CN109213075A - 一种数控深孔钻床控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种数控深孔钻床控制系统及其控制方法，针对现有技术难以满足深孔加工时的深度、精度以及效率等问题，本系统结合伺服控制、人机交互技术、PLC技术和传感器技术等先进技术，简化对钻床的控制和操作，不仅提高了深孔加工效率和精度，而且安全可靠性也有所提高。本发明通过安装在基座上的直线位移传感器，并结合基于模糊控制的微分先行PID算法，实现了工作台位置全闭环控制系统并降低了工进距离的超调，以达到钻头精确定位和系统稳定运行的效果；通过光电编码器结合无级调速系统，实现调速半闭环控制系统的同时保持恒定的钻削速度，提高了传动平稳性；通过基座两侧的限位开关，用于控制工作台的起点和终点，提高装置的安全可靠性。

Description

一种数控深孔钻床控制系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及数控深孔加工技术领域，涉及深孔加工的数控化及数控程序的设计优化技术，特别是涉及一种数控深孔钻床控制系统及其控制方法。

背景技术

随着我国机械制造业的迅速发展，使得原本局限于军事工业、航空航天等特定领域的数控深孔加工技术及装备，在纺织机械、石油机械、印刷机械、包装机械、医疗器械、汽车拖拉机、橡塑模具以及发电机制造、机床制造等行业有关零件的深孔加工也得到应用，因此，新型的数控深孔加工技术及控制系统的研发与创新成为机械制造行业的迫切需求和良好的发展前景。

目前，深孔加工技术主要存在以下难题：

(1)深孔加工处于一种封闭或半封闭的加工状态下，不能直接观察刀具的钻削和走刀情况，存在废品率过高的风险；

(2)切屑在深孔内，排屑路径较长，不便于排屑；

(3)钻削热量在钻削区内不便于散发，引起机器的磨损；

(4)一般情况下，由于被加工孔的深度与直径的比例较大，钻杆细长，其刚性差，工作时容易偏斜及产生振动，而且会随着长径比的增加而增加，被加工孔的精度和表面粗糙度也较难保证；

(5)由于工件的材质不均匀以及钻头的磨损，钻削力的值会在很大范围内变化，在某些时候，还会出现过载现象，从而引起钻头的纵向弯曲、偏移、甚至折断。

综上所述，现代利用机钻钻削深孔的机床与其他机床一样发展迅速，向数控多轴化、多功能化、智能化方向发展，不久的将来环保型的数控深孔钻床将陆续出现，以减少操作人员的劳动强度、消除油烟污染对人体的影响，最终实现全自动化、环保、数控和绿色加工。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：为了克服现有技术中的不足，本发明提供一种数控深孔钻床控制系统及其控制方法，利用数控技术结合传感器技术、人机交互技术、PLC技术以及伺服驱动技术改进传统手工深孔加工方式，实现加工过程数字化和自动化，以减轻操作人员的劳动强度，提高加工精度，提高生产率和经济效益。

本发明解决其技术问题所要采用的技术方案是：一种数控深孔钻床控制系统，包括触摸屏、PLC控制器和数控深孔钻床装置，其中，

所述触摸屏与所述PLC控制器连接，用于切换自动控制模式和手动控制模式，以及用于实时显示钻床工作参数；

所述PLC控制器作为系统控制核心，用于完成相应数据传送和各个I/O口的控制，以及用于控制数控深孔钻床装置中的各个执行机构进行相应的动作；

所述数控深孔钻床装置用于对待加工的零件进行深孔加工。

进一步，所述数控深孔钻床装置包括基座、导轨、顶杆、切削组件、钻头组件、上下料组件和工进组件，所述的基座上设有水平导轨且基座左端设有工作台限位开关，所述的工进组件位于导轨上，并配有交流伺服电机，所述的顶杆位于基座的右端并垂直于基座，所述的切削组件、钻头组件位于基座上方，上下料组件基座上，其中，钻头组件垂直于基座，切削组件位于钻头组件左侧。

