CN104345684A - 折线卷筒加工自动控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及折线卷筒的加工，尤指一种折线卷筒加工自动控制系统，自动控制系统应用于车床，自动控制系统包括主轴编码器、驱动电机、伺服电机、变频器、PLC和触控操作面板；PLC安装在车床的控制柜内，主轴编码器安装在车床主轴的一端；驱动电机包括横向驱动电机和纵向驱动电机，伺服电机包括横向伺服电机和纵向伺服电机；本发明的适应性强，可满足各种不同规格产品加工需要，从200MM到5000MM直径卷筒均可以加工，无需对机械进行任何调整，直接修改参数就可实现不同规格加工的需要，大大节省加工时间，提高了加工效率，加工精度高，成品率高，不仅对其所应用的设备要求较低，而且操作简单易学，同时生产成本低。

Description

折线卷筒加工自动控制系统

技术领域

本发明涉及折线卷筒的加工，尤指一种折线卷筒加工自动控制系统。

背景技术

近年来大型水电站、港口、海上钻井平台以及跨江、跨海大桥的建设需求不断增加，从而带动了大吨位、高扬程的大型起重机的需求，然而在设计这些大型起重机卷扬机构时，采用单层缠绕的卷筒已不能满足使用要求，只能采用多层缠绕系统；实践证明采用折线卷筒来解决多层缠绕是最有效的，既能缩小卷扬机构空间布置尺寸，还能大大提高钢丝绳使用寿命。

所谓“折线”是针对卷筒绳槽而言的，卷筒根据绳槽型式分为3种：一是无绳槽光面卷筒；二是螺旋形绳槽卷筒；三是折线形绳槽卷筒；而折线形绳槽是指每一圈绳槽内有两段与卷筒端板平行，有两段与卷筒端板成一定角度，两平行段之间通过两折线段过渡；现在的折线卷筒的加工主要有以下几种加工方法：

1、筒体为钢板卷制而成或采用无缝钢管，粗加工以后，利用间歇挂轮装置在卷筒表面整体加工成折线形螺旋槽；该种加工方式存在以下缺点：首先，机械挂轮装置所需的间歇齿轮加工要求较高，磨损大，每更换一个螺距需定制专用齿轮，更换起来费时费力；其次，整体加工的卷筒精度高，但加工成本相对较高，即使用数控车床，也需要编制特定的加工程序，且对规定角度，规定长度的卷筒无法加工。

2、四瓣拼焊成形 筒体分为两层，内层简体为钢板卷制或采用无缝钢管，粗加工之后，将外层筒体塞焊于内层筒体；外层筒体由四块钢板组成，其中两块加工成直槽，另外两块加工成斜槽，直槽板与斜槽板的宽度由卷筒直径及直槽与斜槽对应的角度决定；直槽板与斜槽板的另一面加工成平面，并在槽底均布钻塞焊孔，再经弯曲后相间塞焊于内层筒体，然后将接口处及塞焊处打磨光滑；这样制出的卷筒精度较差，槽形会因为弯曲而变型，所以对卷简直径与壁厚有限制，虽然工艺简单，加工成本低，对于直径不大，缠绕精度要求不高的卷扬安全可以采用这种制造方法，但是对于大直径，高精度的卷筒无法拼焊。

3、槽型施焊成形 筒体内部为钢板卷制或采用无缝钢管预加工好的光卷筒，然后将成形的槽型条按照事先划好的折线焊于卷筒表面，槽型条可以根据卷筒设计要求设计出截面尺寸，委托钢厂轧制，或者直接用截面尺寸相近的圆钢代替；该加工方法对于小批量，多规格卷筒加工难度较大。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种应用于车床的折线卷筒加工自动控制系统

为解决上述问题，本发明提供的技术方案如下：一种折线卷筒加工自动控制系统，所述的自动控制系统应用于车床，所述的自动控制系统包括主轴编码器、驱动电机、伺服电机、变频器、PLC和触控操作面板；所述的PLC安装在车床的控制柜内，所述的主轴编码器安装在车床主轴的一端；所述的驱动电机包括横向驱动电机和纵向驱动电机，所述的伺服电机包括横向伺服电机和纵向伺服电机。

