CN102513879A - 一种车切无缝接箍管的前卡定位装置 - Google Patents

Abstract

一种车切无缝接箍管的前卡定位装置，属于机械和电气应用技术领域。在REIKA机组的840D数控系统中，将精度为±50μm的磁栅位置传感器与NC数控机加编程结合起来，实现位置全闭环控制；前卡定位装置主要由前卡油缸、执行架、上下滑轨、前卡爪、磁栅位置传感器、球型连接关节六部分组成。前卡油缸由比例阀控制，靠液压动力推动油缸杆实现夹紧与放松动作；被实时测量的前卡装置的位置数据，通过总线传输给840D数控系统，经过NC与PLC计算后，控制比例阀实现前卡装置的精确定位。通过利用位置磁栅传感器的本体特点，再与现场设备相融合，可提高检测元件主动性自我防御能力。

Description

一种车切无缝接箍管的前卡定位装置

一、所属技术领域：属于机械和电气应用技术领域。

二、背景技术：

REIKA切管机的作用是将钢管切成指定长度的管箍，为后续管箍内螺纹的车丝做准备。

车切符合工艺要求的无缝接箍管，必须精确定位前卡装置。实现REIKA切管机的前卡精确定位，是综合了数控加工、测量、计算机、PLC、自动控制等综合学科领域的技术，其中符合现场实际的精确测量是实现数控系统全闭环控制的前提。REIKA切管机前卡装置的定位，原本由直线型光栅尺来完成。尽管光栅尺具备合格的检测精度，但是它对安装要求(静尺平行度0.1mm)与工况要求(动尺平行度0.05mm)非常苛刻。现场的实际情况是：一方面在REIKA切管机前卡装置静止时，由于周围存在无法避免的震动源，导致光栅尺的静尺与动尺存在上下左右四个方向上的位移；更严重的震动还会产生激光头及其附件的磨损。测量偏差的出现使得REIKA切管机前卡装置不能正常定位。另一方面在REIKA切管机前卡装置往返运动中，由于震动源与设备各种间隙的存在，造成了前卡位置数据瞬间紊乱甚至丢失，最终造成光栅尺和刀具(刀头、刀夹、刀架)、卡具的非正常损耗。

该直线型光栅尺标注为易损部位，属于经常性更换的元器件。由于光栅尺磨损，使得现在的精度误差在±2mm，每年需更换35根光栅尺，同时刀具(刀头、刀夹、刀架)消耗严重，卡具也多次遭受到不同程度的损伤。从目前长期大批量生产的实际情况看，光栅尺经常性损坏严重影响接箍生产的正常运行，制约着接箍的产量和质量的提升。

REIKA切管机前卡装置不能精确定位、数控加工程序及PLC程序不完善是光栅尺损坏及刀具与卡具非正常损耗的主要原因。

三、发明内容

本发明的目的是提供一种定位精确、操作灵活、运行平稳可靠、使用寿命长的车切无缝接箍管的前卡定位装置。

本发明的技术解决方案：

1，在检测元件的主动性自我防御方面，通过提高检测元件使用寿命来降低生产成本、恢复机床精度。

2，在自动化和数控加工两个方面，实现REIKA切管机前卡装置的精确定位及保护措施的嵌套合理性与严密性。

本发明是这样实施的：

1，提高检测元件的主动性自我防御能力。

为了提高检测元件使用寿命、降低生产成本及恢复机床精度，需要另寻一种更加适合现场环境、符合REIKA切管机前卡装置动作要求的检测设备。

考虑到测量长度、测量精度、移动速度与自我防御能力方面，经过多次实验，最终决定在REIKA机组的840D数控系统中，将直线型光栅尺更换为BALLUF的直线型封闭式微脉冲磁栅位置传感器，并将该精度为±50μM的磁栅位置传感器与NC数控机加编程结合起来，实现前卡位置全闭环控制。

BALLUF的直线型封闭式微脉冲磁栅位置传感器因其具备一定的震动缓冲能力，并且从测量精度(±50um)、移动速度(any)、测量长度(其有效检测距离为120mm，REIKA切管机前卡的移动范围是100mm)等方面也特别符合现场实际的要求。它在专用高精密REIKA切管机上得到应用是一种创新。

2，在自动化和数控加工方面实现REIKA切管机前卡装置的精确定位及保护措施的嵌套合理性与严密性。

自动化方面，通过打通数据通路，充分利用CNC的多通道快速处理能力，把NCU采集的数据与NC及PLC有机结合起来，确定诸多单元数据传输的格式及内容，实现REIKA切管机前卡装置的精确定位。

机床加工方面，在现有机床加工程序的基础上，寻找控制要点，编译关键保护性用户程序，实现安全措施的嵌套合理性与严密性。

通过实施本发明，可以使REIKA切管机恢复到原有的技术指标所要求的控制精度，使单机作业率大幅提升，产品质量和加工节奏达到设计标准；同时增加设备单体器件的使用寿命，经济效益显著；并且极大地提高员工的创新能力和自信心。

