專利名稱：坡口機(jī)智能控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于金屬切削技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種應(yīng)用于端面坡口的坡口機(jī)控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
坡口加工是金屬構(gòu)件焊接成形的前序，坡口機(jī)是坡口加工的專用設(shè)備，它是一種對金屬管道管口進(jìn)行加工的機(jī)械，是管道換接修復(fù)過程中不可缺少的專業(yè)設(shè)備，它廣泛應(yīng)用于石油管道、城市地下鋪設(shè)管道等。目前普遍使用的坡口機(jī)包括便攜式坡口機(jī)、簡易坡口設(shè)備和普通破口機(jī)，但這些簡易設(shè)備柔性差、加工效率低；目前采用的傳統(tǒng)液壓調(diào)速進(jìn)給，是以行程調(diào)速閥和液壓裝置來控制進(jìn)給速度，這種形式雖然可實(shí)現(xiàn)大范圍無級調(diào)速、無間隙傳動以及運(yùn)動平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)， 但由于切削刃與工件接觸面積的不斷變化，切削力也會相應(yīng)變化，對機(jī)械部分的沖擊力度大；不僅如此，采用調(diào)速閥的液壓驅(qū)動平臺的低速穩(wěn)定性差，容易出現(xiàn)爬行現(xiàn)象，而采用比例伺服閥控制的液壓系統(tǒng)又價(jià)格昂貴。隨著電氣化、智能化要求的提高，上述傳統(tǒng)的設(shè)備越來越難以滿足要求。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型是為避免上述現(xiàn)有技術(shù)所存在不足之處是，提供一種低成本、高效率的坡口機(jī)智能控制系統(tǒng)。本實(shí)用新型解決技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案本實(shí)用新型坡口機(jī)智能控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是由檢測單元和控制單元組成；所述檢測單元是由檢測刀具是否到位的到位傳感器，以及兩端的兩個(gè)極限位置傳感器所組成；所述控制單元是由PLC、觸摸屏、執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以及包括有伺服驅(qū)動器和伺服電機(jī)的伺服系統(tǒng)所構(gòu)成；通過觸摸屏選定或設(shè)置產(chǎn)品的參數(shù)，由PLC和伺服系統(tǒng)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動，通過安裝于伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上的編碼器實(shí)現(xiàn)對運(yùn)動位置的定位，實(shí)現(xiàn)智能進(jìn)給切削。傳統(tǒng)的電控調(diào)速切削進(jìn)給是采用變頻電機(jī)或伺服電機(jī)，根據(jù)P = FzXv1，通過切削速度V1和切削力Fz的同時(shí)改變來滿足恒功率切削的目的。但這種形式設(shè)備的輸出扭矩會受到影響，并且，配置成本高、還需要增加其他附屬裝置。本實(shí)用新型智能進(jìn)給切削過程可以按如下方式進(jìn)行恒功率切削控制依據(jù)P = FzXv1，式中P為切削功率；FZ為主切削力；Vl為切削速度；設(shè)置切削速度V1為恒定值，按式⑴調(diào)節(jié)進(jìn)給量f，以保證主切削力Fz為恒定值， 從而實(shí)現(xiàn)切削功率P的恒定；Fz = KcX QpXf = KcX (y-y0) Xtana Xf (1)式中 K。為單位切削力；a p 為背吃刀量；f為進(jìn)給量；y為通過檢測獲得的當(dāng)前位置；％為初始位置；α為坡口角度。與已有技術(shù)相比，本實(shí)用新型有益效果體現(xiàn)在[0015]1、本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了智能切削進(jìn)給在切削速度恒定的情況下，本實(shí)用新型因采用PLC加伺服驅(qū)動控制的模式，當(dāng)切削刃與工件接觸面增大時(shí)，自動的調(diào)節(jié)進(jìn)給速度，來保證切削力的恒定，實(shí)現(xiàn)恒功率切削的智能進(jìn)給。這樣保證了切削的質(zhì)量、避免了切削過程中對刀具及設(shè)備的沖擊。