所述的横向伺服电机安装在车床的横向丝杆的一端，所述的纵向伺服电机安装在车床的纵向丝杆的一端。

所述的触控操作面板安装在车床的控制柜上，所述的触控操作面板与PLC通过485通讯信号线连接。

所述的驱动电机与PLC采用信号线连接，所述的驱动电机与伺服电机采用信号线连接，所述的主轴编码器分别与PLC和车床的主轴电机采用信号线连接，所述的主轴电机与变频器采用信号线连接，PLC可以通过变频器控制车床的主轴电机，以达控制主轴转速的目的。

所述的信号线外层包覆有网状屏蔽线套。

所述的自动控制系统为全闭环自动控制系统。

折线卷筒加工自动控制系统加工折线卷筒的方法：当车床的总电源接通后，所述的自动控制系统开启，首先通过人工将待加工的工件的一端装夹固定在车床的主轴转轮上，如果工件较长，可以通过后车上的顶针顶住待加工工件的另一端来辅助待加工工件的装夹固定，此时主轴编码器会自动通过联轴器采集车床主轴的位置、角度以及转速数据，并以脉冲信号的方式传输并寄存到PLC的寄存器内，然后通过人工操控触控操作面板根据需要输入数据值，输入的数据值会储存到PLC的寄存器内；横向控制：PLC的中央控制系统将输入的数据值以脉冲信号的方式发送给横向驱动电机，然后横向驱动电机发送脉冲信号给横向伺服电机，横向伺服电机驱动横向丝杆转动；同时横向伺服电机编码器会采集横向向丝杆上大车的当前的位置、位移数据，之后横向伺服电机编码器将采集的大车的当前的位置、位移数据以脉冲信号的方式通过横向驱动电机反馈给PLC中央控制系统；然后储存在寄存器内的主轴的数据通过PLC中央控制系统的精度定时功能运算得出主轴的标准位置值，然后主轴的标准位置值与横向伺服电机反馈的大车的当前位置值通过PLC中央控制系统的PID调节功能进行逻辑判断运算得出偏差值之后根据偏差值对横向转速进行调整得出新的横向转速值，然后PLC中央控制系统将运算后得出新的横向转速值以脉冲信号的方式通过横向驱动电机赋值给横向伺服电机，横向伺服电机驱动横向丝杆按照新的横向转速值转动，然后PLC中央控制系统通过上述方式以50ms中断响应对横向丝杆转速不断进行调整；纵向控制：PLC的中央控制系统发送脉冲信号给纵向驱动电机，然后纵向驱动电机发送脉冲信号给纵向伺服电机，纵向伺服电机驱动纵向丝杆转动，纵向丝杆上的小车上的预警刀在纵向方向会先走一段预警距离；同时纵向伺服电机编码器会采集纵向向丝杆上小车的当前的位置、位移数据，之后纵向伺服电机编码器将采集的小车的当前的位置、位移数据以脉冲信号的方式通过纵向驱动电机反馈给PLC的中央控制系统；然后PLC的中央控制系统通过将输入的纵向数据值与纵向伺服电机反馈的小车的当前的位置、位移数据进行PID调节功能进行逻辑判断运算得出新的纵向有效位置数据，然后PLC中央控制系统将新的纵向有效位置数据以脉冲信号通过纵向驱动电机赋值为纵向伺服电机，纵向伺服电机驱动纵向丝杆使得小车移动到有效位置。

本发明的有益效果：本发明的适应性强，可满足各种不同规格产品加工需要，从200MM到5000MM直径卷筒均可以加工，无需对机械进行任何调整，直接修改参数就可实现不同规格加工的需要，大大节省加工时间，提高了加工效率，加工精度高，成品率高，不仅对其所应用的设备要求较低，而且操作简单易学，同时生产成本低，在待加工工件偏重的情况下，可使待加工工件的加工不受偏重影响。