所述的切削组件包括安装在顶杆上用于控制切削液输出以实现排屑以及冷却工件的切削液电机、连接着切削液电机用于检测切削液液位的液位开关；所述的钻头组件包括位于顶杆上用于控制钻头钻进和退屑操作的主轴电机、位于主轴电机轴上用于深孔加工的钻头；所述工进组件包括位于导轨上的工作台、位于基座上用于改变工作台平移位置和速度的交流伺服电机、安装在基座上用于控制位移量的直线位移传感器、工作台内控制卡盘夹紧的气缸以及安装在气缸上用于压力检测的气缸压力检测器；所述上下料组件包括固定于基座左端用于抓取工件的机械手。

进一步，所述触摸屏内设有人机交互系统，所述人机交互系统设有人机交互界面，用于实现自动控制模式和手动控制模式的切换，所述的人机交互界面完成交流伺服电机对工作台位置与方向的控制、主轴电机对钻头工作方向的控制、切削液电机对冷却系统的控制以及整个深孔加工过程的自动化操作。

一种数控深孔钻床控制方法，包括上述的控制系统，还包括以下步骤：

利用PLC控制器控制数控深孔钻床装置中的各个执行机构进行相应的动作，完成工件的深孔加工：

步骤1：通过控制伺服电机转动，将工作台退到夹件位置，工作台内部的卡盘松开，通过机械手抓取工件，放入工作台内，通过工作台内的气缸动作，使工作台内的卡盘夹紧工件；夹紧工件后，通过PLC控制交流伺服电机正转使工作台快速移动到加工位置；

步骤2：打开切屑液电机释放切屑液，对加工工件喷切屑液；然后，通过钻头对工件进行工作进给，工进一定深度后，通过关闭切屑液电机，停止切削液的释放，同时，钻头快速退回工件加工孔孔外，便于工件进行排屑；

步骤3：按照步骤2循环操作，直到完成总工进位移；最终，主轴电机停止，工作台快速退回至夹件位置，交流伺服电机停止，工作台内的卡盘松开，报警灯闪烁，机械手更换工件。

其中，PLC控制器通过光电编码器结合无级调速系统实现调速半闭环控制系统的同时保持恒定的切削速度，提高了传动平稳性，具体步骤包括：

1)涉及到的数控钻床恒定线速深孔加工需在运转中变速，本发明的变速箱级数设为4级；

2)设a_j为第j传动组的中心距，则有其中，m_j，i_1j，Z_1j分别为第j变速传动组齿轮的模数、最小传动比和相应传动组中主动齿轮数。由得出变速箱展开图最小总中心距，从而使箱体结构紧凑。

3)设计约束条件：

①变速组中的极限传动比限制条件：在降速传动中，最小传动比i_min≥1/4；在升速传动中，最大传动比i_max≤2；变速箱传动比：变速箱在相应档位的输入轴和输出轴转速的比例。最小传动比i_min≥1/4：输入轴和输出轴转速的比例最小值≥1/4；最大传动比i_max≤2：输入轴和输出轴转速的比例最大值≤2。

②减少传动件尺寸的原则：变速组的降速要“前缓后快”的原则。设i_jmin为第j变速组的最小传动比，则有i_1min≥i_2min≥…≥i_jmin≥…≥i_nmin；

③线速度：齿轮的动载荷随其分度圆线速度的增加而急剧上升，取齿轮最大允许线速度[v_max]＝30m/s，由齿轮的线速度，其中，v_ji表示第j个变速组、标号i的齿轮的线速度(m/s)，Z_ji表示第j个变速组、标号i的齿轮，n_jmax表示第j个变速组中主动轮的最高转速(r/min)；

④转速误差：实际传动比(齿轮齿数之比)与理论传动比之间允许有误差，必须满足

其中，PLC控制器采用基于模糊控制的微分先行PID控制构建成位置全闭环控制系统，具体步骤包括：

1)模糊控制器输入为偏差e(k)和偏差变化率输出为比例系数的增量ΔK_p(k)。该模糊控制器加在微分先行PID控制器前，则偏差为e(k)＝r(k)-u_D(k)；

