CN103481112A - 数控动梁龙门机床的横梁同步平衡调整方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种数控动梁龙门机床的横梁同步平衡调整方法，通过电液比例阀对油缸压力的进行线性调整，并采用Y轴分段补偿的方式，使滑枕铣头在横梁上移动的过程中，对油缸压力逐渐补偿，使横梁同步平衡调整更加稳定，无压力冲击，消除了由于滑枕铣头沿横梁移动造成的重力偏载对横梁移动的定位精度的影响，横梁运行平稳，有效避免出现倾斜超差现象。

Description

数控动梁龙门机床的横梁同步平衡调整方法

技术领域

本发明涉及数控动梁龙门机床的横梁同步平衡调整的设计与制造技术领域。

背景技术

目前我国的机床制造业飞速发展，各种大型机床很多，例如：大型动梁龙门加工中心，大型落地镗铣床等机床。为保证数控机床，特别是重力轴垂直滑板和横梁（立式数控机床Z轴和卧式加工中心的Y轴、动梁式龙门加工中心的W轴），有稳定的加工状态和快速响应速度，大中型数控机床均需重力轴垂直滑板及横梁平衡装置，以消除垂直滑板及横梁自重对其移动精度和控制的影响，并减少伺服驱动电机的负载。

这些机床都存在有机床运动时由于轴位置变化导致重量偏置，影响机床定位精度和损坏机械元件的缺陷。为了克服上述缺陷，通过机电液的协同合作，机械部分采用在左右立柱上各放置一个油缸，油缸活塞杆和横梁相连接，通过调整两边油缸的压力就可以调整横梁W轴的平衡。但是如何通过电信号来调整油缸的压力，使滑枕铣头在横梁上运行时，油缸的压力能够实现线性变化，避免压力冲击，就成为一个亟待解决的技术难题。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明的目的是提供一种可实现油缸压力线性变化的数控动梁龙门机床的横梁同步平衡调整方法。

为了达到上述目的，本发明提供一种数控动梁龙门机床的横梁同步平衡调整方法，所述数控动梁龙门机床包括左立柱、右立柱以及可上下移动的横梁，所述横梁上具有沿横梁长度方向运动的滑枕铣头，所述数控动梁龙门机床还包括依次连接的PLC模拟输出模块、PID控制板、比例阀放大器、电液比例阀、油缸、压力传感器，所述压力传感器的输出端连接PID控制板形成闭环控制，其特征在于，所述横梁平衡调整方法包括以下步骤：

（1）将滑枕铣头移动到横梁的初始位置，然后上下移动横梁，监视左立柱和右立柱的电机扭矩和电流，直到左立柱和右立柱的电机负载平衡，记录此时滑枕铣头的初始位置以及所述油缸的初始压力值，并调整所述压力传感器使压力传感器的反馈信号生效；

（2）沿横梁的长度方向移动所述滑枕铣头，将靠近所述左立柱的左极限位置与初始位置之间、初始位置与靠近所述右立柱的右极限位置之间分别分为若干调整段，所述滑枕铣头在每个所述调整段内时，上下移动横梁，监视左立柱和右立柱的电机扭矩和电流，直到再次使左立柱和右立柱的电机达到负载平衡，记录横梁在每个调整段内时油缸的平衡压力值，在PLC中建立若干个数据块分别对应每个调整段的油缸的平衡压力值，每个数据块中分别存储每个调整段的机床坐标值范围及相应的油缸的补偿数据；

（3）沿横梁的长度方向移动所述滑枕铣头，由PLC实时读取滑枕铣头的实际机床坐标值，将实际机床坐标值与所述若干数据块中的机床坐标值进行比较，判断滑枕铣头实际所在的调整段，由PLC根据滑枕铣头实际所在的调整段对应的数据块中的补偿数据作为模拟量模块的输入数据，该模拟量模块根据接收的输入数据输出相应的电压信号作为PID控制板的给定，通过PID控制板经过处理和运输，控制比例阀放大器，比例阀放大器的输出电压调整电液比例阀的开口大小，实现电液比例阀的连续自动调整，消除由于滑枕铣头沿横梁移动造成的倾斜超差，使横梁运行平稳。