附图说明

图1是本发明的工作原理示意图。

图2是本发明的车床的立体结构示意图。

附图标记说明：控制柜1，大车2，横向丝杆201，横向伺服电机202，小车3，纵向丝杆301，纵向伺服电机302，后车4，顶针401。

具体实施方式

下面结合说明书附图说明本发明的具体实施方式：

一种折线卷筒加工自动控制系统，所述的自动控制系统应用于车床，所述的自动控制系统包括主轴编码器、驱动电机、伺服电机、变频器、PLC和触控操作面板；所述的PLC安装在车床的控制柜1内，所述的主轴编码器安装在车床主轴的一端；所述的驱动电机包括横向驱动电机和纵向驱动电机，所述的伺服电机包括横向伺服电机202和纵向伺服电机302，所述的横向伺服电机202安装在车床的横向丝杆201的一端，所述的纵向伺服电机302安装在车床的纵向丝杆301的一端，所述的触控操作面板安装在车床的控制柜1上，所述的触控操作面板与PLC通过485通讯信号线连接，所述的驱动电机与PLC采用信号线连接，所述的驱动电机与伺服电机采用信号线连接，所述的主轴编码器分别与PLC和车床的主轴电机采用信号线连接，所述的主轴电机与变频器采用信号线连接，PLC可以通过变频器控制车床的主轴电机，以达控制主轴转速的目的，所述的信号线外层包覆有网状屏蔽线套，所述的自动控制系统为全闭环自动控制系统。

折线卷筒加工自动控制系统加工折线卷筒的方法：当车床的总电源接通后，所述的自动控制系统开启，首先通过人工将待加工的工件的一端装夹固定在车床的主轴转轮上，如果工件较长，可以通过后车4上的顶针401顶住待加工工件的另一端来辅助待加工工件的装夹固定，此时主轴编码器会自动通过联轴器采集车床主轴的位置、角度以及转速数据，并以脉冲信号的方式传输并寄存到PLC的寄存器内，然后通过人工操控触控操作面板根据需要输入数据值，输入的数据值会储存到PLC的寄存器内；横向：PLC的中央控制系统将输入的数据值以脉冲信号的方式发送给横向驱动电机，然后横向驱动电机发送脉冲信号给横向伺服电机202，横向伺服电机202驱动横向丝杆201转动；同时横向伺服电机202编码器会采集横向向丝杆上大车2的当前的位置、位移数据，之后横向伺服电机202编码器将采集的大车2的当前的位置、位移数据以脉冲信号的方式通过横向驱动电机反馈给PLC中央控制系统；然后储存在寄存器内的主轴的数据通过PLC中央控制系统的精度定时功能运算得出主轴的标准位置值，然后主轴的标准位置值与横向伺服电机202反馈的大车2的当前位置值通过PLC中央控制系统的PID调节功能进行逻辑判断运算得出偏差值之后根据偏差值对横向转速进行调整得出新的横向转速值，然后PLC中央控制系统将运算后得出新的横向转速值以脉冲信号的方式通过横向驱动电机赋值给横向伺服电机202，横向伺服电机202驱动横向丝杆201按照新的横向转速值转动，然后PLC中央控制系统通过上述方式以50ms中断响应对横向丝杆201转速不断进行调整；纵向：PLC的中央控制系统发送脉冲信号给纵向驱动电机，然后纵向驱动电机发送脉冲信号给纵向伺服电机302，纵向伺服电机302驱动纵向丝杆301转动，纵向丝杆301上的小车3上的预警刀在纵向方向会先走一段预警距离；同时纵向伺服电机302编码器会采集纵向向丝杆上小车3的当前的位置、位移数据，之后纵向伺服电机302编码器将采集的小车3的当前的位置、位移数据以脉冲信号的方式通过纵向驱动电机反馈给PLC的中央控制系统；然后PLC的中央控制系统通过将输入的纵向数据值与纵向伺服电机302反馈的小车3的当前的位置、位移数据进行PID调节功能进行逻辑判断运算得出新的纵向有效位置数据，然后PLC中央控制系统将新的纵向有效位置数据以脉冲信号通过纵向驱动电机赋值为纵向伺服电机302，纵向伺服电机302驱动纵向丝杆301使得小车3移动到有效位置。

采用这套自动控制系统既可以加工折线卷筒，也可以加工普通螺旋卷筒，相比以前的加工方法具有以下特点：

1、加工精度高，采用本套系统加工卷筒，精度和数控系统接近，可达到±0.1MM，可满足市场上绝大多数卷筒的加工要求。

2、成品率高，本套系统采用智能故障处理模式，当加工过程中发生异常，系统可以自动调节各单元，避免出现报废工件的情况。

3、操作简单智能，本套系统采用触摸屏作为人机界面，操作人员无需专门学习数控知识，只需将几个关键参数输入系统，系统将自动执行加工，大大降低对操作者的要求。

以上所述，仅是本发明结构较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作出任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明的技术方案的范围内。

