直到再次使左立柱和右立柱的電機達到負載平衡，記錄橫梁在每個調整段內時油缸的平衡壓力值，在PLC中建立若干個數據塊分別對應每個調整段的油缸的平衡壓力值，每個數據塊中分別存儲每個調整段的機床坐標值范圍及相應的油缸的補償數據；
[0008](3)沿橫梁的長度方向移動所述滑枕銑頭，由PLC實時讀取滑枕銑頭的實際機床坐標值，將實際機床坐標值與所述若干數據塊中的機床坐標值進行比較，判斷滑枕銑頭實際所在的調整段，由PLC根據滑枕銑頭實際所在的調整段對應的數據塊中的補償數據作為模擬量模塊的輸入數據，該模擬量模塊根據接收的輸入數據輸出相應的電壓信號作為PID控制板的給定，通過PID控制板經過處理和運輸，控制比例閥放大器，比例閥放大器的輸出電壓調整電液比例閥的開口大小，實現電液比例閥的連續自動調整，消除由于滑枕銑頭沿橫梁移動造成的傾斜超差，使橫梁運行平穩。
[0009]在一具體實施例中，所述比例閥放大器包括分別與所述PID控制板連接的左比例閥放大器和右比例閥放大器；所述電液比例閥包括與所述左比例閥放大器連接的左電液比例閥、與所述右比例閥放大器連接的右比例閥；所述油缸包括與所述左電液比例閥連接的左油缸、與所述右電液比例閥連接的右油缸，所述左油缸設置在所述左立柱上，左油缸的活塞桿連接所述橫梁，所述右油缸設置在所述右立柱上，右油缸的活塞桿連接所述橫梁；所述壓力傳感器包括設置在所述左油缸底部的左壓力傳感器、設置在所述右油缸底部的右油缸傳感器；
[0010]所述步驟(1)包括:以橫梁的長度方向為Y軸，以左立柱的長度方向為Wl軸，以右立柱的長度方向為W2軸，將滑枕銑頭移動到橫梁的中間位置，然后沿Wl軸和W2軸上下移動橫梁，監視Wl軸和W2軸的電機扭矩和電流，直到Wl軸和W2軸的負載平衡，記錄此時Y軸機床坐標并定義為初始位置，記錄所述左油缸初始壓力值Pl和所述右油缸的初始壓力值P2，調整所述左壓力傳感器和所述右壓力傳感器使反饋信號生效；
[0011]所述步驟(2)包括--沿Y軸將所述初始位置至靠近所述左立柱的左極限位置定義為滑枕銑頭的左移動區間，將左移動區間從右往左分成連續的若干調整段f-1、f-2、f_3、f-4……f_n，將滑枕銑頭從初始位置向左移動的距離定義為Xl ;將所述初始位置至靠近所述右立柱的右極限位置定義為滑枕枕頭的右移動區間，將右移動區間從左往右分成連續的若干調整段f+l、f+2、f+3、f+4……f+m，將滑枕銑頭從初始位置向右移動的距離定義為X2 ；將所述滑枕銑頭分別移動到所述若干調整段內，然后上下移動橫梁，監視Wl軸和W2軸的電機扭矩和電流，直到Wl軸和W2軸的電機再次達到負載平衡，分別記錄滑枕銑頭在每個調整段內時所述左油缸的平衡壓力值Pxl或所述右油缸的平衡壓力值Px2，在PLC中建立若干個數據塊分別對應每個調整段的左油缸或右油缸的平衡壓力值，每個數據塊中分別存儲每個調整段的機床坐標值范圍及相 應的左油缸和右油缸的補償數據；
[0012]所述步驟(3)包括:沿橫梁的長度方向移動所述滑枕銑頭，由PLC實時讀取滑枕銑頭的實際機床坐標值，將實際機床坐標值與所述若干數據塊中的機床坐標值進行比較，判斷滑枕銑頭實際所在的調整段，由PLC根據滑枕銑頭實際所在的調整段對應的數據塊中的補償數據作為模擬量模塊的輸入數據，該模擬量模塊根據接收的輸入數據輸出相應的電壓信號作為PID控制板的給定，通過PID控制板經過處理和運輸，控制所述左比例閥放大器或所述右比例放大器，從而由所述左比例閥放大器的輸出電壓調整所述左電液比例閥的開口大小或者由所述右比例閥放大器的輸出電壓調整所述右電液比例閥的開口大小，實現左電液比例閥或右電液比例閥的連續自動調整，消除由于滑枕銑頭沿橫梁移動造成的傾斜超差，使橫梁運行平穩。