2)该控制算法将工进距离的偏差e和偏差变化率及比例系数增量ΔK_p均分为3个等级，即3个参数的模糊集合的等级均为{-1，0，1}，语言表达式为{负(N)，零(Z)，正(P)}。选择隶属度函数时，表示负(N)的模糊集合为[-1，0]，其隶属度函数为Z型函数；表示零(Z)的模糊集合为[-1，1]，其隶属度函数为三角函数；表示正(P)的模糊集合为[0，1]，其隶属度函数为S型函数。比例因子与量化因子会随着被控对象的响应而定；

3)偏差e(k)和偏差变化率的模糊集的论域均为[-1，1]，实际论域则由被控对象工进距离在增加阶段的偏差达到的最高值e_m和偏差变化率e_m的最高值决定，分别为[-e_m，e_m]和则有和

4)对工作台移动位置与给定值的偏差进行微分，而对工作台移动位置给定值不做微分。

本发明的有益效果是：

1.本发明的人机交互系统以PLC作为控制核心；伺服控制系统的精确定位使机械设备准确可靠地运行；传感器技术的应用提高了系统的安全性。通过人机交互系统把伺服驱动、传感器技术等融为一体，提高了整个系统自动化和智能化程度。

2.该发明针对数控深孔钻床装置，采用PLC进行智能化控制，具有功能强、可靠性高、环境适应性好、编程简单、体积小等优点。通过光电编码器采集的速度信号控制主轴电机，使速度控制更加精确快速，并结合无级调速保持恒定的钻头速度，提高传动平稳性。

3.针对工进距离的设定值是频繁阶跃变化的问题，该发明通过安装在基座上的直线位移传感器，并结合基于模糊控制的微分先行PID控制算法对工作台定位，即可构建位置全闭环控制系统，使系统稳定运行且钻头定位更为精确，从而提高整个系统的工作精度。

4.该发明的控制系统，考虑到实际使用和检测中的安全性与可靠性，人机界面设有手动、自动两种工作模式，自动方式是指周期性地进行PLC控制的方式；而手动方式则是指在调试或出现应急情况等一些突发事件时，通过手动操作控制执行器件的工作；同时设有报警系统，提高了整个系统的安全可靠性。

5.该发明控制模块主要利用PLC控制机械设备的运作。各执行器执行PLC发出的指令并运行，同时把反馈信息传给PLC，从而形成较为智能化的数控深孔钻床控制系统。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是数控深孔钻床控制系统的结构框图；

图2是所述数控深孔钻床装置的结构示意图；

图3是系统运行流程图；

图4是触摸屏主控制界面；

图5是速度半闭环控制原理图；

图6是微分先行PID控制器结构图；

图7是位置全闭环控制原理图。

图中：1、导轨，2、交流伺服电机，3、气缸压力检测器，4、卡盘，5、气缸，6、工作台，7、切屑液口，8、主轴电机，9钻头，10、限位开关，11、基座，12、切屑液电机，13、顶杆，14、机械手，15、变速箱。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作详细的说明。此图为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

本发明的数控深孔钻床控制技术，具体是一种新型数控深孔加工技术和加工设备控制系统的创新技术，利用数控技术结合人机交互技术、PLC技术以及伺服驱动技术改进传统手工深孔加工方式。该技术主要应用于数控深孔加工领域。

该控制系统总体设计如图1所示，包括数控深孔钻床装置以及一个触摸屏和一套PLC控制器，两个限位开关10，一个电磁阀，伺服驱动器和三台电机以及一个交流接触器等。触摸屏采用TP-05文本显示器，PLC控制器包括西门子PLC S7-226CN和PLC模拟量模块EM235，两个限位开关10为工作台6限位开关10，用于控制工作台6移动起点和终点，确保装置的安全可靠性；液位开关用于检测切屑液的液位，优选采用光电开光；三台电机包括切削液电机、主轴电机8和交流伺服电机2，TP-05文本显示器与S7-226CN连接，S7-226CN通过继电器一路信号经过交流接触器分别连接切削液电机和主轴电机8，切削液电机与液位开关连接，液位开关将液位信号反馈回S7-226CN，主轴电机8连接钻头9；另一路经过电磁阀控制气缸5带动卡盘4动作，并将信号反馈回S7-226CN；S7-226CN依次通过EM235和伺服驱动器控制交流伺服电机2，交流伺服电机2驱动工作台6动作，且安装在基座11上的直线位移传感器检测到工作台6位置的信号，经过A/D转换成数字量反馈给S7-226CN。

