CN104308554B - 六工位柔性加工设备的控制系统 - Google Patents
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Abstract
六工位柔性加工设备的控制系统，包括有数控系统(9)、PLC接口模块(10)、圆转台液压控制系统(11)、七个伺服驱动器(12)、13台交流伺服电机、5台交流异步电机、12对位置传感器(13)；数控系统(9)一端连接电源(14)，另一端与PLC接口模块(10)的输入端连接，圆转台液压控制系统和5台交流异步电机分别采用与PLC接口模块的一组输出接口电连接，七个伺服驱动器(12)和5台交流异步电机均分别连接电源接口。本发明采用数控系统控制与PLC控制相结合，实现13台交流伺服电机的13轴运动控制，用五个NC轴完成加工工件时，对轴的定位精度要求较高的高精度轴的控制，采用PLC控制完成次要精度轴的控制工作，实现了用普通数控系统代替高端数控系统。
Description
技术领域
本发明涉及机械加工设备控制技术领域，具体为一种可将工件连续运转至六个工位实现对工件不同部位进行连续加工的专用加工设备的控制系统。
背景技术
对于机械行业大批量的连杆类小零件的机械加工设备，传统的加工方式主要有三种：第一种是采用多台加工中心组成流水生产线的方式进行加工。由于采用多台加工中心组成流水生产线的方式进行加工，不但需要大量的技术工人及场地，而且存在工件多次装夹，重复定位精度难以保证的问题。第二种是采用四轴以上的高端数控系统加工。采用这种方式，进给轴和主轴都采用数控轴。数控系统为五轴或五轴以上联动，标准数控系统的运动控制方式是各联动轴按矢量进给运行，各轴根据运动轨迹来执行插补运动。要取消此矢量进给方式，必须通过数控系统生产厂家更改系统内部控制程序，从而达到六工位柔性加工单元的动作要求。由于是采用高端数控系统的方式，而且属于专用定做产品，控制系统成本很高，定货周期长，导致机器的生产成本较高。第三种是采用运动控制器的控制方式。这种方式采用PLC直接控制运动控制器，再由运动控制器控制伺服驱动器的运行，它能达到六工位柔性加工单元的动作条件，但无法保证定位轴的定位精度和重复定位精度，不能满足六工位加工的技术要求，而且控制系统的成本也较高。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术的不足，提供一种专用于加工连杆类零件的六工位柔性加工设备，系统结构和控制较为简单、控制准确、造价较低，并且可保证各定位轴的定位精度和重复定位精度以及主轴与进给轴的同步的控制系统。
本发明的目的通过如下技术方案实现。
六工位柔性加工设备，包括有安装于固定底座上的转台座，安装于转台座上可转动的圆转台，围绕圆转台设置的装卸工位、铣面工位、钻孔工位、粗镗工位、精镗工位、攻丝工位，装卸工位设置于圆转台上，铣面工位、钻孔工位、粗镗工位、精镗工位、攻丝工位均设置于圆转台旁；
铣面工位装有第1十字滑台和安装于第1十字滑台上的铣削装置，第1十字滑台带动X轴向滑板的X轴为第1交流伺服电机控制驱动的第1滚珠丝杆，带动Y轴向滑板的Y轴为手动控制的T形丝杆，铣削装置的动力头主轴由第1交流异步电机控制驱动；
钻孔工位装有第2十字滑台和安装于第2十字滑台上的钻削装置，第2十字滑台的带动X轴向滑板的X轴和带动Y轴向滑板的Y轴分别为由第2交流伺服电机和第3交流伺服电机控制驱动的第2滚珠丝杆和第3滚珠丝杆，钻削装置的动力头主轴由第2交流异步电机控制驱动；