同時(shí)完成低成本，高效率的目標(biāo)；2、本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了參數(shù)的可調(diào)性由于本實(shí)用新型采用觸摸屏、PLC和伺服系統(tǒng)的組合作為控制單元，可以很好地實(shí)現(xiàn)對產(chǎn)品參數(shù)的可調(diào)性，包括快速移動、退回速度，初始工進(jìn)速度。同時(shí)可以保證低速進(jìn)給的穩(wěn)定性，避免了液壓滑臺低速爬行的缺點(diǎn)。3、對毛坯尺寸誤差大的自適應(yīng)性本實(shí)用新型中由于檢測系統(tǒng)的引入，可自動探測到工件的實(shí)際尺寸，由控制系統(tǒng)自動確定最佳工進(jìn)起點(diǎn)，既可以避免打刀現(xiàn)象的發(fā)生，又可以提高生產(chǎn)效率。

圖1為本實(shí)用新型坡口機(jī)示意圖；圖2為被加工工件示意圖；圖3為本實(shí)用新型伺服控制系統(tǒng)圖；圖4為本實(shí)用新型PLC實(shí)現(xiàn)智能進(jìn)給功能圖；圖5為本實(shí)例切削進(jìn)給原理示意圖；圖6為本實(shí)例智能三通坡口機(jī)工作流程圖；圖中標(biāo)號1伺服電機(jī)；2滾珠絲杠；3皮帶輪；4三相異步電機(jī)；5刀架及刀具；6到位檢測傳感器；7被加工工件；9正極限位置傳感器；10滑臺；11動力箱；12原點(diǎn)位置傳感器；13負(fù)極限位置傳感器；14刀具切削刃；
具體實(shí)施方式
參見圖1、圖2，在工作臺8上，當(dāng)被加工工件7裝夾固定后，刀架及刀具5固定在滑臺10上，由設(shè)置在動力箱11中的三相異步電機(jī)4通過皮帶輪3帶動進(jìn)行旋轉(zhuǎn)切削，切削速度為不可調(diào)節(jié)的固定值；相應(yīng)設(shè)置的進(jìn)給運(yùn)動是由PLC控制伺服電機(jī)1，通過滾珠絲杠2 驅(qū)動滑臺10實(shí)現(xiàn)加工過程中的往復(fù)運(yùn)動。圖1所示，檢測單元中兩端的兩個(gè)極限位置傳感器分別是正極限位置傳感器9和負(fù)極限位置傳感器13，并有原點(diǎn)位置傳感器12和到位檢測傳感器6。以正極限位置傳感器 9和負(fù)極限位置傳感器13作為保護(hù)用傳感器，用于避免滑臺10的過沖；原點(diǎn)位置傳感器12 用于為坡口機(jī)設(shè)定原點(diǎn)位置；到位檢測傳感器6用來檢測刀具是否到位，當(dāng)檢測到信號之后，進(jìn)給速度就可以由快進(jìn)速度開始減速，當(dāng)減速到一段距離后就可到達(dá)工進(jìn)速度?？刂葡到y(tǒng)如圖3，包括PLC、觸摸屏、伺服驅(qū)動器、伺服電機(jī)、滾珠絲杠。通過觸摸屏選定或設(shè)置產(chǎn)品的參數(shù)，由PLC和伺服系統(tǒng)控制伺服電機(jī)，通過滾珠絲杠帶動滑臺進(jìn)給或后退，當(dāng)?shù)轿粋鞲衅鳈z測到工件后，信號返回到PLC，即可開始進(jìn)給運(yùn)動。通過安裝于伺服電機(jī)軸上的編碼器來實(shí)現(xiàn)對運(yùn)動位置的準(zhǔn)確定位。此工作過程如圖6，先將不同型號的待加工工件的產(chǎn)品參數(shù)存儲在PLC內(nèi)部，通過觸摸屏選擇當(dāng)前待加工產(chǎn)品型號，就可以啟動整個(gè)自動過程，此時(shí)三相異步電機(jī)旋轉(zhuǎn)，做主切削運(yùn)動；伺服驅(qū)動器驅(qū)動電機(jī)使滑臺移動做進(jìn)給運(yùn)動。當(dāng)?shù)轿粋鞲衅鞲袘?yīng)到工件后，伺服電機(jī)就開始減速運(yùn)行一段距離，由快速移動的速度轉(zhuǎn)為工進(jìn)的速度，從而開始進(jìn)入智能工進(jìn)，在工進(jìn)的過程中，通過變速進(jìn)給的方法，通過保證切削面積的恒定，來實(shí)現(xiàn)切削力和恒定功率的恒定。當(dāng)工進(jìn)到所要求的距離后，工進(jìn)完成，刀具頭自動快速返回到原點(diǎn)。本實(shí)施例智能進(jìn)給切削是按如下方式進(jìn)行恒功率切削控制依據(jù)P = FzXv1，式中P為切削功率；FZ為主切削力；Vl為切削速度；設(shè)置切削速度V1為恒定值，按式⑴調(diào)節(jié)進(jìn)給量f，以保證主切削力Fz為恒定值， 從而實(shí)現(xiàn)切削功率P的恒定；Fz = KcX QpXf = KcX (y-y0) Xtana Xf (1)式(1)中K。為單位切削力；a p為背吃刀量；f為進(jìn)給量；y為通過檢測獲得的當(dāng)前位置；％為初始位置；α為坡口角度。