CN217666467U - 一种数控不落轮车床自动抬平轮对控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种数控不落轮车床自动抬平轮对控制系统，属于数控不落轮车床技术领域，包括用于支撑加工轮对的顶镐、用于驱动顶镐直线运动的第一驱动子装置、以及用于测量顶镐位移的位移测量单元；还包括用于检测加工轮对轴高度的测距单元，以及控制单元。通过控制单元控制第一驱动子装置驱动顶镐运动，进而使加工轮对位移，配合位移测量单元使顶镐与加工轮对轴箱的接触定位；再通过测距单元采集加工轮对轴高度信息，计算得到当前两个顶镐的精准定位高度差，控制单元基于该精准定位高度差进一步控制第一驱动子装置对轮对进行抬平调整，使加工轮对的轴心线处于水平位置，保证了加工轮对的抬平，从而提高了不落轮车床加工轮对的精度。

Description

一种数控不落轮车床自动抬平轮对控制系统

技术领域

本实用新型涉及数控不落轮车床技术领域，尤其涉及一种数控不落轮车床自动抬平轮对控制系统。

背景技术

目前国内外不落轮车床加工列车轮对均是利用车床摩擦轮架上的摩擦轮将加工轮对直接抬升至固定位置，然后对轮对进行车削加工，这种方式存在以下问题：

1)车床摩擦轮架上的摩擦轮在轮对车削加工过程中，一般不会随时换新，因此会出现一定程度的磨损。

2)车床摩擦轮架上的摩擦轮与每次加工轮对的左右车轮接触位置不可能相同，会有一定的变化。

3)待加工轮对为已经运营过的轮对，其左右车轮存在轮径差。

基于上述原因，现有不落轮车床抬升的加工轮对位置并不能保证其左右车轮轮对轴心线处于同一水平位置，加工轮对存在一定的高度差，会大大降低轮对的加工精度。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的问题，提供了一种数控不落轮车床自动抬平轮对控制系统。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：一种数控不落轮车床自动抬平轮对控制系统，所述系统包括用于支撑加工轮对的顶镐、用于驱动顶镐直线运动的第一驱动子装置、以及用于测量顶镐位移的位移测量单元；

还包括用于检测加工轮对轴高度的测距单元，测距单元包括至少两个测距模块；

还包括控制单元，位移测量单元、测距单元的输出端均连接至控制单元，控制单元的输出端与第一驱动装置中的第一驱动器连接。

在一示例中，所述控制单元为NCU模块。

在一示例中，所述NCU模块包括PLC，与PLC连接的人工交互单元。

在一示例中，所述测距模块为激光测距传感器、红外测距传感器、超声波测距传感器、雷达测距传感器中任意一种。

在一示例中，所述系统还包括用于对加工轮对进行切削加工的摩擦轮、以及用于驱动摩擦轮旋转的第二驱动子装置。

在一示例中，所述第一驱动子装置包括顺次连接的第一驱动器、第一传动件，第一传动件与顶镐连接。

在一示例中，所述位移测量单元为编码器，编码器经齿轮副在第一传动件上。

在一示例中，所述顶镐中设有用于检测顶镐支撑重量的重量检测单元，重量检测单元的输出端与控制单元连接。

在一示例中，所述系统还包括设于不落轮车床中部机床中心轴线上的护盖，护盖内设有测距单元。

在一示例中，所述系统还包括电源单元，用于为控制单元、位移测量单元、测距单元、第一驱动器供电。

需要进一步说明的是，上述各示例对应的技术特征可以相互组合或替换构成新的技术方案。

与现有技术相比，本实用新型有益效果是：

本实用新型通过控制单元控制第一驱动子装置驱动顶镐运动，进而使加工轮对位移，配合位移测量单元使顶镐与加工轮对轴箱的接触定位；再通过测距单元采集加工轮对轴高度信息，计算得到当前两个顶镐的精准定位高度差，控制单元基于该精准定位高度差进一步控制第一驱动子装置对轮对进行抬平调整，使加工轮对的轴心线处于水平位置，保证了加工轮对的抬平，从而提高了不落轮车床加工轮对的精度。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明，此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，在这些附图中使用相同的参考标号来表示相同或相似的部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本实用新型一示例中的轮对加工车床示意图；

图2为本实用新型一示例中的系统电路原理图。

图中：顶镐1、摩擦轮架2、护盖3、测距模块4、加工轮对5、摩擦轮6、加工轮对轴7。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，属于“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系为基于附图所述的方向或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，使用序数词(例如，“第一和第二”、“第一至第四”等)是为了对物体进行区分，并不限于该顺序，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，属于“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