四、附图说明

图1为前卡定位装置的结构示意图。

图2为840D数控系统控制前卡油缸定位的原理示意图。

图中1：后腔油管；2：前腔油管；3：前卡油缸；4：前卡油缸固定螺栓；5：联接螺栓；6：C型动作执行架的上滑轨；7：C型动作执行架的下滑轨；8：C型动作执行架；9：前卡爪；10：磁栅位置传感器；11：磁感应头；12：球型连接关节；13：联接直杆；14：支架；15：油缸杆；16：螺栓；17：固定螺栓；18：比例阀。

五、具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1

1，REIKA切管机前卡装置实际位置的精确测量与准确定位，是实现车切符合工艺要求的无缝接箍管的前提，同时也是提高检测元件使用寿命、降低生产成本、恢复机床精度的保障。鉴于REIKA切管机前卡定位装置存在的问题，结合测量长度、测量精度、移动速度等诸多因素，经过多次试验最终决定：使用BALLUF的直线型封闭式微脉冲磁栅位置传感器来代替光栅尺。

1.1，REIKA切管机无缝接箍管的前卡定位装置主要由前卡油缸3、C型动作执行架8、C型动作执行架滑轨6和7、前卡爪9、磁栅位置传感器10、球型连接关节12等六部分组成。其中前卡油缸3由比例阀18控制，靠液压动力推动油缸杆15实现工艺要求的夹紧与放松动作。其定位原理如下所述：当前卡油缸(3)的后腔油管(1)进油、前腔油管(2)出油时，油缸杆(15)推动C型动作执行架(8)在C型动作执行架滑轨(6和7)上移动，前卡爪(9)在C型动作执行架(8)的带动下向右移动，并完成工艺要求的夹紧动作；同时磁栅位置传感器(10)通过球型连接关节(12)、联接直杆(13)与C型动作执行架(8)一起移动。被实时测量的无缝接箍管前卡装置的位置数据，通过总线传输给840D数控系统，经过NC与PLC计算后，控制比例阀18，实现无缝接箍管前卡装置的精确定位(如图2所示)。

1.2，因为球型连接关节12可以在垂直方向18°范围内移动；水平方向360°转动，并且具备一定的震动缓冲能力，这一方面避免了静止时各种大的震动源造成的检测误差；另一方面消除了REIKA切管机前卡装置动作过程中由于间隙所产生的测量误差。通过利用磁栅位置传感器10的本体特点，再与现场设备相融合，提高了检测元件主动性自我防御能力。

2，REIKA切管机前卡定位装置的逻辑控制者是PLC(如图2所示)、动作执行者是比例阀18、位置回馈检测靠磁栅位移传感器10。它的定位原理十分简单：按照接箍料的不同规格、结合NC传送过来的“X”轴/“U”轴的实际位置，REIKA切管机前卡得到了相应的位置给定值。这个位置给定值和实际位置之间的差产生了修正量Xd。修正量Xd经过规格化后由模拟量输出通道送给比例阀18作为给定，控制REIKA前卡的动作。随着预定位置的逼近，Xd逐渐减少，直至预定位置到达后REIKA前卡停止动作。

实现REIKA切管机前卡装置的精确定位，必须把NC及PLC的编程有机地结合起来，才可以既能实现对前卡的精确定位，又能实现工艺节奏的快速性和对设备的多重保护。因为由NC控制器计算的“X”轴/“U”轴位置，分别来自通道1和通道2，所以必须在NC、PLC之间进行数据交换，以使整个系统都在程序控制之中。

具体措施如下：

2.1，PCL读取NC的数据——“X”轴位置、“U”轴位置数据的获取：

首先利用NC_var Selector选择REIKA切管机床通道1和通道2所编程的位置变量，将NC传来的“X”轴位置变量放入DB207.DBD8中；将NC传来的“U”轴位置变量放入DB207.DBD16中。在编程REIKA切管机前卡的动作时充分利用“X”轴位置DB207.DBD8的数据和“U”轴位置DB207.DBD16的数据，就可保证REIKA前卡的每一次定位都在允许的安全范围内。

2.2，NC读取PLC的命令——REIKA数控程序中判断前卡位置数据的获取：

为了加强逻辑保护嵌套的合理性，在REIKA机床数控机加程序中加入主要保护语句，这些语句的条件来自于PLC。

将PLC地址P#DB198.DBX 0.0 BYTE 2中的数据写到$A_DBW[0]里，NC程序就可以利用$A_DBW[0]，读取和编程REIKA机床数控加工程序通道1中的“X”轴程序。同理，将PLC地址P#DB199.DBX 60.0 DWORD 1中的数据写到$A_DBW[104]里，NC程序就可以利用$A_DBW[104]，读取和编程REIKA机床数控加工程序通道2中的“U”轴程序。