切削進(jìn)給原理示意圖如圖5，到位檢測傳感器6檢測到刀具到位信號后，伺服電機(jī)就開始減速運(yùn)行一段距離％，并到達(dá)工進(jìn)速度。刀具切削刃14也由此開始進(jìn)入智能工進(jìn)階段。Fz = KcX apXf = KcXS 式中的單位切削力K。由手冊查得，加工工件的材料決定不同的單位切削力；α ρ為背吃刀量；f為進(jìn)給量；S為切削面積。ap(y-y0)Xtana式中y為當(dāng)前位置；yQ為已知位置；α為坡口角度；本實(shí)施例已知切削速度V1恒定，由上述公式知，只要保證切削面積S恒定，即可保證Fz的恒定，也就是切削功率P的恒定。此時(shí)切削面積Si fiX a pi，&為進(jìn)給量，a pi背吃刀量在切削過程中，切削面積32、33、、丨Si…保持不變，為一個(gè)常數(shù)C。當(dāng)api變大的
時(shí)候，進(jìn)給量A變小，進(jìn)給速度變慢，如下式所示
,CI1 =----
(y, -J0) tan a其中C為Si的常數(shù)值，多次試驗(yàn)所得；y0為到位傳感器感應(yīng)到工件時(shí)的位置；yi為當(dāng)前位置；α為刀具切削刃與進(jìn)給方向的夾角，也就是坡口角度。f,為第i次進(jìn)給量。如圖4，利用上述已知參數(shù)條件，通過PLC編寫程序，把單位進(jìn)給量轉(zhuǎn)化為脈沖數(shù)通過伺服驅(qū)動器，來控制伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速，達(dá)到控制進(jìn)給速度的目的。由上述可知，本實(shí)用新型控制方法可以很好的避免了切削過程中，在進(jìn)給速度恒定的情況下，所帶來的對刀具及設(shè)備的沖擊。同時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)恒功率的切削。與采用變頻電機(jī)或伺服電機(jī)來實(shí)現(xiàn)恒功率切削的方法相比，在需要高輸出扭矩的情況下它不需要額外附加裝置，同時(shí)本身在成本上，它有較大的優(yōu)勢。
權(quán)利要求1. 一種坡口機(jī)智能控制系統(tǒng)，其特征是由檢測單元和控制單元組成； 所述檢測單元是由檢測刀具是否到位的到位傳感器，以及兩端的兩個(gè)極限位置傳感器所組成；所述控制單元是由PLC、觸摸屏、執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以及包括有伺服驅(qū)動器和伺服電機(jī)的伺服系統(tǒng)所構(gòu)成；通過觸摸屏選定或設(shè)置產(chǎn)品的參數(shù)，由PLC和伺服系統(tǒng)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動，通過安裝于伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上的編碼器實(shí)現(xiàn)對運(yùn)動位置的定位，實(shí)現(xiàn)智能進(jìn)給切削。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種坡口機(jī)智能控制系統(tǒng)，其特征是由檢測單元和控制單元組成，其中的檢測單元是由檢測刀具是否到位的到位傳感器，以及兩端的兩個(gè)極限位置傳感器所組成；控制單元是由PLC、觸摸屏、執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以及包括有伺服驅(qū)動器和伺服電機(jī)的伺服系統(tǒng)所構(gòu)成；通過觸摸屏選定或設(shè)置產(chǎn)品的參數(shù)，由PLC和伺服系統(tǒng)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動，通過安裝于伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上的編碼器實(shí)現(xiàn)對運(yùn)動位置的定位，實(shí)現(xiàn)恒功率切削控制。本實(shí)用新型可以保證管道坡口的快速性與質(zhì)量的穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)了低成本和高效率的目標(biāo)。
文檔編號B23Q17/20GK202114540SQ20112015382
公開日2012年1月18日 申請日期2011年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月16日
發(fā)明者劉文斌, 朱慶春, 李皖生, 程小龍, 蔣小華 申請人:安徽新源石油化工技術(shù)開發(fā)有限公司