CN107350871A - 一种实现大型数控设备高值零件加工的保护方法及其系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了本发明的目的在于提供一种实现大型数控设备高值零件加工保护的电压恢复系统，用于解决现有的数控设备或者机床在加工零件，尤其是高价值零件过程中，由于供电网络的突然断电或者电压突然跌落造成的加工刀具将零件划伤，刀具断裂甚至导致零件报废带来巨大的损失的问题。同时本发明还提供一种实现大型数控设备高值零件加工的保护方法，用于实现数控设备在工作过程中出现的供电网络瞬间降压或者断电情况依然能够保证继续正常加工，并在5秒内检测供电网络未及时恢复，自动对刀具进行法向退刀并关机。

Description

一种实现大型数控设备高值零件加工的保护方法及其系统
技术领域
本发明涉及数控机床零件加工保护系统及方法领域，尤其涉及大型数控设备的高值零件加工的保护系统及其方法领域，具体的说，是一种实现大型数控设备高值零件加工的保护方法，及其该方法采用的保护系统。
背景技术
为实现整体化、复杂化的结构件精密高效加工，多轴联动、高精密、大型的数控机床开始在企业中大量采用。同时，国内数控装备车间供电系统不完善，比如：①电网断电。电网受到雷电等不可控的外部力影响，导致车间突然断电。②电压瞬变。包括：电压跌落，供电电压在短时间内突然下降到额定电压的90%，甚至降低到10%；或者电压瞬间超高，超过380V/220V；或者电压高低跳变。虽然高端的数控机床针对电网的波动进行了一定的保护措施，设计系统接入电压范围较宽，当外部电网电压波动小或者波动缓慢时，数控系统可以采用自洽系统进行修复，不影响正常加工。但电网断电或大幅度跳变时，系统没有很好的保护手段。
数控机床的运动单元在通电时，可以实现高精度的往复运动。但大部门运动单元没有自锁结构，当数控系统电网故障时，运动单元会脱离系统程序的控制，在自身重力和惯性的作用下，会出现严重的加工事故，例如：①碰撞数控装备的其他零部件，如行程开关。②铣伤零件。③出现安全事故。
高端数控机床在加工高值结构件时，尤其在加工航空类结构件时，毛坯成本高，交付时间紧，所以对车间电网的稳定性提出了极高的要求。要求：①在电网断电和电压瞬时跳变时，数控装备在5秒内能正常加工，当电网稳定时，可以无缝连接，继续加工。②当电网断电和电压瞬变超过5秒后，启动保护程序，安全退刀，实现高值结构件和数控装备的保护。③记录加工停止时的程序段，避免出现零件二次铣伤问题。在加工航空框类等具有大型、高值、易变型的薄壁、深腔零件时，如果机床断电回退再重新启动时，没有记录当时加工段，重新执行之前程序，可能碰触加工后的薄壁层，导致高值零件的二次铣伤。
中国发明专利申请，申请号为201210081457.0，申请公布号 CN 102608949 A公开了一种数控机床断电自动退刀的控制方法及装置，主要涉及用数控系统控制机床回退的技术领域，尤其是涉及机床断电回退和紧急回退的控制方法及装置。一种数控机床断电自动退刀的控制方法，包括中断信号处理、供电、进给伺服电机通过砂轮架回退模块对进给伺服电机电容模块进行能量消耗，电容模块迅速消耗完，即数控机床断自动电退刀完成的步骤。还提供一种数控机床断电自动退刀的控制装置包括断电检测信号模块、可编程逻辑控制器、数控机床控制单元、伺服驱动模块，伺服驱动模块驱动进给伺服电机退刀。本发明利用西门子 802Dsl 系统的异步子程序功能来控制实现机床的断电退刀和紧急退刀的功。
中国发明专利，申请号为201420039413.6，授权公告号 CN 203696590 U公开了一种机床断电保护装置，其包括工质源、换向 阀和锁紧体 ；工质源通过换向阀和换向阀所连接 的加压管线、卸压管线给锁紧体输送做功工质 ； 加压管线与锁紧体上做功腔的注入口连接，卸压 管线与锁紧体上做功腔的排出口连接 ；锁紧体套 装在直线运动部件的外围，在锁紧体上设有至少 两个做功腔，做功腔内装有活塞和复位弹簧，做功 腔的底部具有往复深孔，往复深孔内装有与活塞 连接的推杆，往复深孔的孔壁上具有至少一个与 锁紧体内壁相通的穿孔，穿孔内穿装有与推杆铰 接的摆动杆，摆动杆以穿孔为支点在推杆的带动下上、下摆动，进而松开、锁紧直线运动部件。它在 不影响机床通电后正常运行的前提下，在机床突 然断电后对机床的直线运动部件实现迅速的锁紧保护。