在一具体实施例中，所述比例阀放大器包括分别与所述PID控制板连接的左比例阀放大器和右比例阀放大器；所述电液比例阀包括与所述左比例阀放大器连接的左电液比例阀、与所述右比例阀放大器连接的右比例阀；所述油缸包括与所述左电液比例阀连接的左油缸、与所述右电液比例阀连接的右油缸，所述左油缸设置在所述左立柱上，左油缸的活塞杆连接所述横梁，所述右油缸设置在所述右立柱上，右油缸的活塞杆连接所述横梁；所述压力传感器包括设置在所述左油缸底部的左压力传感器、设置在所述右油缸底部的右油缸传感器；

所述步骤（1）包括：以横梁的长度方向为Y轴，以左立柱的长度方向为W1轴，以右立柱的长度方向为W2轴，将滑枕铣头移动到横梁的中间位置，然后沿W1轴和W2轴上下移动横梁，监视W1轴和W2轴的电机扭矩和电流，直到W1轴和W2轴的负载平衡，记录此时Y轴机床坐标并定义为初始位置，记录所述左油缸初始压力值P1和所述右油缸的初始压力值P2，调整所述左压力传感器和所述右压力传感器使反馈信号生效；

所述步骤（2）包括：沿Y轴将所述初始位置至靠近所述左立柱的左极限位置定义为滑枕铣头的左移动区间，将左移动区间从右往左分成连续的若干调整段f-1、f-2、f-3、f-4……f-n，将滑枕铣头从初始位置向左移动的距离定义为X1；将所述初始位置至靠近所述右立柱的右极限位置定义为滑枕枕头的右移动区间，将右移动区间从左往右分成连续的若干调整段f+1、f+2、f+3、f+4……f+m，将滑枕铣头从初始位置向右移动的距离定义为X2；将所述滑枕铣头分别移动到所述若干调整段内，然后上下移动横梁，监视W1轴和W2轴的电机扭矩和电流，直到W1轴和W2轴的电机再次达到负载平衡，分别记录滑枕铣头在每个调整段内时所述左油缸的平衡压力值P_x1或所述右油缸的平衡压力值P_x2，在PLC中建立若干个数据块分别对应每个调整段的左油缸或右油缸的平衡压力值，每个数据块中分别存储每个调整段的机床坐标值范围及相应的左油缸和右油缸的补偿数据；

所述步骤（3）包括：沿横梁的长度方向移动所述滑枕铣头，由PLC实时读取滑枕铣头的实际机床坐标值，将实际机床坐标值与所述若干数据块中的机床坐标值进行比较，判断滑枕铣头实际所在的调整段，由PLC根据滑枕铣头实际所在的调整段对应的数据块中的补偿数据作为模拟量模块的输入数据，该模拟量模块根据接收的输入数据输出相应的电压信号作为PID控制板的给定，通过PID控制板经过处理和运输，控制所述左比例阀放大器或所述右比例放大器，从而由所述左比例阀放大器的输出电压调整所述左电液比例阀的开口大小或者由所述右比例阀放大器的输出电压调整所述右电液比例阀的开口大小，实现左电液比例阀或右电液比例阀的连续自动调整，消除由于滑枕铣头沿横梁移动造成的倾斜超差，使横梁运行平稳。

本发明中采用电液比例阀调整油缸压力，电液比例阀是介于普通液压阀与伺服阀之间的一种液压控制阀。电液比例阀即是电液转换元件又是功率放大元件，其功用是接收电信号的指令，连续的成比例的控制系统压力。电液比例阀的最大优势，也是它的最大特点即电液比例阀可以通过电信号可无级控制阀芯的运动速度，控制开口大小从而改变油缸的压力。因此，采用电液比例阀就可以使滑轨在整个行程中实现油缸压力的线性变化。