[0013]本發明中采用電液比例閥調整油缸壓力，電液比例閥是介于普通液壓閥與伺服閥之間的一種液壓控制閥。電液比例閥即是電液轉換元件又是功率放大元件，其功用是接收電信號的指令，連續的成比例的控制系統壓力。電液比例閥的最大優勢，也是它的最大特點即電液比例閥可以通過電信號可無級控制閥芯的運動速度，控制開口大小從而改變油缸的壓力。因此，采用電液比例閥就可以使滑軌在整個行程中實現油缸壓力的線性變化。[0014]本發明提供的一種數控動梁龍門機床的橫梁同步平衡調整方法，通過電液比例閥對油缸壓力的進行線性調整，并采用Y軸分段補償的方式，使滑枕銑頭在橫梁上移動的過程中，對油缸壓力逐漸補償，使橫梁同步平衡調整更加穩定，無壓力沖擊，消除了由于滑枕銑頭沿橫梁移動造成的重力偏載對橫梁移動的定位精度的影響，橫梁運行平穩，有效避免出現傾斜超差現象。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1為本發明采用的橫梁同步平衡調整裝置的結構示意圖。
[0016]圖2為滑枕銑頭在橫梁上移動時各部分的受力情況和補償數據關系圖。
[0017]附圖中:1-PLC模擬輸出模塊，2-PID控制板，3-比例閥放大器，4-電液比例閥，
5-油缸，6-壓力傳感器，7-滑枕銑頭，8-左油缸，9-右油缸。
【具體實施方式】
[0018]下面結合附圖對本發明優選的實施方式進行詳細說明。
[0019]請參閱圖1，本發明提供一種數控動梁龍門機床的橫梁同步平衡調整方法，所述數控動梁龍門機床包括左立柱、右立柱以及可上下移動的橫梁，橫梁上具有沿橫梁長度方向運動的滑枕銑頭7，所述數控動梁龍門機床還包括依次連接的PLC模擬輸出模塊1、PID控制板2、比例閥放大器3、電液比例閥4、油缸5、壓力傳感器6，所述壓力傳感器6的輸出端連接PID控制板2形成閉環控制。其中，比例閥放大器3包括分別與PID控制板2連接的左比例閥放大器和右比例閥放大器。電液比例閥4包括與所述左比例閥放大器連接的左電液比例閥、與所述右比例閥放大器連接的右比例閥。所述油缸5包括與所述左電液比例閥連接的左油缸8、與所述右電液比例閥連接的右油缸9，左油缸8設置在所述左立柱上，左油缸8的活塞桿連接所述橫梁，所述右油缸9設置在所述右立柱上，右油缸9的活塞桿連接所述橫梁。所述壓力傳感器包括設置在所述左油缸8底部的左壓力傳感器、設置在所述右油缸9底部的右油缸傳感器。
[0020]本實施例數控動梁龍門機床采用FANUC 31i數控系統。PLC模擬輸出模塊選用的是德國PEPPERL+FUCHS公司的模擬輸出模塊產品。電液比例閥采用意大利阿托斯公司的產
品O
[0021]請參閱圖2，圖中MG為滑枕銑頭和橫梁的重量之和，Pxl為左油缸的平衡壓力值，Ρχ2為右油缸的平衡壓力值。
[0022]所述橫梁平衡調整方法包括以下步驟:
[0023]步驟(I):以橫梁的長度方向為Y軸，以左立柱的長度方向為Wl軸，以右立柱的長度方向為W2軸，將滑枕銑頭移動到橫梁的中間位置，然后沿Wl軸和W2軸上下移動橫梁，監視Wl軸和W2軸的電機扭矩和電流，直到Wl軸和W2軸的負載平衡，記錄此時Y軸機床坐標并定義為初始位置，記錄所述左油缸初始壓力值Pl和所述右油缸的初始壓力值P2，調整所述左壓力傳感器和所述右壓力傳感器使反饋信號生效。