其中，如图2所示，所述的基座11上设有水平导轨1且基座11左端设有限位开关10，所述的工进组件位于导轨1上，并配有交流伺服电机2，所述的顶杆13位于基座11的右端并垂直于基座11，所述的切削组件、钻头组件位于基座11上方，上下料组件位于基座11上，其中，钻头组件垂直于基座11，切削组件位于钻头组件左侧。所述的切削组件包括安装在顶杆13上用于控制切削液输出以实现排屑以及冷却工件的切削液电机、连接着切削液电机用于检测切削液液位的液位开关；所述的钻头组件包括位于顶杆13上用于控制钻头9钻进和退屑操作的主轴电机8、位于主轴电机8轴上用于深孔加工的钻头9；所述工进组件包括位于导轨1上的工作台6、位于基座11上用于改变工作台6平移位置和速度的交流伺服电机2、安装在基座11上用于控制位移量的直线位移传感器、工作台6内控制卡盘4夹紧的气缸5以及安装在气缸5上用于压力检测的气缸压力检测器3；所述上下料组件包括固定于基座11左端用于抓取工件的机械手14。

如图1所示，所述触摸屏与所述PLC控制器连接，作为PLC控制器的人机界面，人通过触摸屏的文本数据给PLC发出控制指令，操作设备运作；通过编程用PLC控制器的输出端向交流伺服电机2发出高速脉冲控制交流伺服电机2的速度；驱动器驱动交流伺服电机2，从而控制工作台6的移动位置，同时利用基于模糊控制的微分先行PID控制模块实现工作台6的精确定位，使其准确移动到所要求的位置，结合限位开关10保证控制系统安全停位；电磁阀充当执行器的作用；该发明在定位方面采用基于模糊控制的微分先行PID控制方式，更为精确地控制工作台6，使其稳定性好，响应速度快，深孔加工精度高；该发明既节省时间，又减少人力，同时也提高检测的准确性。

本发明通过采用PLC作为控制模块对系统进行统筹控制，由用户通过人机界面进行过程操作与控制，人机界面将用户所下达的命令传输至PLC，由PLC对执行元件进行控制，有利于提高系统的整体运行效率，实现简易方便的可行性操作。通过对人机界面的操作可实现手动和自动控制，手动控制是为了对控制系统进行整体调试和试验，把各个检测过程所要求的动作逐一进行准确地调试，确保系统运行的准确性和高效性，同时也可在自动控制系统出现故障时，利用手动控制实现系统正常运行，提高了系统工作的可靠性；自动控制是系统的主要运行模式，需建立在手动调试准确的基础上运行，该控制方式使系统在自动模式下工作，能大大提高系统监测的效率和自动化程度。若自动控制系统调试成功，则说明所设计的人机界面、控制系统可以准确可靠地运行。所设计的自动控制模式和手动控制模式可以由用户通过触摸屏操作选择控制方式，系统运行流程图如图3所示。本发明所设计的数控深孔钻床技术利用触摸屏的友好人机界面及先进的控制系统等方面的优势弥补了传统手工深孔加工效率低下，安全可靠性不足等方面的缺陷，并引入伺服控制技术对定位及速度进行了改善，提高了系统加工的精度，可大大减轻检测人员的劳动强度，同时提高了检测系统的智能化程度。

系统的具体实现步骤如下：

1、触摸屏的设计步骤

基于TPEditor(台达电子-可程式显示器系列在WINDOWS环境下所使用的程序编写软件)软件设计如下：

在主控制界面里设置8个按钮，括号里的数字为按钮助记符，方便操作，如图4所示。其中，手动、自动、暂停、报警灯是“对PLC M位控制按钮”，参数显示、参数设置、手动设置，自动设置是“换画面”按钮。

在控制系统的手动模式中，需要夹紧待加工工件、设置交流伺服电机2和主轴电机8正反转、启动切削液电机、点动调节工作台6、工作台6回夹件位置等动作，因此需要设置相应的按钮。