本发明提供的一种数控动梁龙门机床的横梁同步平衡调整方法，通过电液比例阀对油缸压力的进行线性调整，并采用Y轴分段补偿的方式，使滑枕铣头在横梁上移动的过程中，对油缸压力逐渐补偿，使横梁同步平衡调整更加稳定，无压力冲击，消除了由于滑枕铣头沿横梁移动造成的重力偏载对横梁移动的定位精度的影响，横梁运行平稳，有效避免出现倾斜超差现象。

附图说明

图1为本发明采用的横梁同步平衡调整装置的结构示意图。

图2为滑枕铣头在横梁上移动时各部分的受力情况和补偿数据关系图。

附图中：1-PLC模拟输出模块，2-PID控制板，3-比例阀放大器，4-电液比例阀，5-油缸，6-压力传感器，7-滑枕铣头，8-左油缸，9-右油缸。

具体实施方式

下面结合附图对本发明优选的实施方式进行详细说明。

请参阅图1，本发明提供一种数控动梁龙门机床的横梁同步平衡调整方法，所述数控动梁龙门机床包括左立柱、右立柱以及可上下移动的横梁，横梁上具有沿横梁长度方向运动的滑枕铣头7，所述数控动梁龙门机床还包括依次连接的PLC模拟输出模块1、PID控制板2、比例阀放大器3、电液比例阀4、油缸5、压力传感器6，所述压力传感器6的输出端连接PID控制板2形成闭环控制。其中，比例阀放大器3包括分别与PID控制板2连接的左比例阀放大器和右比例阀放大器。电液比例阀4包括与所述左比例阀放大器连接的左电液比例阀、与所述右比例阀放大器连接的右比例阀。所述油缸5包括与所述左电液比例阀连接的左油缸8、与所述右电液比例阀连接的右油缸9，左油缸8设置在所述左立柱上，左油缸8的活塞杆连接所述横梁，所述右油缸9设置在所述右立柱上，右油缸9的活塞杆连接所述横梁。所述压力传感器包括设置在所述左油缸8底部的左压力传感器、设置在所述右油缸9底部的右油缸传感器。

本实施例数控动梁龙门机床采用FANUC 3li数控系统。PLC模拟输出模块选用的是德国PEPPERL+FUCHS公司的模拟输出模块产品。电液比例阀采用意大利阿托斯公司的产品。

请参阅图2，图中MG为滑枕铣头和横梁的重量之和，Px1为左油缸的平衡压力值，Px2为右油缸的平衡压力值。

所述横梁平衡调整方法包括以下步骤：

步骤（1）：以横梁的长度方向为Y轴，以左立柱的长度方向为W1轴，以右立柱的长度方向为W2轴，将滑枕铣头移动到横梁的中间位置，然后沿W1轴和W2轴上下移动横梁，监视W1轴和W2轴的电机扭矩和电流，直到W1轴和W2轴的负载平衡，记录此时Y轴机床坐标并定义为初始位置，记录所述左油缸初始压力值P1和所述右油缸的初始压力值P2，调整所述左压力传感器和所述右压力传感器使反馈信号生效。

