CN105710661A - 一种静压工作台油膜厚度调节装置与方法 - Google Patents

一种静压工作台油膜厚度调节装置与方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于机械工程领域，涉及一种静压工作台油膜厚度调节装置与方法。调节装置中，控制系统包括西门子840DSL数控系统和S7?300模拟量输入输出模块，测量系统为包含电涡流位移传感器的德国米依测量系统DT3300。为了维持油膜厚度的恒定，根据控制器给出的多个不同频率和对应位移传感器检测的实际油膜厚度，采用最小二乘法建立油膜厚度与电机频率的关系模型，然后根据关系模型和目标油膜厚度值计算出所需电机频率，经信号处理后输出到变频器，从而调整变频电机的转速，改变多头泵的供油量，使油膜厚度始终处于一个最优的目标状态。

Description

一种静压工作台油膜厚度调节装置与方法
技术领域
本发明涉及机床液体静压工作台领域，具体地说是一种静压工作台油膜厚度调节装置与方法。
背景技术
液体静压工作台因其具有长期使用磨损小、加工效率高、运动平稳、润滑以及吸振效果良好等优点，在各种大型机床的工作台上得到了广泛的应用。油膜的刚度和承载能力主要取决于油膜的厚度，当工作台的载荷和液压油的粘度发生变化时会引起工作台油膜厚度的变化，影响工作台的加工精度，降低工作台运行的平稳性。因此，采用合理的控制系统和方法使液体静压工作台具有智能调节油膜厚度的能力 ，，使油膜厚度始终保持在最优值，将极大降低由外载荷以及液压油粘度变化对工作台工作性能的影响，保证双蜗轮消隙机构的装配精度以及齿轮中心距。
静压工作台油膜厚度的调节控制主要是通过改变电机的转速来调整油泵供油量实现的。目前，电机调速多采用直流调速技术；这种技术的控制系统虽然能满足调速要求，但存在着工作能耗大、系统维护困难等缺点。随着科技的快速发展，变频调速技术逐渐成熟，在调速方面更优先于直流调速系统。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种静压工作台油膜厚度调节装置与方法。该调节装置能适应工作台工况的变化，实时监测工作台运行时油膜厚度变化，实现智能调节。
本发明为解决上述技术问题的技术方案如下：
一种静压工作台油膜厚度调节装置，其包括静压工作台、控制系统、测量系统、执行机构，静压工作台中安装有静压油垫，控制系统包括西门子840DSL数控系统和S7-300模拟量输入输出模块，测量系统为包含电涡流位移传感器的德国米依测量系统DT3300，执行机构中由变频器、异步电机和多头泵组成，控制系统连接变频器，变频器控制异步电机，异步电机驱动多头泵，多头泵的每个出油头与静压油垫的油腔连接。
S7-300模拟量输入输出模块包含有D/A转换器和A/D转换器。
静压工作台由液压系统和工作台静压结构组成。
一种静压工作台油膜厚度调节方法，其步骤为：
（1）通过数控系统预设基本参数值，基本参数包括目标油膜厚度和电机的不同频率参数，通过系统代码写入或者显示屏直接输入设置来实现，数控系统采用西门子840DSL数控系统；
（2）通过数控系统每隔设定时间给出不同频率，电涡流位移传感器检测静压工作台与电涡流位移传感器探头不同的位移量，并经过 A/D 转换器得到位移量信号，对位移量信号采用最小二乘法建立油膜厚度与电机频率的关系模型；
（3）根据油膜厚度与电机频率的关系模型，通过数控系统处理生成目标油膜厚度的最优频率值，该指令是模拟量电压信号，经数控系统处理后传送给变频器，变频器根据指令控制异步电机转速，进而实现对多头泵输出流量的控制；
（4）待多头泵输出流量稳定后，通过电涡流位移传感器检测静压工作台与传感器探头当前的位移量，并经过 A/D 转换器得到位移量信号，将信号输入数控系统中；
（5）利用数控系统相应的计算模块将位移量信号转换得到实际油膜厚度值，如果实际油膜厚度超出数控系统设定的最优油膜厚度范围，数控系统将报警，否则数控系统会将实际油膜厚度显示到控制界面中。
本发明方法通过从多头泵到工作台的控制，通过调节电机频率，改变输出流量，实现了对工作台静压油垫的油膜厚度调节。
本发明中供油泵优选采用多头泵，保证每个油腔供油流量相同。
本发明中测量系统优选采用德国米依电涡流位移传感器测量系统，达到实时监测，高精度测量反馈的作用。
本发明中数控系统优选采用西门子840DSL数控系统，系统更加的智能化，可以自动识别外围部件，性能和灵活性更高。
本发明的有益效果是：本发明的静压工作台油膜厚度调节装置及方法可实时监控工作台运行时油膜厚度的变化，有超出范围报警功能，可根据目标需要作出及时合理的调整，使工作台始终处于一个最优的目标范围内，极大降低由于载荷和油温变化对工作台状态的影响，保证了蜗轮蜗杆的装配精度和机床的加工精度。