在控制系统的自动模式中，设置启动按钮、报警灯和暂停按钮。

自动模式的工作步骤：

(1)通过控制伺服电机转动，将工作台6退到夹件位置，工作台6内部的气缸5松开，通过机械手14抓取工件，放入工作台6内，通过工作台6内的气缸5动作，使工作台6内的卡盘4夹紧工件；夹紧工件后，通过PLC控制交流伺服电机2正转使工作台6快速移动到加工位置；

(2)打开切屑液电机12释放切屑液，切屑液口7对加工工件喷切屑液；然后，通过钻头9对工件进行工作进给，工进一定深度后，通过关闭切屑液电机12，停止切削液的释放，同时，钻头9快速退回工件加工孔孔外，便于工件进行排屑；

(3)按照(2)循环操作，直到完成总工进位移；最终，主轴电机8停止，工作台6快速退回至夹件位置，交流伺服电机2停止，工作台6内的卡盘4松开，报警灯闪烁，机械手14更换工件。

显示界面显示当前系统的进给速度、加工位移量和加工位移余量的实时数据。

设置界面让操作人员进入不同的参数界面对参数修改，从而解决了对不同形状、材质的工件进行加工需要对工作台6平移速度、平移距离以及钻头9的工进速度、加工位置和工进深度等参数进行修改的问题。

在数控深孔机床工作时，如果出现突发状况，如气缸5压力不足、切屑液电机12不启动、无切削液时，系统要能自动停止进给、关闭切屑液电机12、快速退回到夹件位置、报警灯闪烁。

当出现紧急情况时，按下急停按钮，切屑液电机12要关闭、主轴停止、工作台6停在当前位置、报警灯闪烁。

2、电机控制方案(主轴电机8和交流伺服电机2)

(1)速度半闭环控制系统

通过将光电编码器采集的速度信号控制主轴电机8中，通过选型可知主轴电机8的分辨率，然后计算出一个脉冲所对应的主轴电机8转速值，则脉冲数量决定主轴电机8的转速。通过程序向主轴电机8发送脉冲，并用高速计数器对编码器的输出脉冲计数，从而达到半闭环调速的效果，使速度控制更加精确快速，并结合无级调速保持恒定的钻削速度，提高传动平稳性。本发明速度半闭环控制系统如图5所示，无级调速设计步骤如下：

1)涉及到的数控钻床恒定线速钻孔需在运转中变速，本发明的变速箱15级数设为4级；

2)设a_j为第j传动组的中心距，则有其中，m_j，i_1j，Z_1j分别为第j变速传动组齿轮的模数、最小传动比和相应传动组中主动齿轮数。由得出变速箱15展开图最小总中心距，从而使箱体结构紧凑。

3)设计约束条件：

①变速组中的极限传动比限制条件：在降速传动中，最小传动比i_min≥1/4；在升速传动中，最大传动比i_max≤2；

②减少传动件尺寸的原则：变速组的降速要“前缓后快”的原则。设i_jmin为第j变速组的最小传动比，则有i_1min≥i_2min≥…≥i_jmin≥…≥i_nmin；

③线速度：齿轮的动载荷随其分度圆线速度的增加而急剧上升，取齿轮最大允许线速度[v_max]＝30m/s，由齿轮的线速度，其中，v_ji表示第j个变速组、标号i的齿轮的线速度(m/s)，Z_ji表示第j个变速组、标号i的齿轮，n_jmax表示第j个变速组中主动轮的最高转速(r/min)；