步骤（2）：沿Y轴将所述初始位置至靠近所述左立柱的左极限位置定义为滑枕铣头的左移动区间，将左移动区间从右往左分成连续的调整段f-1、f-2、f-3、f-4、f-5，将滑枕铣头从初始位置向左移动的距离定义为X1；将所述初始至靠近所述右立柱的右极限位置定义为滑枕枕头的右移动区间，将右移动区间从左往右分成连续的调整段f+1、f+2、f+3、f+4、f+5，将滑枕铣头从初始位置向右移动的距离定义为X2；将所述滑枕铣头分别移动到所述若干调整段内，然后上下移动横梁，监视W1轴和W2轴的电机扭矩和电流，直到W1轴和W2轴的电机再次达到负载平衡，分别记录滑枕铣头在每个调整段内时所述左油缸的平衡压力值P_x1或所述右油缸的平衡压力值P_x2，在PLC中建立5个数据块D100、D101、D102、D103、D104分别对应调整段f-5、f-4、f-3、f-2、f-1的左油缸的平衡压力值，建立5个数据块D120、D121、D122、D123、D124分别对应调整段f+1、f+2、f+3、f+4、f+5的右油缸的平衡压力值，每个数据块中分别存储每个调整段的机床坐标值范围及相应的左油缸和右油缸的补偿数据。

请参阅图2，当滑枕铣头沿Y轴向右移动时，W2轴所受负载增大，丝杆受力增加，此时要增加右油缸的压力，减小左油缸的压力。当滑枕铣头沿Y轴向左移动是W1轴所受负载增大，丝杆受力增加，此时要增加左油缸的压力，减小右油缸的压力。

本实施例中，滑枕铣头沿Y轴从初始位置向左移动距离X1时，左油缸的补偿数据见表1。滑枕铣头沿Y轴从初始位置向右移动距离X2时，右油缸的补偿数据见表2。

表1

表2

步骤（3）：沿横梁的长度方向移动所述滑枕铣头，通过FANUC系统的窗口功能由PLC实时读取滑枕铣头的实际机床坐标值，将实际机床坐标值与所述若干数据块的补偿数据段记录中的机床坐标值进行比较，判断滑枕铣头实际所在的调整段，由PLC根据滑枕铣头实际所在调整段对应的数据块中的补偿数据作为模拟量模块的输入数据，该模拟量模块根据接收的输入数据输出相应的电压信号作为PID控制板的给定，通过PID控制板经过处理和运输，控制所述左比例阀放大器或所述右比例阀放大器，从而由所述左比例阀放大器的输出电压调整左电液比例阀的开口大小或者由右比例阀放大器的输出电压调整右电液比例阀的开口大小，实现左电液比例阀或右电液比例阀的连续自动调整，消除由于滑枕铣头沿横梁移动造成的倾斜超差，使横梁运行平稳。

Claims (2)

1.一种数控动梁龙门机床的横梁同步平衡调整方法，所述数控动梁龙门机床包括左立柱、右立柱以及可上下移动的横梁，所述横梁上具有沿横梁长度方向运动的滑枕铣头，所述数控动梁龙门机床还包括依次连接的PLC模拟输出模块、PID控制板、比例阀放大器、电液比例阀、油缸、压力传感器，所述压力传感器的输出端连接PID控制板形成闭环控制，其特征在于，所述横梁平衡调整方法包括以下步骤：

（1）将滑枕铣头移动到横梁的初始位置，然后上下移动横梁，监视左立柱和右立柱的电机扭矩和电流，直到左立柱和右立柱的电机负载平衡，记录此时滑枕铣头的初始位置以及所述油缸的初始压力值，并调整所述压力传感器使压力传感器的反馈信号生效；

（2）沿横梁的长度方向移动所述滑枕铣头，将靠近所述左立柱的左极限位置与初始位置之间、初始位置与靠近所述右立柱的右极限位置之间分别分为若干调整段，所述滑枕铣头在每个所述调整段内时，上下移动横梁，监视左立柱和右立柱的电机扭矩和电流，直到再次使左立柱和右立柱的电机达到负载平衡，记录横梁在每个调整段内时油缸的平衡压力值，在PLC中建立若干个数据块分别对应每个调整段的油缸的平衡压力值，每个数据块中分别存储每个调整段的机床坐标值范围及相应的油缸的补偿数据；