在一示例中，一种数控不落轮车床自动抬平轮对控制系统，如图1所示，该系统包括控制单元，与控制单元输入端连接的位移测量单元、测距单元，以及与控制单元输出端连接的第一驱动子装置，还包括用于支撑加工轮对5的顶镐1。具体地，加工轮对5包括左轮对、右轮对；对应地，系统包括左顶镐和右顶镐，用于分别支撑左轮对和右轮对；顶镐1端部均设有圆弧形凹槽，以匹配加工轮对轴7，实现对加工轮对5的稳定支撑。位移测量单元用于采集两个顶镐1的位移距离，并将采集的位移距离信息传输至控制单元，便于控制单元获取加工轮对5的粗高度位置信息。测距单元包括两个测距模块4，两个测距模块4设于加工轮对轴7正下方，用于采集自身到加工轮对轴7的高度，并将两个加工轮对轴7高度信息h1、h2传输至控制单元。第一驱动子装置同样至少设有两个，用于分别驱动两个顶镐1(左顶镐、右顶镐)上下直线运动，进而上下抬升加工轮对5；具体地，两个第一驱动子装置中的第一驱动器均与控制单元的输出端连接。控制单元用于控制第一驱动自装置对加工轮对5进行抬升，以及加工轮对轴7高度位置的计算，最后完成左右车轮抬平的控制，是整个不落轮车床加工、处理的控制中心。

本示例中系统的工作原理具体为：

控制单元通过控制第一驱动装置中的第一驱动器进行工作使两个顶镐1上下抬升，进而使加工轮对5抬升，控制单元同时接收位移测量单元采集的两个顶镐1位移信息，判断两个顶镐1是否到达预设位置，若是，两个顶镐1与加工轮对轴7箱的接触定位(粗定位)，此时两个位移测量单元反馈至控制单元的顶镐1位移信息，即左顶镐粗定位值为HC1，右顶镐粗定位值为HC2；控制单元再接收两个测距模块4采集的加工轮对轴7高度信息h1、h2，计算得到加工轮对轴7高度差Δh，其中Δh＝h2-h1，结合两个测距模块4之间的距离L1、两个顶镐1之间的距离L2(L1、L2预存储至控制单元)，控制单元计算得到需调整顶镐1的粗定位高差为ΔHC：

ΔHC＝Δh×L1/L2

同时，令左顶镐精定位动态值为HJ1，令右顶镐精定位动态值为HJ2，左顶镐、右顶镐精定位高差为ΔHJ，那么有以下关系式：

ΔHJ＝ΔHC-[(HC1-HJ1)-(HC2-HJ2)]×(L1/L2)

控制单元根据上述关系式进一步通过第一驱动子装置调节顶镐1高度，此过程中优选为精细调节，即相较于粗定位，加工轮对5抬升步进更小；此过程中左顶镐精定位动态值为HJ1、右顶镐精定位动态值为HJ2改变，当ΔHJ＝0则表示此时加工轮对5左右车轮的轴心线处于水平位置，完成加工轮对5的精定位，从而保证了轮对的加工精度。

需要进一步说明的是，本实用新型的改进在于提出上述系统组成，进而实现对加工轮对5的精定位；针对上述控制单元的信息处理过程中，是本领域技术人员的公知常识，不在本实用新型请求的保护范围之内。

在一示例中，控制单元为NCU模块6FC5372-0AA30-0AB0，为数控系统的控制核心，用于实现本实用新型系统的统筹控制。

在一示例中，如图2所示，NCU模块包括PLC(可编程逻辑控制器)，与PLC连接的人工交互单元。其中，人工交互单元优选为OP015A，PLC通过Ethernet与人工交互单元连接，用于实现数据输入与信息显示。进一步地，NCU模块能够集成更多器件，包括不限于NCK、闭环控制和通信器件等。系统还包括双轴电机模块即DMM模块，一端与电机连接，另一端与NCU模块连接，用于对左/右刀架交流伺服电机的驱动，便于后续切削加工；系统还包括ET200模块，与NCU模块连接，用于建立分布式I/O站点，实现机床输入/输出信号接入系统；系统还包括机床操作面板MCP、显示控制PCU，MCP、PCU均与NCU模块连接，其中PCU表示数控系统操作界面的显示。