Claims (7)

1.一种折线卷筒加工自动控制系统，所述的自动控制系统应用于车床，其特征在于：所述的自动控制系统包括主轴编码器、驱动电机、伺服电机、变频器、PLC和触控操作面板；所述的PLC安装在车床的控制柜内，所述的主轴编码器安装在车床主轴的一端；所述的驱动电机包括横向驱动电机和纵向驱动电机，所述的伺服电机包括横向伺服电机和纵向伺服电机。

2.根据权利要求1所述的折线卷筒加工自动控制系统，其特征在于：所述的横向伺服电机安装在车床的横向丝杆的一端，所述的纵向伺服电机安装在车床的纵向丝杆的一端。

3.根据权利要求1所述的折线卷筒加工自动控制系统，其特征在于：所述的触控操作面板安装在车床的控制柜上，所述的触控操作面板与PLC通过485通讯信号线连接。

4.根据权利要求1所述的折线卷筒加工自动控制系统，其特征在于：所述的驱动电机与PLC采用信号线连接，所述的驱动电机与伺服电机采用信号线连接，所述的主轴编码器分别与PLC和车床的主轴电机采用信号线连接，所述的主轴电机与变频器采用信号线连接。

5.根据权利要求3或4所述的折线卷筒加工自动控制系统，其特征在于：所述的信号线外层包覆有网状屏蔽线套。

6.根据权利要求1所述的折线卷筒加工自动控制系统，其特征在于：所述的自动控制系统为全闭环自动控制系统。

7.根据权利要求1所述的折线卷筒加工自动控制系统加工折线卷筒的方法，其特征在于：当车床的总电源接通后，所述的自动控制系统开启，首先通过人工将待加工的工件的一端装夹固定在车床的主轴转轮上，如果工件较长，可以通过后车上的顶针顶住待加工工件的另一端来辅助待加工工件的装夹固定，此时主轴编码器会自动通过联轴器采集车床主轴的位置、角度以及转速数据，并以脉冲信号的方式传输并寄存到PLC的寄存器内，然后通过人工操控触控操作面板根据需要输入数据值，输入的数据值会储存到PLC的寄存器内；横向控制：PLC的中央控制系统将输入的数据值以脉冲信号的方式发送给横向驱动电机，然后横向驱动电机发送脉冲信号给横向伺服电机，横向伺服电机驱动横向丝杆转动；同时横向伺服电机编码器会采集横向向丝杆上大车的当前的位置、位移数据，之后横向伺服电机编码器将采集的大车的当前的位置、位移数据以脉冲信号的方式通过横向驱动电机反馈给PLC中央控制系统；然后储存在寄存器内的主轴的数据通过PLC中央控制系统的精度定时功能运算得出主轴的标准位置值，然后主轴的标准位置值与横向伺服电机反馈的大车的当前位置值通过PLC中央控制系统的PID调节功能进行逻辑判断运算得出偏差值之后根据偏差值对横向转速进行调整得出新的横向转速值，然后PLC中央控制系统将运算后得出新的横向转速值以脉冲信号的方式通过横向驱动电机赋值给横向伺服电机，横向伺服电机驱动横向丝杆按照新的横向转速值转动，然后PLC中央控制系统通过上述方式以50ms中断响应对横向丝杆转速不断进行调整；纵向控制：PLC的中央控制系统发送脉冲信号给纵向驱动电机，然后纵向驱动电机发送脉冲信号给纵向伺服电机，纵向伺服电机驱动纵向丝杆转动，纵向丝杆上的小车上的预警刀在纵向方向会先走一段预警距离；同时纵向伺服电机编码器会采集纵向向丝杆上小车的当前的位置、位移数据，之后纵向伺服电机编码器将采集的小车的当前的位置、位移数据以脉冲信号的方式通过纵向驱动电机反馈给PLC的中央控制系统；然后PLC的中央控制系统通过将输入的纵向数据值与纵向伺服电机反馈的小车的当前的位置、位移数据进行PID调节功能进行逻辑判断运算得出新的纵向有效位置数据，然后PLC中央控制系统将新的纵向有效位置数据以脉冲信号通过纵向驱动电机赋值为纵向伺服电机，纵向伺服电机驱动纵向丝杆使得小车移动到有效位置。