[0024]步驟(2):沿Y軸將所述初始位置至靠近所述左立柱的左極限位置定義為滑枕銑頭的左移動區間，將左移動區間從右往左分成連續的調整段f-1、f_2、f-3、f-4、f-5，將滑枕銑頭從初始位置向左移動的距離定義為Xl ;將所述初始至靠近所述右立柱的右極限位置定義為滑枕枕頭的右移動區間，將右移動區間從左往右分成連續的調整段f+l、f+2、f+3、f+4、f+5，將滑枕銑頭從初始位置向右移動的距離定義為X2 ;將所述滑枕銑頭分別移動到所述若干調整段內，然后上下移動橫梁，監視Wl軸和W2軸的電機扭矩和電流，直到Wl軸和W2軸的電機再次達到負載平衡，分別記錄滑枕銑頭在每個調整段內時所述左油缸的平衡壓力值Pxl或所述右油缸的平衡壓力值Px2，在PLC中建立5個數據塊D100、DlOl、D102、D103、D104分別對應調整段f_5、f-4、f_3、f_2、f-1的左油缸的平衡壓力值，建立5個數據塊D120、D121、D122、D123、D124分別對應調整段f+1、f+2、f+3、f+4、f+5的右油缸的平衡壓力值，每個數據塊中分別存儲每個調整段的機床坐標值范圍及相應的左油缸和右油缸的補償數據。
[0025]請參閱圖2，當滑枕銑頭沿Y軸向右移動時，W2軸所受負載增大，絲桿受力增加，此時要增加右油缸的壓力，減小左油缸的壓力。當滑枕銑頭沿Y軸向左移動是Wl軸所受負載增大，絲桿受力增加，此時要增加左油缸的壓力，減小右油缸的壓力。
[0026]本實施例中，滑枕銑頭沿Y軸從初始位置向左移動距離Xl時，左油缸的補償數據見表1。滑枕銑頭沿Y軸從初始位置向右移動距離X2時，右油缸的補償數據見表2。
[0027]表1
【權利要求】
1.一種數控動梁龍門機床的橫梁同步平衡調整方法，所述數控動梁龍門機床包括左立柱、右立柱以及可上下移動的橫梁，所述橫梁上具有沿橫梁長度方向運動的滑枕銑頭，所述數控動梁龍門機床還包括依次連接的PLC模擬輸出模塊、PID控制板、比例閥放大器、電液比例閥、油缸、壓力傳感器，所述壓力傳感器的輸出端連接PID控制板形成閉環控制，其特征在于，所述橫梁平衡調整方法包括以下步驟: (1)將滑枕銑頭移動到橫梁的初始位置，然后上下移動橫梁，監視左立柱和右立柱的電機扭矩和電流，直到左立柱和右立柱的電機負載平衡，記錄此時滑枕銑頭的初始位置以及所述油缸的初始壓力值，并調整所述壓力傳感器使壓力傳感器的反饋信號生效； (2)沿橫梁的長度方向移動所述滑枕銑頭，將靠近所述左立柱的左極限位置與初始位置之間、初始位置與靠 近所述右立柱的右極限位置之間分別分為若干調整段，所述滑枕銑頭在每個所述調整段內時，上下移動橫梁，監視左立柱和右立柱的電機扭矩和電流，直到再次使左立柱和右立柱的電機達到負載平衡，記錄橫梁在每個調整段內時油缸的平衡壓力值，在PLC中建立若干個數據塊分別對應每個調整段的油缸的平衡壓力值，每個數據塊中分別存儲每個調整段的機床坐標值范圍及相應的油缸的補償數據； (3)沿橫梁的長度方向移動所述滑枕銑頭，由PLC實時讀取滑枕銑頭的實際機床坐標值，將實際機床坐標值與所述若干數據塊中的機床坐標值進行比較，判斷滑枕銑頭實際所在的調整段，由PLC根據滑枕銑頭實際所在的調整段對應的數據塊中的補償數據作為模擬量模塊的輸入數據，該模擬量模塊根據接收的輸入數據輸出相應的電壓信號作為PID控制板的給定，通過PID控制板經過處理和運輸，控制比例閥放大器，比例閥放大器的輸出電壓調整電液比例閥的開口大小，實現電液比例閥的連續自動調整，消除由于滑枕銑頭沿橫梁移動造成的傾斜超差，使橫梁運行平穩。