在一示例中，测距模块4为激光测距传感器、红外测距传感器、超声波测距传感器、雷达测距传感器中任意一种，本示例优选为高精度激光测距传感器，具有检测精度高等特点，其数据输出引脚与PLC的I/O端连接。

在一示例中，系统还包括用于对加工轮对5进行切削加工的摩擦轮6、以及用于驱动摩擦轮6旋转的第二驱动子装置。具体地，系统还包括摩擦轮架2，摩擦轮6设于摩擦轮架2上。本示例中第二驱动子装置包括第二驱动器如电机、马达、液压机等，本示例具体为伺服电机，伺服电机的动力轴上连接有传动轴，传动轴另一端与摩擦轮6连接，当需对加工轮对5进行切削加工时，加工轮对5与摩擦轮6抵接。优选地，系统还包括用于驱动摩擦轮架2进行升降的液压驱动装置，包括顺次液压缸和传动组件，传动组件与摩擦轮架2连接。

在一示例中，第一驱动子装置包括顺次连接的第一驱动器、第一传动件，第一传动件与顶镐1连接。本示例中，第一驱动器为第一驱动电机如伺服电机，第一传动件为蜗杆、涡轮与丝杆，该结构具有可靠的锁定功能。具体地，整个第一驱动子装置由第一驱动电机、蜗杆轴承座、蜗杆、蜗轮组成，蜗轮套装在升降丝杆上，第一驱动电机、蜗杆、轴承座分别固定在动托板上，伺服电机的输出轴通过联轴器与蜗杆连接传动，蜗杆由两侧的蜗杆轴承座支撑，蜗杆与蜗轮啮合传动；在第一驱动器驱动下，通过蜗轮、蜗杆传动机构带动升降丝杆竖直升降移动，升降丝杆带动顶镐1进行上下抬升动作。

在一示例中，位移测量单元为编码器，编码器经齿轮副在第一传动件上，即编码器通过齿轮副连接在丝杆上，以此对顶镐1的上下位移信息(顶镐1粗定位值)进行检测；编码器的数据传输端与PLC的I/O端连接，进而将两个顶镐1的粗定位值反馈至控制单元。当然，作为一选项，位移测量单元可以为红外测距传感器等测距传感器。

在一示例中，顶镐1中设有用于检测顶镐1支撑重量的重量检测单元，重量检测单元的输出端与控制单元连接。具体地，重力检测单元具体为重力传感器，重力传感器的数据传输端与PLC的I/O端连接，通过重力传感器的重力感应，使加工轮对5两端的轴箱分别支撑在两个顶镐1上后，重力传感器能立即感应到加工轮对5两端支撑在顶镐1上的情况，从而确定加工轮对5两端的支撑情况，而重力传感器在感应到轮对可靠支撑后立即反馈至控制单元，使控制单元在接收到重力传感器反馈的信息后确认轮对已处于可靠支撑状态。

在一示例中，系统还包括设于不落轮车床中部机床中心轴线上的护盖3，护盖3内设有测距单元，通过护盖3达到对测距单元即两个高精度激光测距传感器进行保护的目的。优选地，护盖3内设有气压驱动器，通过气压驱动器进行气压驱动，以自动打开护盖3，使两个高精度激光测距传感器开始测距工作。

在一示例中，系统还包括电源单元，用于为整个系统中的电学器件供电，包括PLC、人工交互单元、NCK、闭环控制和通信器件、高精度测距单元、编码器、电机、液压驱动装置等。具体地，电源单元包括开关电源和变压器，变压器与市电连接，且变压器输出端与开关电源连接；开关电源与PLC连接。变压器用于对市电进行隔离变压，从而可靠稳定对数控系统供电和提高系统的抗干扰性；开关电源用于对整个系统中各组成单元供电，从而使NCU模块、PCU、人工交互单元、高精度测距单元、编码器、电机、液压驱动装置等正常运行。

在一示例中，系统还包括监测单元，具体为电流传感器，电流传感器的输出端与PLC的I/O端连接，用于采集供电电源单元的负载情况(电流大小)并反馈至PLC，当负载大于预设值，PLC控制报警单元报警。

在一示例中，系统还包括用于使能控制的操作单元，操作单元的输出端与控制单元连接。具体地，操作单元一端接电源，另一端与PLC的I/O端连接，且PLC的I/O接口端与操作单元之间连接有下拉电阻，下拉电阻接地。本示例中，操作单元优选为按键，用于使能保护控制，当使能生效后，控制单元才能进行控制第一驱动子装置工作，否则第一驱动子装置无法工作。