④转速误差：实际传动比(齿轮齿数之比)与理论传动比之间允许有误差，必须满足

(2)位置全闭环控制系统

本发明涉及的工进距离频繁阶跃变化，在常规情况下，输出值产生超调量，不利于系统的稳定运行。本发明通过微分先行PID控制算法对移动位置与给定值的偏差进行微分，而对移动位置给定值不做微分，将微分环节输出信号作为测量值输入比例积分控制器，使系统克服超调的作用加强，从而补偿过程滞后以改善系统控制性能，微分控制器结构图如图6所示。为了使得被控量在受到除了设定值以外的其他干扰引起的移动位置变化后能够更为快速地恢复，本发明在微分先行PID控制器结合模糊控制器对工作台6进行控制。在受到干扰时，PID参数能够相应做出变化，使得控制输出量能够比单纯的微分先行PID控制作用下的变化大。为了实现交流伺服电机2的准确、稳定、快速的控制，本发明在基座11上安装位置传感器(直线位移传感器)并结合基于模糊控制的微分先行PID控制算法，形成位置全闭环控制系统，其原理如图7所示。为了把直线机械位移量转换成电信号，通常将可变电阻滑轨定置在传感器的固定部位，通过滑片在滑轨上的位移来测量不同的阻值，从而输出不同的电流值，通过电流大小来控制位移量。

本系统在PLC上通过对PI模块的编程实现模糊控制。本发明使用的模糊控制器为二输入单输出的模糊控制器，设计步骤如下：

1)模糊控制器输入为偏差e(k)和偏差变化率输出为比例系数的增量ΔK_p(k)。该模糊控制器加在微分先行PID控制器前，则偏差为e(k)＝r(k)-u_D(k)；

2)该控制算法将工进距离的偏差e和偏差变化率及比例系数增量ΔK_p均分为3个等级，即3个参数的模糊集合的等级均为{-1，0，1}，语言表达式为{负(N)，零(Z)，正(P)}。选择隶属度函数时，表示负(N)的模糊集合为[-1，0]，其隶属度函数为Z型函数；表示零(Z)的模糊集合为[-1，1]，其隶属度函数为三角函数；表示正(P)的模糊集合为[0，1]，其隶属度函数为S型函数。比例因子与量化因子会随着被控对象的响应而定；

3)偏差e(k)和偏差变化率的模糊集的论域均为[-1，1]，实际论域则由被控对象工进距离在增加阶段的偏差达到的最高值e_m和偏差变化率e_m的最高值决定，分别为[-e_m，e_m]和则有和

4)对工作台6移动位置与给定值的偏差进行微分，而对工作台6移动位置给定值不做微分。

本发明使用基于模糊控制的微分先行PID控制算法，相比于单纯的微分先行PID控制，增大了控制输出量作用。当移动位置偏差较大时，采用模糊控制，响应速度快，动态性能好；当移动位置偏差较小时，采用微分先行PID控制，静态性能好，满足系统控制精度，从而获得更好的控制效果。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关的工作人员完全可以在不偏离本发明的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (6)

1.一种数控深孔钻床控制系统，其特征在于：包括触摸屏、PLC控制器和数控深孔钻床装置，其中，

所述触摸屏与所述PLC控制器连接，用于切换自动控制模式和手动控制模式，以及用于实时显示钻床工作参数；

所述PLC控制器作为系统控制核心，用于完成相应数据传送和各个I/O口的控制，以及用于控制数控深孔钻床装置中的各个执行机构进行相应的动作；

所述数控深孔钻床装置用于对待加工的工件进行深孔加工。

2.如权利要求1所述的数控深孔钻床控制系统，其特征在于：所述数控深孔钻床装置包括基座、导轨、顶杆、切削组件、钻头组件、上下料组件和工进组件，所述的基座上设有水平导轨且基座左端设有工作台限位开关，所述的工进组件位于导轨上，并配有交流伺服电机，所述的顶杆位于基座的右端并垂直于基座，所述的切削组件、钻头组件位于基座上方，上下料组件基座上，其中，钻头组件垂直于基座，切削组件位于钻头组件左侧；

所述的切削组件包括安装在顶杆上用于控制切削液输出以实现排屑以及冷却工件的切削液电机、连接着切削液电机用于检测切削液液位的液位开关；所述的钻头组件包括位于顶杆上用于控制钻头钻进和退屑操作的主轴电机、位于主轴电机轴上用于深孔加工的钻头；所述工进组件包括位于导轨上的工作台、位于基座上用于改变工作台平移位置和速度的交流伺服电机、安装在基座上用于控制位移量的直线位移传感器、工作台内控制卡盘夹紧的气缸以及安装在气缸上用于压力检测的气缸压力检测器；所述上下料组件包括固定于基座左端用于抓取工件的机械手。

