數控立車轉臺油膜厚度控制方法
【專利摘要】本發明公開了一種數控立車轉臺油膜厚度控制方法，包括數控系統PLC和液壓伺服比例閥，其特征在于還包括檢測傳感器和微處理器，油膜厚度的控制方法的具體步驟為：從理論上建立工作臺負載與數控系統之間的數學模型，通過光電檢測傳感器檢測工作臺和導軌之間的距離，并將檢測的距離轉化成微處理器的微小電信號，再利用微處理器將微電信號數值上傳至數控系統中，再通過編寫數控系統指令液壓伺服比例閥改變控制油量，并將油量輸入到旋轉工作臺，此時，光電檢測傳感器再次反饋油膜厚度至微處理器,并將油膜厚度轉換成微小電信號輸入到數控系統中中，達到自適應調節油膜厚度，最終完成油膜控制，突出的增加了工作臺的有效承重和車削精度的作用。
【專利說明】
數控立車轉臺油膜厚度控制方法
技術領域
[0001] 本發明涉及數控機床技術領域，具體地說是一種數控立車轉臺油膜厚度控制方 法。
【背景技術】
[0002] 數控機床領域的發展日新月異，在實際立車重載工件過程中，由于加工工件多樣 化，重量不一，對轉臺承壓力度不同等因素，使得實際加工中只能采用保守的承重范圍。而 依靠操作工人的現場干預，其加工工件范圍有限，且當轉臺速度稍高時，則人工干預難以進 行，同時容易對機床產生損害。上述因素，使得數控立車的應有效能未能發揮，在加工質量 方面，不適當的轉臺浮起量也會使機床加工精度難以得到控制，此外車削中還應防止機床 受損，避免轉臺、工件和機床因過載而損壞。

【發明內容】

[0003] 本發明的目的是解決上述現有技術的不足，提供一種自動化程度高、實時控制油 膜厚度、提高轉臺承重、保證加工精度的數控立車轉臺油膜厚度控制方法。
[0004] 本發明解決其技術問題所采用的技術方案是： 一種數控立車轉臺油膜厚度控制方法，包括數控系統PLC和液壓伺服比例閥，其特征在 于還包括檢測傳感器和微處理器，油膜厚度的控制方法的具體步驟為： 一，通過實踐證明，工作臺負載與導軌油膜厚度存在一定的非線性關系，當工件載重增 大時，導軌油膜厚度將隨之減小，從而使加工精度降低，反之，當工件載重降低時，導軌油膜 厚度將隨之增大，從而使加工精度提高，因此，通過測量工作臺和導軌油膜厚度和控制油膜 厚度即可實現對工作臺承載能力直接控制和車削精度的間接控制； 二、從理論上建立工作臺負載與數控系統之間的數學模型，在工作臺和導軌之間設有 光電檢測傳感器，通過光電檢測傳感器檢測工作臺和導軌之間的距離，并將檢測的距離轉 化成微處理器的微小電信號，在檢測過程中，光電傳感器在一定范圍內，使工作臺負載與導 軌油膜厚度保持線性關系，以保證檢測的線性的精確性，再利用微處理器處理干擾信號和 實時變速信號，并將微電信號數值上傳至數控系統的PLC中，在數控系統的PLC讀取微電信 號數值后，通過編寫PLC程序對數值進行信號數值濾波的數據分析，以使進入控制算法中的 給定值不發生突變，并以一定慣性的緩變量進行延遲，分析完數據后，再通過編寫數控系統 的PLC程序建立數學公式，然后輸出結果量送到液壓伺服比例閥，通過控制系統中嵌入的 PID控制算法計算出要輸出的變量，數控系統指令液壓伺服比例閥改變控制油量，并將油量 輸入給分油器和毛細油管供油系統，通過毛細油管供油系統輸出到旋轉工作臺，此時，光電 檢測傳感器再次反饋油膜厚度至微處理器，并將油膜厚度轉換成微小電信號輸入到數控系 統中的PID控制算法中，達到自適應調節油膜厚度，最終完成油膜控制，突出的增加了工作 臺的有效承重和車削精度的作用。