将上述示例进行组合，得到本实用新型优选示例，此时系统包括PLC，与PLC连接的两个编码器、两个高精度激光测距传感器、两个重力传感器以及两个伺服电机、两个驱动顶镐1上下抬升的第一驱动电机以及用于驱动摩擦轮架2的液压缸；还包括用于分别支撑左车轮、右车轮的左顶镐、右顶镐，两个编码器用于分别采集顶镐1的位移信息，重力传感器用于检测顶镐1的支撑重量；两个高精度激光测距传感器设于不落轮车床中部机床中心轴线上，用于采集加工轮对轴7的高度信息；系统还包括设于摩擦轮架2上的摩擦轮6，伺服电机用于驱动摩擦轮6旋转；系统还包括电源单元，用于为整个系统提供工作电压。

此时本实用新型系统的工作原理为：

PLC通过控制液压缸抬升车床的摩擦轮架2使左右摩擦轮架2上的4个摩擦轮6分别与左车轮、右车轮接触，并抬离车床的活动轨道；PLC控制第一驱动电机工作，上升左顶镐、右顶镐，通过重力传感器确认抬平顶镐1与加工轮对轴箱是否完全接触定位，若是，则摩擦轮架2下降离开左右车轮，完成两个加工轮对5的粗定位。通过气压将两个高精度激光测距传感器护盖3打开，并自动用压缩空气对高精度激光测距传感器的发光窗口清洁，之后高精度激光测距传感器开始对加工轮对5的轴高度进行测量，其测量的高度为h1、h2，结合两个高精度激光测距传感器之间的间距L1、两个顶镐1之间的距离L2得到需调整顶镐1的粗定位高差为ΔHC，进一步结合左顶镐、右顶镐精定位高差为ΔHJ计算公式对加工轮对5高度进行调节，直至ΔHJ＝0，此时加工轮对5左右车轮的轴心线处于水平位置，完成加工轮对5的精定位。

以上具体实施方式是对本实用新型的详细说明，不能认定本实用新型的具体实施方式只局限于这些说明，对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演和替代，都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种数控不落轮车床自动抬平轮对控制系统，其特征在于：所述系统包括用于支撑加工轮对的顶镐、用于驱动顶镐直线运动的第一驱动子装置、以及用于测量顶镐位移的位移测量单元；

还包括用于检测加工轮对轴高度的测距单元，测距单元包括至少两个测距模块；

还包括控制单元，位移测量单元、测距单元的输出端均连接至控制单元，控制单元的输出端与第一驱动装置中的第一驱动器连接。

2.根据权利要求1所述的一种数控不落轮车床自动抬平轮对控制系统，其特征在于：所述控制单元为NCU模块。

3.根据权利要求2所述的一种数控不落轮车床自动抬平轮对控制系统，其特征在于：所述NCU模块包括PLC，与PLC连接的人工交互单元。

4.根据权利要求1所述的一种数控不落轮车床自动抬平轮对控制系统，其特征在于：所述测距模块为激光测距传感器、红外测距传感器、超声波测距传感器、雷达测距传感器中任意一种。

5.根据权利要求1所述的一种数控不落轮车床自动抬平轮对控制系统，其特征在于：所述系统还包括用于对加工轮对进行切削加工的摩擦轮、以及用于驱动摩擦轮旋转的第二驱动子装置。

6.根据权利要求1所述的一种数控不落轮车床自动抬平轮对控制系统，其特征在于：所述第一驱动子装置包括顺次连接的第一驱动器、第一传动件，第一传动件与顶镐连接。

7.根据权利要求6所述的一种数控不落轮车床自动抬平轮对控制系统，其特征在于：所述位移测量单元为编码器，编码器经齿轮副在第一传动件上。

8.根据权利要求1所述的一种数控不落轮车床自动抬平轮对控制系统，其特征在于：所述顶镐中设有用于检测顶镐支撑重量的重量检测单元，重量检测单元的输出端与控制单元连接。

9.根据权利要求1所述的一种数控不落轮车床自动抬平轮对控制系统，其特征在于：所述系统还包括设于不落轮车床中部机床中心轴线上的护盖，护盖内设有测距单元。

10.根据权利要求1所述的一种数控不落轮车床自动抬平轮对控制系统，其特征在于：所述系统还包括电源单元，用于为控制单元、位移测量单元、测距单元、第一驱动器供电。

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