粗镗工位装有由第4交流伺服电机控制驱动的第1数控机械滑台和安装于第1数控机械滑台上的粗镗钻削装置，第3十字滑台和安装于第3十字滑台上的大小孔粗镗削装置，第3十字滑台带动X轴向滑板的X轴和带动Y轴向滑板的Y轴分别为由第5交流伺服电机和第6交流伺服电机控制驱动的第4滚珠丝杆和第5滚珠丝杆，粗镗镗钻削装置的动力头主轴由第4交流异步电机控制驱动，小孔粗镗削装置的动力头主轴由第3交流异步电机控制驱动；
精镗工位装有由第7交流伺服电机控制驱动的第2数控机械滑台和安装于第2数控机械滑台上的大小孔精镗削装置，第4十字滑台和安装于第4十字滑台上的倒角装置，第4十字滑台带动X轴向滑板的X轴和带动Y轴向滑板的Y轴分别为由第8交流伺服电机和第9交流伺服电机控制驱动的第6滚珠丝杆和第7滚珠丝杆，大小孔精镗削装置的动力头主轴由第5交流异步电机控制驱动，倒角装置的动力头主轴由第10交流伺服电机控制驱动；
攻丝工位装有第5十字滑台和安装于第5十字滑台上的攻丝装置，第5十字滑台带动X轴向滑板的X轴和带动Y轴向滑板的Y轴分别为由第11交流伺服电机和第12交流伺服电机控制驱动的第8滚珠丝杆和第9滚珠丝杆，攻丝装置的动力头主轴由第13交流伺服电机控制驱动；
控制系统包括有数控系统、PLC接口模块、圆转台液压控制系统、七个伺服驱动器、包括第1交流伺服电机、第2交流伺服电机、第3交流伺服电机、第4交流伺服电机、第5交流伺服电机、第6交流伺服电机、第7交流伺服电机、第8交流伺服电机、第9交流伺服电机、第10交流伺服电机、第11交流伺服电机、第12交流伺服电机、第13交流伺服电机的13台交流伺服电机、包括第1交流异步电机、第2交流异步电机、第3交流异步电机、第4交流异步电机、第5交流异步电机的5台交流异步电机、12对位置传感器；数控系统一端连接电源，另一端与PLC接口模块的输入端连接，圆转台液压控制系统和5台交流异步电机分别采用与PLC接口模块的一组输出接口电连接，七个伺服驱动器和5台交流异步电机均分别连接电源接口，第1交流伺服电机和第2交流伺服电机连接同一个双轴伺服驱动器，第3交流伺服电机和第4交流伺服电机连接同一个双轴伺服驱动器，第6交流伺服电机和第7交流伺服电机连接同一个双轴伺服驱动器，第9交流伺服电机和第10交流伺服电机连接同一个双轴伺服驱动器，第11交流伺服电机和第12交流伺服电机连接同一个双轴伺服驱动器，第5交流伺服电机和第8交流伺服电机连接同一个双轴伺服驱动器，第13交流伺服电机单独连接一个单轴伺服驱动器，在每一个十字滑台的X轴向滑板和Y轴向滑板旁以及2台数控机械滑台旁均设置有一对位置传感器。
本发明控制系统采用数控系统控制与PLC控制相结合，实现13台交流伺服电机的13轴运动控制，用五个NC轴(第5交流伺服电机轴、第8交流伺服电机轴、第11交流伺服电机轴、第12交流伺服电机轴、第13交流伺服电机轴)完成加工工件时，对轴的定位精度要求较高的高精度轴的控制，采用PLC控制完成次要精度轴即8台伺服电机轴的控制工作。本发明通过普通数控系统来完成数控轴和PLC直接控制伺服轴的方式，完成多轴运动控制的工作，实现了用普通数控系统代替高端数控系统。系统结构和控制较为简单、控制准确，既保证了各高精度定位轴的定位精度和重复定位精度以及主轴与进给轴的同步，又可以大大地降低机床的控制系统成本。
下面结合说明书附图进一步阐述本发明内容。
附图说明
图1是本发明六工位柔性加工设备的示意图；
图2是本发明控制系统的示意图；