上述两个专利均为对高值零件在加工过程中对于突然的机床断电或者瞬间电压跌落起到零件的良好保护和不间断工作的问题进行有效解决。
发明内容
本发明的目的在于提供一种实现大型数控设备高值零件加工保护的电压恢复系统，用于解决现有的数控设备或者机床在加工零件，尤其是高价值零件过程中，由于供电网络的突然断电或者电压突然跌落造成的加工刀具将零件划伤，刀具断裂甚至导致零件报废带来巨大的损失的问题。同时本发明还提供一种实现大型数控设备高值零件加工的保护方法，用于实现数控设备在工作过程中出现的供电网络瞬间降压或者断电情况依然能够保证继续正常加工，并在5秒内检测供电网络未及时恢复，自动对刀具进行法向退刀并关机。
本发明通过下述技术方案实现：
一种实现大型数控设备高值零件加工保护的电压恢复系统，用于保护数控设备在外部电源电压跳变或断电时依然能够不间断正常工作或者正常退刀关机，其特征在于，所述电压恢复系统包括用于进行补偿供电的超级电容，以及连通所述超级电容并控制所述数控设备的NC程序，所述NC程序包括用于向所述NC程序发送驱动信号的PLC逻辑控制器；还包括：
与所述超级电容并联的外部电源，所述外部电源与数控设备之间连接有相互并联设置的第一电路和第二电路，所述第一电路上设置有第一空气开关QF2，用于实现外部电源与数控设备之间的断开或连接；
所述第二电路包括从外部电源到数控设备之间依次连接的第二空气开关QF1、电流检测装置TA1、第一电压检测装置TU1、整流器SCR、第三空气开关QF3；所述整流器SCR并联有用于实现整流器SCR短路的第一继电器KM1；
所述第二空气开关QF1与电流检测装置TA1之间连接有用于滤波的小型电容；所述超级电容设置在所述整流器SCR与第三空气开关QF3之间。
优选地，所述超级电容与所述数控设备之间依次连接有第二电压检测装置TU2、第三继电器KM3、第三空气开关QF3；所述第三继电器KM3还并联有第三电路；所述第三电路包括串联的第二继电器KM2和定值电阻R1、R2、R3，所述定值电阻R1、R2、R3的阻值相等且分别连接动力电的A、B、C三项。
优选地，所述第三继电器KM3与第三空气开关QF3还并联设置有用于对NC程序散热的风扇，所述风扇与第三空气开关QF3之间还设置有用于开断所述风扇的第四继电器KM4。
一种采用实现大型数控设备高值零件加工保护的电压恢复系统的保护方法，包括以下步骤：
S100外网电压信号检测：所述第一电压检测装置TU1不间断的对外部电源的电压进行实时检测并与PLC逻辑控制器实时通信；
S200当第一电压检测装置TU1检测的电压值低于所述PLC逻辑控制器预设工作电压时，所述PLC逻辑控制器向所述第三继电器KM3发送控制信号，接通第三继电器KM3的控制电路，闭合第三继电器KM3，超级电容与数控设备电性连接；
S300当外部电源电压断电或者电压瞬变时间大于等于5秒，则中断NC程序，终止加工，待数控设备停止状态保持7秒后，数控设备按照退刀程序沿法向退刀；
S400当数控设备完成退刀后，NC程序返回加工程序段，并进给保持；
S500若完成步骤S400后，所述第一电压检测装置TU1依然没有检测到外部电源电压值恢复到工作电压，则数控设备急停报警；
S600当步骤S500中报警持续时间达到3秒后，PLC逻辑控制器断开第三继电器KM3的电路，使第三继电器KM3断开供电，超级电容停止工作。
优选地，步骤S300中所述外部电源电压断电或者电压瞬变时间小于5秒，则按照当期加工程序继续加工。
优选地，步骤S500中所述第一电压检测装置检测到外部电源电压恢复到工作电压后，则数控设备按照当期NC程序加工段继续加工。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
（1）本发明，通过电网断电或电压瞬变时数控机床保护策略，并结合超级电容的电压恢复系统和数控机床的PLC和NC程序，在电网故障时，快速启动备用的超级电容为数控机床供电，并合理的移走刀具，避免了各运动轴在高速移动下突然失电导致的惯性碰撞问题，不仅保护了高值零部件，且对数控机床本身和操作者也都有一定的益处。