3.如权利要求1所述的数控深孔钻床控制系统，其特征在于：所述触摸屏内设有人机交互系统，所述人机交互系统设有人机交互界面，用于实现自动控制模式和手动控制模式的切换，所述的人机交互界面完成交流伺服电机对工作台速度与方向的控制、主轴电机对钻头工作方向的控制、切削液电机对冷却系统的控制以及整个深孔加工过程的自动化操作。

4.一种数控深孔钻床控制方法，其特征在于：包括如权利要求1-3任一项所述的控制系统，还包括以下步骤：

利用PLC控制器控制数控深孔钻床装置中的各个执行机构进行相应的动作，完成工件的深孔加工：

步骤1：通过控制伺服电机转动，将工作台退到夹件位置，工作台内部的气缸松开，通过机械手抓取工件，放入工作台内，通过工作台内的气缸动作，使工作台内的卡盘夹紧工件；夹紧工件后，通过PLC控制交流伺服电机正转使工作台快速移动到加工位置；

步骤2：打开切屑液电机释放切屑液，对加工工件喷切屑液；然后，通过钻头对工件进行工作进给，工进一定深度后，通过关闭切屑液电机，停止切削液的释放，同时，钻头快速退回工件加工孔孔外，便于工件进行排屑；

步骤3：按照步骤2循环操作，直到完成总工进位移；最终，主轴电机停止，工作台快速退回至夹件位置，交流伺服电机停止，工作台内的卡盘松开，报警灯闪烁，机械手更换工件。

5.如权利要求4所述的数控深孔钻床控制方法，其特征在于：所述PLC控制器通过光电编码器结合无级调速系统实现调速半闭环控制系统的同时保持恒定的切削速度，具体步骤包括：

1)将控制钻削速度的变速箱级数设为4级；

2)设a_j为第j传动组的中心距，则有其中，m_j，i_1j，Z_1j分别为第j变速传动组齿轮的模数、最小传动比和相应传动组中主动齿轮数；由得出变速箱展开图最小总中心距；

3)设计约束条件：

①变速组中的极限传动比限制条件：在降速传动中，最小传动比i_min≥1/4；在升速传动中，最大传动比i_max≤2；

②减少传动件尺寸的原则：变速组的降速要“前缓后快”的原则；设i_jmin为第j变速组的最小传动比，则有i_1min≥i_2min≥…≥i_jmin≥…≥i_nmin；

③线速度：齿轮的动载荷随其分度圆线速度的增加而急剧上升，取齿轮最大允许线速度[v_max]＝30m/s，由齿轮的线速度，其中，v_ji表示第j个变速组、标号i的齿轮的线速度(m/s)，Z_ji表示第j个变速组、标号i的齿轮，n_jmax表示第j个变速组中主动轮的最高转速(r/min)；

④转速误差：实际传动比(齿轮齿数之比)与理论传动比之间允许有误差，必须满足

6.如权利要求4所述的数控深孔钻床控制方法，其特征在于：所述PLC控制器采用基于模糊控制的微分先行PID控制构建成位置全闭环控制系统，具体步骤包括：

1)模糊控制器输入为偏差e(k)和偏差变化率输出为比例系数的增量ΔK_p(k)；该模糊控制器加在微分先行PID控制器前，则偏差为e(k)＝r(k)-u_D(k)；

2)该控制算法将工进距离的偏差e和偏差变化率及比例系数增量ΔK_p均分为3个等级，即3个参数的模糊集合的等级均为{-1，0，1}，语言表达式为{负(N)，零(Z)，正(P)}；选择隶属度函数时，表示负(N)的模糊集合为[-1，0]，其隶属度函数为Z型函数；表示零(Z)的模糊集合为[-1，1]，其隶属度函数为三角函数；表示正(P)的模糊集合为[0，1]，其隶属度函数为S型函数；比例因子与量化因子会随着被控对象的响应而定；

3)偏差e(k)和偏差变化率的模糊集的论域均为[-1，1]，实际论域则由被控对象工进距离在增加阶段的偏差达到的最高值e_m和偏差变化率e_m的最高值决定，分别为[-e_m，e_m]和则有和

4)对移动位置与给定值的偏差进行微分，而对移动位置给定值不做微分。