图3是采用本发明设备加工的连杆的示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明的六工位柔性加工设备包括有安装于固定底座上的转台座7，安装于转台座上可转动的圆转台8，围绕圆转台设置的装卸工位1、铣面工位2、钻孔工位3、粗镗工位4、精镗工位5、攻丝工位6，装卸工位1设置于圆转台8上，铣面工位2、钻孔工位3、粗镗工位4、精镗工位5、攻丝工位6均设置于圆转台旁。装卸工位1上安装有装夹工件的夹具1a。铣面工位2装有第1十字滑台2a和安装于第1十字滑台上的铣削装置，第1十字滑台的X轴为第1交流伺服电机1#控制驱动的第1滚珠丝杆2b，Y轴为手动控制的T形丝杆2c，铣削装置的动力头主轴由第1交流异步电机14#控制驱动。钻孔工位3装有第2十字滑台3a和安装于第2十字滑台上的钻削装置，第2十字滑台的X轴和Y轴分别为由第2交流伺服电机2#和第3交流伺服电机3#控制驱动的第2滚珠丝杆3b和第3滚珠丝杆3c，钻削装置的动力头主轴由第2交流异步电机15#控制驱动。粗镗工位4装有由第4交流伺服电机4#控制驱动的第1数控机械滑台4b和安装于第1数控机械滑台4b上的粗镗钻削装置，
第3十字滑台4a和安装于第3十字滑台上的大小孔粗镗削装置，第3十字滑台的X轴和Y轴分别为由第5交流伺服电机5#和第6交流伺服电机6#控制驱动的第4滚珠丝杆4c和第5滚珠丝杆4d，粗镗镗钻削装置的动力头主轴由第4交流异步电机17#控制驱动，小孔粗镗削装置的动力头主轴由第3交流异步电机16#控制驱动。精镗工位5装有由第7交流伺服电机7#控制驱动的第2数控机械滑台5b和安装于第2数控机械滑台上的大小孔精镗削装置，第4十字滑台5a和安装于第4十字滑台上的倒角装置，第4十字滑台的X轴和Y轴分别为由第8交流伺服电机8#和第9交流伺服电机9#控制驱动的第6滚珠丝杆5c和第7滚珠丝杆5d，大小孔精镗削装置的动力头主轴由第5交流异步电机18#控制驱动，倒角装置的动力头主轴由第10交流伺服电机10#控制驱动。攻丝工位6装有第5十字滑台6a和安装于第5十字滑台上的攻丝装置，第5十字滑台的X轴和Y轴分别为由第11交流伺服电机11#和第12交流伺服电机12#控制驱动的第8滚珠丝杆6b和第9滚珠丝杆6c，攻丝装置的动力头主轴由第13交流伺服电机13#控制驱动。
本实施例的转台座7为六菱柱体，圆转台安装于转台座上并可绕圆心转动。在转台座的五个菱面上安装有十字滑台支座和/或数控机械滑台支座，在十字滑台支座上安装十字滑台，在数控机械滑台支座上安装数控机械滑台，控制加工刀具的走行和进给量，各个数控机械滑台和十字滑台上根据工位不同各自安装不同的动力头对工件进行切削加工。
控制系统包括有数控系统9、PLC接口模块10、圆转台液压控制系统11、七个伺服驱动器12、包括第1交流伺服电机、第2交流伺服电机、第3交流伺服电机、第4交流伺服电机、第5交流伺服电机、第6交流伺服电机、第7交流伺服电机、第8交流伺服电机、第9交流伺服电机、第10交流伺服电机、第11交流伺服电机、第12交流伺服电机、第13交流伺服电机的13台交流伺服电机、包括第1交流异步电机、第2交流异步电机、第3交流异步电机、第4交流异步电机、第5交流异步电机的5台交流异步电机、12对位置传感器13；数控系统9一端连接电源14，另一端与PLC接口模块10的输入端连接，圆转台液压控制系统和5台交流异步电机分别采用与PLC接口模块的一组输出接口电连接，七个伺服驱动器12和5台交流异步电机均分别连接电源接口，电源14为24V直流电。数控系统9为SIMENS802DSl数控系统。第1交流伺服电机和第2交流伺服电机连接同一个双轴伺服驱动器，第3交流伺服电机和第4交流伺服电机连接同一个双轴伺服驱动器，第6交流伺服电机和第7交流伺服电机连接同一个双轴伺服驱动器，第9交流伺服电机和第10交流伺服电机连接同一个双轴伺服驱动器，第11交流伺服电机和第12交流伺服电机连接同一个双轴伺服驱动器，第5交流伺服电机和第8交流伺服电机连接同一个双轴伺服驱动器，第13交流伺服电机单独连接一个单轴伺服驱动器，在每一个十字滑台的X轴向滑板和Y轴向滑板旁以及2台数控机械滑台旁均设置有一对位置传感器13。