（2）本发明，通过记录加工停止时的程序段，避免现零件二次铣伤问题。在加工航空类具有薄壁、深腔零件时，如果机床断电回退再重新启动，可以不用空运行之前加工程序，直接进入正常加工，不会意外碰触已加工薄壁部分，不会出现高值零部件的二次铣伤问题。
（3）本发明，通过电网断电或电压瞬变时数控机床保护策略，保证了短时间内外部电网可以恢复时，机床可以无间断的进行加工，不用通过人工进行转换，节省了时间，提高了效率。
（4）本发明，通过避免电网断电或电压瞬变时导致的机床碰撞，降低了机床维修的次数；超级电容一次投入后，可以长期使用，通常可以使用8年以上且不会出现铣伤零件的情况，降低了成本。
附图说明
图1为本发明所述方法流程图；
图2为本发明所述系统电路连接示意图；
图3为退刀方向状态示意图。
具体实施方式
下面结合本发明的优选实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1：
结合附图2所示，一种实现大型数控设备高值零件加工保护的电压恢复系统，用于保护数控设备在外部电源电压跳变或断电时依然能够不间断正常工作或者正常退刀关机，其特征在于，所述电压恢复系统包括用于进行补偿供电的超级电容，以及连通所述超级电容并控制所述数控设备的NC程序，所述NC程序包括用于向所述NC程序发送驱动信号的PLC逻辑控制器；还包括：
与所述超级电容并联的外部电源，所述外部电源与数控设备之间连接有相互并联设置的第一电路和第二电路，所述第一电路上设置有第一空气开关QF2，用于实现外部电源与数控设备之间的断开或连接；
所述第二电路包括从外部电源到数控设备之间依次连接的第二空气开关QF1、电流检测装置TA1、第一电压检测装置TU1、整流器SCR、第三空气开关QF3；所述整流器SCR并联有用于实现整流器SCR短路的第一继电器KM1；
所述第二空气开关QF1与电流检测装置TA1之间连接有用于滤波的小型电容；所述超级电容设置在所述整流器SCR与第三空气开关QF3之间。
本实施例中，所述超级电容与所述数控设备之间依次连接有第二电压检测装置TU2、第三继电器KM3、第三空气开关QF3；所述第三继电器KM3还并联有第三电路；所述第三电路包括串联的第二继电器KM2和定值电阻R1、R2、R3，所述定值电阻R1、R2、R3的阻值相等且分别连接动力电的A、B、C三项。所述定值电阻R1、R2、R3是为超级电容提供充电保护的，防止因外部电源的突然供电且电压不稳的情况会造成对超级电容的充电电流过大而损坏超级电容，值得说明的是所述第二继电器KM2为常闭状态，当所述数控设备使用的外部电源不会存在瞬变，骤升的情况第三继电器KM3为常闭，若存在骤升的情况，则第三继电器KM3为常开，为了不影响第二继电器KM2和第三继电器KM3的协同工作，则通过对PLC逻辑控制器中的逻辑运算程序进行设定，其第二继电器KM2和第三继电器KM3的开闭组合由第一电压检测装置TU1提供电信号驱动值，当第一电压检测装置TU1的检测值大于预设值时，则第三继电器KM3为断开，反之则闭合；如此设置既保护了超级电容突然高电压供电情况下不受损伤，同时也保证了超级电容对数控设备的持续稳定的供电。
本实施例中，所述第三继电器KM3与第三空气开关QF3还并联设置有用于对NC程序散热的风扇，所述风扇与第三空气开关QF3之间还设置有用于开断所述风扇的第四继电器KM4。
实施例2：
一种采用实施例1中所述的实现大型数控设备高值零件加工保护的电压恢复系统的保护方法，进一步结合附图1、附图3所示，具体包括以下步骤：
S100外网电压信号检测：所述第一电压检测装置TU1不间断的对外部电源的电压进行实时检测并与PLC逻辑控制器实时通信；
S200当第一电压检测装置TU1检测的电压值低于所述PLC逻辑控制器预设工作电压时，所述PLC逻辑控制器向所述第三继电器KM3发送控制信号，接通第三继电器KM3的控制电路，闭合第三继电器KM3，超级电容与数控设备电性连接；
S300当外部电源电压断电或者电压瞬变时间大于等于5秒，则中断NC程序，终止加工，待数控设备停止状态保持7秒后，数控设备按照退刀程序沿法向退刀；