（3）沿横梁的长度方向移动所述滑枕铣头，由PLC实时读取滑枕铣头的实际机床坐标值，将实际机床坐标值与所述若干数据块中的机床坐标值进行比较，判断滑枕铣头实际所在的调整段，由PLC根据滑枕铣头实际所在的调整段对应的数据块中的补偿数据作为模拟量模块的输入数据，该模拟量模块根据接收的输入数据输出相应的电压信号作为PID控制板的给定，通过PID控制板经过处理和运输，控制比例阀放大器，比例阀放大器的输出电压调整电液比例阀的开口大小，实现电液比例阀的连续自动调整，消除由于滑枕铣头沿横梁移动造成的倾斜超差，使横梁运行平稳。

2.根据权利要求1所述的数控动梁龙门机床的横梁同步平衡调整方法，其特征在于：所述比例阀放大器包括分别与所述PID控制板连接的左比例阀放大器和右比例阀放大器；所述电液比例阀包括与所述左比例阀放大器连接的左电液比例阀、与所述右比例阀放大器连接的右比例阀；所述油缸包括与所述左电液比例阀连接的左油缸、与所述右电液比例阀连接的右油缸，所述左油缸设置在所述左立柱上，左油缸的活塞杆连接所述横梁，所述右油缸设置在所述右立柱上，右油缸的活塞杆连接所述横梁；所述压力传感器包括设置在所述左油缸底部的左压力传感器、设置在所述右油缸底部的右油缸传感器；

所述步骤（1）包括：以横梁的长度方向为Y轴，以左立柱的长度方向为W1轴，以右立柱的长度方向为W2轴，将滑枕铣头移动到横梁的中间位置，然后沿W1轴和W2轴上下移动横梁，监视W1轴和W2轴的电机扭矩和电流，直到W1轴和W2轴的负载平衡，记录此时Y轴机床坐标并定义为初始位置，记录所述左油缸初始压力值P1和所述右油缸的初始压力值P2，调整所述左压力传感器和所述右压力传感器使反馈信号生效；

所述步骤（2）包括：沿Y轴将所述初始位置至靠近所述左立柱的左极限位置定义为滑枕铣头的左移动区间，将左移动区间从右往左分成连续的若干调整段f-1、f-2、f-3、f-4……f-n，将滑枕铣头从初始位置向左移动的距离定义为X1；将所述初始位置至靠近所述右立柱的右极限位置定义为滑枕枕头的右移动区间，将右移动区间从左往右分成连续的若干调整段f+1、f+2、f+3、f+4……f+m，将滑枕铣头从初始位置向右移动的距离定义为X2；将所述滑枕铣头分别移动到所述若干调整段内，然后上下移动横梁，监视W1轴和W2轴的电机扭矩和电流，直到W1轴和W2轴的电机再次达到负载平衡，分别记录滑枕铣头在每个调整段内时所述左油缸的平衡压力值P_x1或所述右油缸的平衡压力值P_x2，在PLC中建立若干个数据块分别对应每个调整区间段的左油缸或右油缸的平衡压力值，每个数据块中分别存储每个调整段的机床坐标值范围及相应的左油缸和右油缸的补偿数据；

所述步骤（3）包括：沿横梁的长度方向移动所述滑枕铣头，由PLC实时读取滑枕铣头的实际机床坐标值，将实际机床坐标值与所述若干数据块中的机床坐标值进行比较，判断滑枕铣头实际所在的调整段，由PLC根据滑枕铣头实际所在的调整段对应的数据块中的补偿数据作为模拟量模块的输入数据，该模拟量模块根据接收的输入数据输出相应的电压信号作为PID控制板的给定，通过PID控制板经过处理和运输，控制所述左比例阀放大器或所述右比例放大器，从而由所述左比例阀放大器的输出电压调整所述左电液比例阀的开口大小或者由所述右比例阀放大器的输出电压调整所述右电液比例阀的开口大小，实现左电液比例阀或右电液比例阀的连续自动调整，消除由于滑枕铣头沿横梁移动造成的倾斜超差，使横梁运行平稳。

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