PLC接口模块、伺服驱动器安装在独立电气控制柜内，该电气控制柜防护等级较高，能有效防止粉尘的进入。数控系统安装在独立操作站上。所有伺服电机和位置传感器安装在对应工位的加工机床床身上。圆转台液压控制系统独立安装在六工位柔性加工设备旁。
采用本发明设备加工工件的方法步骤如下：
根据工件铣削尺寸的要求，转动手轮手动驱动T形丝杆2c，将安装铣削装置动力头的第1十字滑台2a调整到工件待加工位置。并固定位置，以后不作调整。除非铣削尺寸改变。
①在第一工位即装卸工位1，操作工人把待加工的工件正确的装夹到夹具上；
②控制系统启动圆转台的转动驱动装置，推动圆转台8转动，将装夹在夹具上的工件转动到第二工位即铣面工位2，然后启动第1交流伺服电机1#驱动第1滚珠丝杆2b，启动第1交流异步电机14#，铣削装置进行工件端面的铣削加工，直至工件端面加工完毕；
③圆转台8转动，将装夹在夹具上的工件转动到第三工位即钻孔工位3，启动第2交流伺服电机2#和第3交流伺服电机3#驱动第2滚珠丝杆3b和第3滚珠丝杆3c，将安装钻削装置的第2十字滑台调整到工件待加工位置，启动第2交流异步电机15#，钻削装置在工件上钻孔，直至钻孔完成；
④圆转台8转动，将装夹在夹具上的工件转动到第四工位即粗镗工位4，首先启动第4交流伺服电机4#，将第1数控机械滑台4b调整到加工位置，再启动第4交流异步电机17#，粗镗镗钻削装置在工件上镗孔，直至镗孔完成；之后，启动第5交流伺服电机5#和第6交流伺服电机6#，驱动第4滚珠丝杆4c和第5滚珠丝杆4d，将安装大小孔粗镗削装置的第3十字滑台4a调整到加工位置，再启动第3交流异步电机16#，大小孔粗镗削装置进行扩孔，直至扩孔完成；
⑤圆转台8转动，将装夹在夹具上的工件转动到第五工位即精镗工位5，首先启动第7交流伺服电机7#，驱动第2数控机械滑台5b，将安装于第2数控机械滑台上的大小孔精镗削装置调整到加工位置，再启动第5交流异步电机18#，大小孔精镗削装置对扩孔后的粗镗孔进行精镗，直至精镗完成；之后启动第8交流伺服电机8#和第9交流伺服电机9#，驱动第6滚珠丝杆5c和第7滚珠丝杆5d，将安装倒角装置的第4十字滑台5a移动到加工位置，再启动第10交流伺服电机10#，倒角装置对孔口进行倒角加工，直至倒角加工完成；
⑥圆转台8转动，将装夹在夹具上的工件转动到第六工位即攻丝工位6，启动第11交流伺服电机11#和第12交流伺服电机12#，驱动第8滚珠丝杆6b和第9滚珠丝杆6c，将安装攻丝装置的第5十字滑台调整到加工位置，启动第13交流伺服电机13#，攻丝装置对工件的孔攻丝，加工成螺孔，直至加工完毕；
⑦圆转台8转动，将装夹在夹具上已加工好的工件转回到第一工位即装卸工位，操作工人将加工好的工件从夹具上取下，再把下一件待加工的工件装夹到夹具上，进行下一个工件的加工。
当第一工位上的工件转到第二工位加工时，在第一工位上可装卸工件，并以此类推，当第一工件转到第六工位时，全部工位的进给轴都参与定位及加工，分别加工不同的工序。本发明加工如图2所示的连杆，其加工工序可如表1所列：
表1.连杆加工工序表
表2是工位布置及加工方法列表。
表2.工位布置及加工方法列表
控制系统的控制动作见表3。
表3.控制系统控制动作表
对表3表述的动作详细描述如下：
