[发明专利]一种基于PLC的数控落地铣镗床主轴箱动态平衡的控制系统

说明书

所属技术领域

本发明涉及一种基于PLC的数控落地铣镗床主轴箱动态平衡的控制系统，适用于机械领域。

背景技术

数控技术是制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础，现代的CAD/CAM、FMS、CIMS等都与数控技术密切相关，因而数控机床在现代工业生产中发挥着极其重要的作用。目前数控落地铣镗床主轴箱的动态平衡控制方法主要有2种：①用平衡锤来平衡主轴箱，但增大了立柱的受力；②增大丝杠的直径，让丝杠承受来自主轴箱无法平衡带来的转矩，但这样导致丝杠磨损加剧，影响丝杠和该机床的加工精度。这些方法既笨重又精度低。

发明内容

本发明提出了一种基于PLC的数控落地铣镗床主轴箱动态平衡的控制系统，采用液压控制平衡法，应用电液伺服阀和伺服控制系统来控制活塞杆的压力和位移，实现对主轴箱因倾斜而产生误差的补偿。这样不仅可以提高机床加工精度，而且可以改善立柱的受力。

本发明所采用的技术方案是：

所述控制系统中，主轴箱通过丝杠传动，沿立柱静压导轨上下运动。滑枕通过丝杠传动，沿静压导轨在箱体内部做左右水平运动，镗轴在铣轴内做左右水平运动。但滑枕的伸出，加之安装附件的重力，使得主轴箱前端向下倾斜，降低了加工精度，甚至使刀具破坏。

所述控制系统采用基于PLC的液压控制技术，通过对液压系统回路中流量与压力的控制，实现对主轴箱的平衡控制。液压缸2与动滑轮8相连接，动滑轮8上的2根钢丝绳5分别绕过两对定滑轮6，一根钢丝绳直接与主轴箱后端(右)连接，另一根钢丝绳与固定在主轴箱前端(左)的液压缸4连接。2个伺服阀11分别通过两个液控单向阀9与2个液压缸相连接，液压泵14输出的压力油通过伺服阀11进到液压缸里。

所述控制系统中，液压缸2用来平衡主轴箱的重力，当主轴箱通过丝杠传动而上下运动时，开关1、2接通，伺服阀中装有位移传感器来检测阀芯的位置，将检测的位置以电压信号(U_x)的方式反馈给电压控制器并与指令电压(U_QS)比较。电压控制器根据其差值△U来改变先导阀线圈电流来控制阀芯移动。因为电压的大小与阀芯的位移成正比，所以得到所需的流量，从而可控制活塞杆(即主轴箱)的位移和力。液压缸2中的活塞杆与主轴箱的运动位移相等，却是钢丝绳位移的一半，承受的力几乎是每根钢丝绳的两倍。当主轴箱中的滑枕通过丝杠传动伸出时，主轴箱的重心前移，加之附件的重力，使得主轴箱产生了一个反力矩，前端向下倾斜(低头)。这时开关2、3接通，伺服阀中的压力传感器检测输入液压缸4中的油压力，将检测到的结果以电压信号的方式反馈给电压控制器并与指令电压比较，压力控制器根据其差值来改变流量来最终对压力的控制，增加液压缸4的压力，使主轴箱前端钢丝绳的拉力增大，改变两根钢丝绳的拉力，平衡掉逆时针的反力矩。反之缩回时，主轴箱前端钢丝绳的拉力减小，改变两根钢丝绳的拉力，平衡掉顺时针的反力矩，从而使主轴箱始终保持在水平位置。

所述控制系统通电以后，先判断是上升还是下降，如果主轴箱是通过丝杠传动上升时，液压泵开始工作向液压系统供液压油，电磁阀的上升油路接通，压力传感器检测压力并调整所测的压力，使其调整后的压力始终与主轴箱的重力相等，主轴箱上升结束；电磁阀伸出油路接通，压力传感器检测压力并调整压力，使调整后的压力产生的转矩始终与滑枕伸出时产生的转矩相等，使主轴箱始终保持水平，伸出结束。如果判断主轴箱是下降，电磁阀缩回油路接通，压力传感器检测压力并调整压力，使调整后的压力产生的转矩始终与滑枕伸出时产生的转矩相同，使主轴箱始终保持水平，缩回结束；电磁阀下降油路接通，压力传感器检测压力并调整压力，使调整后的压力始终与主轴箱的重力相等，下降结束，主轴箱的整个工作过程结束。

所述控制系统采用的按钮和行程开关直接与PLC的输入端子连接，继电器线圈与输出端子相连接，可知PLC所需输入的和输出的点数共计20点。考虑到今后扩大功能留余地，即选用32点数的PLC，所以选定某公司FX系列的PLC，其型号为FX2N-32MR。