附图说明
为了易于理解本发明，下面根据具体实施方式和附图作进一步说明。
图1是本发明静压工作台油膜厚度调节装置的控制示意图。
具体实施方式
如图1，一种静压工作台油膜厚度调节装置，其包括静压工作台、控制系统、测量系统、执行机构，静压工作台中安装有静压油垫，控制系统包括西门子840DSL数控系统和S7-300模拟量输入输出模块，测量系统为包含电涡流位移传感器的德国米依测量系统DT3300，执行机构中由变频器、异步电机和多头泵组成，控制系统连接变频器，变频器控制异步电机，异步电机驱动多头泵，多头泵的每个出油头与静压油垫的油腔连接。
一种静压工作台油膜厚度调节方法，其工作调节过程如下：
（1）通过控制系统的840DSL的HMI输入基本参数值，此参数是目标油膜厚度值h0和未通入压力油时电涡流位移传感器探头和工作台之间的位移量L1,L1可从显示屏直接读取输入来实现。
（2）通过数控系统每隔设定时间给出不同的设定频率fi,并经过D/A转换器得到变频器的控制信号，然后经过变频器生成异步电机的控制信号fis，异步电机进行对应的转速调节，生成对应的转速为nps,多头泵进行流量调节生成对应的流量Qps。
（3）多头泵以流量Qps为工作台油腔供油，在载荷作用下，当流量为Qps时，在下一频率给出前，先通过位移传感器检测到工作台与传感器探头当前的位移量为Lps，并经过A/D 转换器得到位移量信号，将位移量信号输入控制系统中，对位移量信号采用最小二乘法建立油膜厚度与电机频率的关系模型。
（4）控制系统根据目标油膜厚度值h0结合油膜厚度与电机频率的关系模型处理生成目标油膜厚度的最优频率值f，经过D/A转换器得到变频器的控制信号，然后经过变频器生成异步电机的控制指令fs，异步电机进行转速调节，生成的目标转速为ns,多头泵调节生成目标的流量Qs。
（5）.待多头泵输出流量稳定后，通过电涡流位移传感器检测到工作台与传感器探头当前的位移量为Ls，并经过 A/D 转换器得到位移量信号，将信号输入控制系统中，对L1和Ls的位移信号利用相应的计算模块和转换作差值得到实际油膜厚度值hc，如果实际油膜厚度hc超出系统设定最优油膜范围，系统将发出报警，否则系统会将需要的数据显示到相应的HMI控制界面中。
本发明的有益效果是：本发明的静压工作台油膜厚度调节装置及方法可实时监控工作台运行时油膜厚度的变化，有超出范围报警功能，可根据目标需要作出及时合理的调整，使工作台始终处于一个最优的目标范围内，极大降低由于载荷和油温变化对工作台状态的影响，保证了蜗轮蜗杆的装配精度和机床的加工精度。
以上所述仅为本发明的具体实施及控制方式，但本发明的保护范围并不局限于此，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种静压工作台油膜厚度调节装置，包括静压工作台、控制系统、测量系统、执行机构，静压工作台中安装有静压油垫，控制系统包括西门子840DSL数控系统和S7-300模拟量输入输出模块，测量系统为包含电涡流位移传感器的德国米依测量系统DT3300，执行机构中由变频器、异步电机和多头泵组成，控制系统连接变频器，变频器控制异步电机，异步电机驱动多头泵，多头泵的每个出油头与静压油垫的油腔连接。
2.根据权利要求1所述的调节装置，其特征在于，S7-300模拟量输入输出模块包含有D/A转换器和A/D转换器。
3.根据权利要求1所述的调节装置，其特征在于，静压工作台由液压系统和工作台静压结构组成。
4.一种静压工作台油膜厚度调节方法，其步骤为：
(1)通过数控系统预设基本参数值，基本参数包括目标油膜厚度和电机的不同频率参数，通过系统代码写入或者显示屏直接输入设置来实现，数控系统采用西门子840DSL数控系统；
(2)通过数控系统每隔设定时间给出不同频率，电涡流位移传感器检测静压工作台与电涡流位移传感器探头不同的位移量，并经过A/D转换器得到位移量信号，对位移量信号采用最小二乘法建立油膜厚度与电机频率的关系模型；
(3)根据油膜厚度与电机频率的关系模型，通过数控系统处理生成目标油膜厚度的最优频率值，该指令是模拟量电压信号，经数控系统处理后传送给变频器，变频器根据指令控制异步电机转速，进而实现对多头泵输出流量的控制；
(4)待多头泵输出流量稳定后，通过电涡流位移传感器检测静压工作台与传感器探头当前的位移量，并经过A/D转换器得到位移量信号，将信号输入数控系统中；
(5)利用数控系统相应的计算模块将位移量信号转换得到实际油膜厚度值，如果实际油膜厚度超出数控系统设定的最优油膜厚度范围，数控系统将报警，否则数控系统会将实际油膜厚度显示到控制界面中。
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