启动第1交流伺服电机1#正转，推动滑板先快进、再慢进到位后停止，将安装铣削装置动力头的第1十字滑台调整到工件待加工位置，启动第1交流异步电机14#正转，铣削装置开始加工工件端面，直至工件端面加工完毕，第1交流异步电机14#停止，再启动第1交流伺服电机1#反转，推动滑板快退回位。
启动第2交流伺服电机2#正转，推动X轴向滑板快进到位后停止，再启动第3交流伺服电机3#正转，推动Y轴向滑板快进到位后停止，将第2十字滑台调整到工件待加工位置，启动第2交流异步电机15#正转，钻削装置在工件上钻孔，直至钻孔完成，第2交流异步电机15#停止，随后启动第3交流伺服电机3#反转，Y轴向滑板快退回位，接着启动第2交流伺服电机2#反转，X轴向滑板快退回位。
启动第4交流伺服电机4#正转，推动将第1数控机械滑台先快进、再慢进到位后停止，再启动第4交流异步电机17#正转，粗镗镗钻削装置在工件上镗孔，直至镗孔完成，第4交流异步电机17#停止，随后启动第4交流伺服电机4#反转，第1数控机械滑台快退回位；之后，启动第5交流伺服电机5#正转，推动X轴向滑板快进到位后停止，再启动第6交流伺服电机6#，推动Y轴向滑板慢进到位后停止，将第3十字滑台调整到加工位置，然后启动第3交流异步电机16#正转，大小孔粗镗削装置进行扩孔，直至扩孔完成，第3交流异步电机16#停止，之后启动第6交流伺服电机6#反转，推动Y轴向滑板快退回位，再启动第5交流伺服电机5#反转，推动X轴向滑板快退回位。
启动第7交流伺服电机7#正转，推动第2数控机械滑台先快进、再慢进到位后停止，再启动第5交流异步电机18#，大小孔精镗削装置对扩孔后的粗镗孔进行精镗，直至精镗完成，第5交流异步电机18#停止；之后启动第8交流伺服电机8#正转，推动X轴向滑板快进到位后停止，再启动第9交流伺服电机9#，推动Y轴向滑板慢进到位后停止，将第4十字滑台调整到加工位置，然后启动第10交流伺服电机10#正转，倒角装置对孔口进行倒角加工，直至倒角加工完成，第10交流伺服电机10#停止，之后启动第9交流伺服电机9#反转，推动Y轴向滑板快退回位，再启动第8交流伺服电机8#反转，推动Y轴向滑板快退回位。
启动第11交流伺服电机11#正转，推动X轴向滑板快进到位后停止，再启动第12交流伺服电机12#，推动Y轴向滑板慢进到位后停止，将第5十字滑台调整到加工位置，启动第13交流伺服电机13#正转，攻丝装置对工件的孔攻丝，加工成螺孔，直至加工完毕，第13交流伺服电机13#反转回退到位后停止，之后启动第12交流伺服电机12#反转慢退回位，再启动第1交流伺服电机1#快退回位。
Claims (1)
1.六工位柔性加工设备的控制系统，其特征在于，所述六工位柔性加工设备包括有安装于固定底座上的转台座（7），安装于转台座上可转动的圆转台（8），围绕圆转台设置的装卸工位（1）、铣面工位（2）、钻孔工位（3）、粗镗工位（4）、精镗工位（5）、攻丝工位（6），装卸工位（1）设置于圆转台（8 ）上，铣面工位（2）、钻孔工位（3）、粗镗工位（4）、精镗工位（5）、攻丝工位（6）均设置于圆转台旁；
铣面工位（2）装有第1十字滑台（2a）和安装于第1十字滑台上的铣削装置，第1十字滑台带动X轴向滑板的X轴为第1交流伺服电机（1＃）控制驱动的第1滚珠丝杆（2b），带动Y轴向滑板的Y轴为手动控制的T形丝杆（2c），铣削装置的动力头主轴由第1交流异步电机（14＃）控制驱动；
钻孔工位（3）装有第2十字滑台（3a）和安装于第2十字滑台上的钻削装置，第2十字滑台上带动X轴向滑板的X轴为由第2交流伺服电机（2＃）控制驱动的第2滚珠丝杆（3b），第2十字滑台上带动Y轴向滑板的Y轴为由第3交流伺服电机（3＃）控制驱动的第3滚珠丝杆（3c），钻削装置的动力头主轴由第2交流异步电机（15＃）控制驱动；