2.根據權利要求1所述的數控動梁龍門機床的橫梁同步平衡調整方法，其特征在于:所述比例閥放大器包括分別與所述PID控制板連接的左比例閥放大器和右比例閥放大器；所述電液比例閥包括與所述左比例閥放大器連接的左電液比例閥、與所述右比例閥放大器連接的右比例閥；所述油缸包括與所述左電液比例閥連接的左油缸、與所述右電液比例閥連接的右油缸，所述左油缸設置在所述左立柱上，左油缸的活塞桿連接所述橫梁，所述右油缸設置在所述右立柱上，右油缸的活塞桿連接所述橫梁；所述壓力傳感器包括設置在所述左油缸底部的左壓力傳感器、設置在所述右油缸底部的右油缸傳感器； 所述步驟(1)包括:以橫梁的長度方向為Y軸，以左立柱的長度方向為Wl軸，以右立柱的長度方向為W2軸，將滑枕銑頭移動到橫梁的中間位置，然后沿Wl軸和W2軸上下移動橫梁，監視Wl軸和W2軸的電機扭矩和電流，直到Wl軸和W2軸的負載平衡，記錄此時Y軸機床坐標并定義為初始位置，記錄所述左油缸初始壓力值Pl和所述右油缸的初始壓力值P2，調整所述左壓力傳感器和所述右壓力傳感器使反饋信號生效； 所述步驟(2)包括:沿Y軸將所述初始位置至靠近所述左立柱的左極限位置定義為滑枕銑頭的左移動區間，將左移動區間從右往左分成連續的若干調整段f_l、f_2、f_3、f-4……f_n，將滑枕銑頭從初始位置向左移動的距離定義為Xl ;將所述初始位置至靠近所述右立柱的右極限位置定義為滑枕枕頭的右移動區間，將右移動區間從左往右分成連續的若干調整段f+l、f+2、f+3、f+4……f+m，將滑枕銑頭從初始位置向右移動的距離定義為X2 ；將所述滑枕銑頭分別移動到所述若干調整段內，然后上下移動橫梁，監視Wl軸和W2軸的電機扭矩和電流，直到Wl軸和W2軸的電機再次達到負載平衡，分別記錄滑枕銑頭在每個調整段內時所述左油缸的平衡壓力值Pxl或所述右油缸的平衡壓力值Px2，在PLC中建立若干個數據塊分別對應每個調整區間段的左油缸或右油缸的平衡壓力值，每個數據塊中分別存儲每個調整段的機床坐標值范圍及相應的左油缸和右油缸的補償數據； 所述步驟(3)包括:沿橫梁的長度方向移動所述滑枕銑頭，由PLC實時讀取滑枕銑頭的實際機床坐標值，將實際機床坐標值與所述若干數據塊中的機床坐標值進行比較，判斷滑枕銑頭實際所在的調整段，由PLC根據滑枕銑頭實際所在的調整段對應的數據塊中的補償數據作為模擬量模塊的輸入數據，該模擬量模塊根據接收的輸入數據輸出相應的電壓信號作為PID控制板的給定，通過PID控制板經過處理和運輸，控制所述左比例閥放大器或所述右比例放大器，從而由所述左比例閥放大器的輸出電壓調整所述左電液比例閥的開口大小或者由所述右比例閥放大器的輸出電壓調整所述右電液比例閥的開口大小，實現左電液比例閥或右電液比例閥的連續自動調整，消除由于滑枕銑頭沿橫梁移動造成的傾斜超差，使橫梁運行平穩。
【文檔編號】B23Q11/00GK103481112SQ201310444910
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年9月26日 優先權日:2013年9月26日
【發明者】楚德義 申請人:蘇州江源精密機械有限公司