S400当数控设备完成退刀后，NC程序返回加工程序段，并进给保持；
S500若完成步骤S400后，所述第一电压检测装置TU1依然没有检测到外部电源电压值恢复到工作电压，则数控设备急停报警；
S600当步骤S500中报警持续时间达到3秒后，PLC逻辑控制器断开第三继电器KM3的电路，使第三继电器KM3断开供电，超级电容停止工作。
本实施例中，步骤S300中所述外部电源电压断电或者电压瞬变时间小于5秒，则按照当期加工程序继续加工。
本实施例中，步骤S500中所述第一电压检测装置检测到外部电源电压恢复到工作电压后，则数控设备按照当期NC程序加工段继续加工。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种实现大型数控设备高值零件加工保护的电压恢复系统，用于保护数控设备在外部电源电压跳变或断电时依然能够不间断正常工作或者正常退刀关机，其特征在于，所述电压恢复系统包括用于进行补偿供电的超级电容，以及连通所述超级电容并控制所述数控设备的NC程序，所述NC程序包括用于向所述NC程序发送驱动信号的PLC逻辑控制器；还包括：
与所述超级电容并联的外部电源，所述外部电源与数控设备之间连接有相互并联设置的第一电路和第二电路，所述第一电路上设置有第一空气开关QF2，用于实现外部电源与数控设备之间的断开或连接；
所述第二电路包括从外部电源到数控设备之间依次连接的第二空气开关QF1、电流检测装置TA1、第一电压检测装置TU1、整流器SCR、第三空气开关QF3；所述整流器SCR并联有用于实现整流器SCR短路的第一继电器KM1；
所述第二空气开关QF1与电流检测装置TA1之间连接有用于滤波的小型电容；所述超级电容设置在所述整流器SCR与第三空气开关QF3之间。
2.根据权利要求1所述的一种实现大型数控设备高值零件加工保护的电压恢复系统，其特征在于，所述超级电容与所述数控设备之间依次连接有第二电压检测装置TU2、第三继电器KM3、第三空气开关QF3；所述第三继电器KM3还并联有第三电路；所述第三电路包括串联的第二继电器KM2和定值电阻R1、R2、R3，所述定值电阻R1、R2、R3的阻值相等且分别连接动力电的A、B、C三项。
3.根据权利要求2所述的一种实现大型数控设备高值零件加工保护的电压恢复系统，其特征在于，所述第三继电器KM3与第三空气开关QF3还并联设置有用于对NC程序散热的风扇，所述风扇与第三空气开关QF3之间还设置有用于开断所述风扇的第四继电器KM4。
4.采用根据权利要求3所述的实现大型数控设备高值零件加工保护的电压恢复系统的保护方法，其特征在于，包括以下步骤：
S100外网电压信号检测：所述第一电压检测装置TU1不间断的对外部电源的电压进行实时检测并与PLC逻辑控制器实时通信；
S200当第一电压检测装置TU1检测的电压值低于所述PLC逻辑控制器预设工作电压时，所述PLC逻辑控制器向所述第三继电器KM3发送控制信号，接通第三继电器KM3的控制电路，闭合第三继电器KM3，超级电容与数控设备电性连接；
S300当外部电源电压断电或者电压瞬变时间大于等于5秒，则中断NC程序，终止加工，待数控设备停止状态保持7秒后，数控设备按照退刀程序沿法向退刀；
S400当数控设备完成退刀后，NC程序返回加工程序段，并进给保持；
S500若完成步骤S400后，所述第一电压检测装置TU1依然没有检测到外部电源电压值恢复到工作电压，则数控设备急停报警；
S600当步骤S500中报警持续时间达到3秒后，PLC逻辑控制器断开第三继电器KM3的电路，使第三继电器KM3断开供电，超级电容停止工作。
5.根据权利要求4所述的一种实现大型数控设备高值零件加工的保护方法，其特征在于，步骤S300中所述外部电源电压断电或者电压瞬变时间小于5秒，则按照当期加工程序继续加工。
6.根据权利要求4所述的一种实现大型数控设备高值零件加工的保护方法，其特征在于，步骤S500中所述第一电压检测装置检测到外部电源电压恢复到工作电压后，则数控设备按照当期NC程序加工段继续加工。
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