粗镗工位（4）装有由第4交流伺服电机（4＃）控制驱动的第1数控机械滑台（4b）和安装于第1数控机械滑台（4b）上的粗镗装置、第3十字滑台（4a）和安装于第3十字滑台上的螺纹底孔钻削装置，第3十字滑台上带动X轴向滑板的X轴为由第5交流伺服电机（5#）控制驱动的第4滚珠丝杆（4c），第3十字滑台上带动Y轴向滑板的Y轴为由第6交流伺服电机（6#）控制驱动的第5滚珠丝杆（4d），粗镗镗钻削装置的动力头主轴由第4交流异步电机（17＃）控制驱动，螺纹底孔钻削的动力头主轴由第3交流异步电机（16＃）控制驱动；
精镗工位（5）装有由第7交流伺服电机（7＃）控制驱动的第2数控机械滑台（5b）和安装于第2数控机械滑台上的大小孔精镗削装置、第4十字滑台（5a）和安装于第4十字滑台上的倒角装置，第4十字滑台上带动X轴向滑板的X轴为由第8交流伺服电机（8＃）控制驱动的第6滚珠丝杆（5c），第4十字滑台上带动Y轴向滑板的Y轴为由第9交流伺服电机（9＃）控制驱动的第7滚珠丝杆（5d），大小孔精镗削装置的动力头主轴由第5交流异步电机（18＃）控制驱动，倒角装置的动力头主轴由第10交流伺服电机（10＃）控制驱动；
攻丝工位（6）装有第5十字滑台（6a）和安装于第5十字滑台上的攻丝装置，第5十字滑台上带动X轴向滑板的X轴为由第11交流伺服电机（11#）控制驱动的第8滚珠丝杆（6b），第5十字滑台上带动Y轴向滑板的Y轴为由第12交流伺服电机（12#）控制驱动的第9滚珠丝杆（6c），攻丝装置的动力头主轴由第13交流伺服电机（13＃）控制驱动；
控制系统包括有数控系统（9）、PLC接口模块（10）、圆转台液压控制系统（11）、七个伺服驱动器（12）、包括第1交流伺服电机（1＃）、第2交流伺服电机（2＃）、第3交流伺服电机（3＃）、第4交流伺服电机（4＃）、第5交流伺服电机（5＃）、第6交流伺服电机（6＃）、第7交流伺服电机（7＃）、第8交流伺服电机（8＃）、第9交流伺服电机（9＃）、第10交流伺服电机（10＃）、第11交流伺服电机（11＃）、第12交流伺服电机（12＃）、第13交流伺服电机（13＃）的13台交流伺服电机、包括第1交流异步电机（14＃）、第2交流异步电机（15＃）、第3交流异步电机（16＃）、第4交流异步电机（17＃）、第5交流异步电机（18＃）的5台交流异步电机、12对位置传感器（13）；数控系统（9）一端连接电源（14），另一端与PLC接口模块（10）的输入端连接，圆转台液压控制系统和5台交流异步电机分别采用与PLC接口模块的一组输出接口电连接，七个伺服驱动器（12）和5台交流异步电机均分别连接电源接口，第1交流伺服电机（1＃）和第2交流伺服电机（2＃）连接同一个双轴伺服驱动器，第三交流伺服电机（3＃）和第4交流伺服电机（4＃）连接同一个双轴伺服驱动器，第6交流伺服电机（6＃）和第7交流伺服电机（7＃）连接同一个双轴伺服驱动器，第9交流伺服电机（9＃）和第10交流伺服电机（10＃）连接同一个双轴伺服驱动器，第11交流伺服电机（11＃）和第12交流伺服电机（12＃）连接同一个双轴伺服驱动器，第5交流伺服电机（5＃）和第8交流伺服电机（8＃）连接同一个双轴伺服驱动器，第13交流伺服电机（13＃）单独连接一个单轴伺服驱动器，在每一个十字滑台的X轴向滑板和Y轴向滑板旁以及2台数控机械滑台旁均设置有一对位置传感器（13）。
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