当N90 IF$A_DBW[0]＝＝1 gotof XSpindelstop；如果通道1中获取REIKA前卡的位置偏差大于1mm，则变量$A_DBW[0]＝＝1加工程序将跳转到停止“X”轴运动轨迹并迅速从工作区域的机加程序“XSpindelstop”中退出。

当N90 IF$A_DBW[104]＝＝1 gotof USpindelstop；如果通道2中获取REIKA前卡的位置偏差大于1mm，则变量$A_DBW[104]＝＝1加工程序将跳转到停止“U”轴运动轨迹并迅速从工作区域的机加程序“USpindelstop”中退出。

这样在自动化和数控加工方面就实现了REIKA切管机前卡装置的精确定位，加强了保护措施的嵌套合理性与严密性。

本发明实施后，机床恢复到了原有技术指标中所要求的±0.5mm的控制精度，单机作业率大幅提升，产品质量和加工节奏均达到设计标准；增加设备单体器件的使用寿命，使得每年需更换30根光栅尺的现状得以改善，现在两年只需消耗1根微脉冲磁栅位置传感器；年创经济效益110万元；极大地提高了员工的自信心。

Claims (5)

1.一种车切无缝接箍管的前卡定位装置，其特征在于在REIKA机组的840D数控系统中，将直线型光栅尺更换为BALLUF的直线型封闭式微脉冲磁栅位置传感器，并将该精度为±50μM的位置传感器与NC数控机加编程结合起来，实现前卡位置全闭环控制；前卡定位装置主要由前卡油缸、执行架、上下滑轨、前卡爪、磁栅位置传感器、球型连接关节六部分组成，其中前卡油缸由比例阀控制，靠液压动力推动油缸杆实现夹紧与放松动作；当前卡油缸的后腔油管进油，前腔油管出油时，油缸杆推动执行架在上下滑轨上移动，前卡爪在执行架的带动下向右移动，完成夹紧动作；同时磁栅位置传感器通过球型连接关节、联接直杆与执行架一起移动；被实时测量的前卡装置的位置数据，通过总线传输给840D数控系统，经过NC与PLC计算后，控制比例阀实现前卡装置的精确定位，其定位原理是：按照接箍料的不同规格，结合NC传送过来的“X”轴/“U”轴的实际位置，切管机前卡得到了相应的位置给定值，这个位置给定值和实际位置之间的差产生了修正量Xd，Xd经过规格化后由模拟量输出通道送给比例阀作为给定，控制REIKA前卡的动作，随着预定位置的逼近，Xd逐渐减少，直至预定位置到达后REIKA前卡停止动作。

2.根据权利要求1所述的一种车切无缝接箍管的前卡定位装置，其特征在于球型连接关节可以在垂直方向18°范围内移动；水平方向360°转动，具备一定的震动缓冲能力，可避免静止时各种大的震动源造成的检测误差；可消除REIKA切管机前卡装置动作过程中由于间隙所产生的测量误差；通过利用位置传感器的本体特点，再与现场设备相融合，可提高检测元件主动性自我防御能力。

3.根据权利要求1所述的一种车切无缝接箍管的前卡定位装置，其特征在于REIKA切管机前卡定位装置的逻辑控制者是PLC、动作执行者是比例阀、位置回馈检测靠磁栅位移传感器。

4.根据权利要求1所述的一种车切无缝接箍管的前卡定位装置，其特征在于实现REIKA切管机前卡装置的精确定位，必须把NC及PLC的编程有机地结合起来，既能实现对前卡的精确定位，又能实现工艺节奏的快速性和对设备的多重保护，因为由NC控制器计算的“X”轴/“U”轴位置，分别来自通道1和通道2，所以必须在NC、PLC之间进行数据交换，以使整个系统都在程序控制之中。

5.根据权利要求1或4所述的一种车切无缝接箍管的前卡定位装置，其特征在于PCL读取NC的数据——“X”轴、“U”轴位置数据的获取：首先利用NC_varSelector选择REIKA切管机床通道1和通道2所编程的位置变量，将NC传来的“X”轴位置变量放入DB207.DBD8中；将“U”轴位置变量放入DB207.DBD16中，在编程REIKA切管机前卡的动作时充分利用“X”轴位置DB207.DBD8和“U”轴位置DB207.DBD16，保证REIKA前卡的每一次定位都在允许的安全范围内；NC读取PLC的命令——REIKA数控程序中判断前卡位置数据的获取：为了加强逻辑保护嵌套的合理性，在REIKA机床数控程序中加入了主要保护语句，这些语句的条件来自于PLC，将PLC地址P#DB198.DBX 0.0 BYTE 2中的数据写到$A_DBW[0]里，这样NC程序就可以利用$A_DBW[0]，读取和编程REIKA机床数控程序通道1中的“X”轴程序；将PLC地址P#DB199.DBX 60.0 DWORD 1中的数据写到$A_DBW[104]里，NC程序就可以利用$A_DBW[104]，读取和编程REIKA机床数控程序通道2中的“U”轴程序。

Images