[0005] 本發明所述數學公式包括光電檢測傳感器和微電信號之間的公式，微電信號和 PID算法之間的公式以及PID控制算法公式，所述光電檢測傳感器和微電信號之間的公式 為： Y=aX+b 其中a和b經過了傳感器本身參數量 Y為輸送到PLC的微電信號 X為傳感器檢測的距離 當工作臺載重增加時，X數值變小，Y數值變小。
[0006] 本發明所述微電信號和PID算法之間的公式為： R(t)=cY2+dy+e 其中c d e數值來源于大量的實驗結果 R(t)為輸送到PID控制算法中的數值 Y為輸入到PLC的微電信號； 當工作臺載重不斷增加時(每次增加500kg重量），得到的油膜厚度數值，然后通過手動 調節輸出量給伺服比例閥，讓工作臺油膜厚度一直保持在〇.1_，通過這樣的方式得到微電 信號和PID給定值之間的曲線，然后轉化成數學公式得到相應的常量c d e ; 當工作臺添加工件重量變大時，油膜厚度變小，距離傳感器給出的信號變小，輸入到 PLC的信號變小，從而根據上述數學公式進行轉換，使得到的數值變大，便于PID控制算法 的數值變大，有效控制油膜厚度，反之亦然； 所述PID控制算法公式是由比例調節微分方程、積分方程和微分調節方程構成，其中， (1)比例調節器的微分方程為:y=KPe (t) y為調節器輸出;Kp為比例系數；e(t)為調節器輸入偏差 (2) 積分方程為：
其中：TI是積分時間常數，它表不積分速度的大小， 以達到調節器的輸出與輸入偏差的積分成比例的作用； (3) 微分調節器的微分方程為：
為了達到優化控制變量，形成PID調節器，優化后的PID方程為：
在此公式的基礎上編寫程序，用于最終輸出值，并送到伺服比例閥，控制油膜厚度。
[0007] 本發明由于采用上述方法，具有自動化程度高、實時控制油膜厚度、提高轉臺承重 和加工精度等優點。
【附圖說明】
[0008] 圖1是本發明的控制流程示意圖。
【具體實施方式】
[0009] 下面結合附圖對本發明進一步說明： 一種數控立車轉臺油膜厚度控制方法，包括數控系統PLC和液壓伺服比例閥，其特征在 于還包括檢測傳感器和微處理器，油膜厚度的控制方法的具體步驟為： 一，通過實踐證明，工作臺負載與導軌油膜厚度存在一定的非線性關系，當工件載重增 大時，導軌油膜厚度將隨之減小，從而使加工精度降低，反之，當工件載重降低時，導軌油膜 厚度將隨之增大，從而使加工精度提高，因此，通過測量工作臺和導軌油膜厚度和控制油膜 厚度即可實現對工作臺承載能力直接控制和車削精度的間接控制； 二、從理論上建立工作臺負載與數控系統之間的數學模型，在工作臺和導軌之間設有 光電檢測傳感器，通過光電檢測傳感器檢測工作臺和導軌之間的距離，并將檢測的距離轉 化成微處理器的微小電信號，在檢測時，所述光電檢測傳感器的有效測量在0.01mm---1.00mm范圍之內，有效檢測輸出電氣信號在0-10V的模擬電壓的范圍內，使工作臺負載與 導軌油膜厚度保持線性關系，再利用微處理器處理干擾信號和實時變速信號，并將微電信 號數值上傳至數控系統的PLC中，數控系統的PLC按照每次0.1秒的時間采集，以便于后續的 數值轉換，在數控系統的PLC讀取微電信號數值后，通過編寫PLC程序對數值進行信號數值 濾波的數據分析，以使進入控制算法中的給定值不發生突變，并以一定慣性的緩變量進行 延遲，分析完數據后，再通過編寫數控系統的PLC程序建立數學公式，所述數學公式包括光 電檢測傳感器和微電信號之間的公式，微電信號和PID算法之間的公式以及PID控制算法 公式，所述光電檢測傳感器和微電信號之間的公式為： Y=aX+b 其中a和b經過了傳感器本身參數量 Y為輸送到PLC的微電信號 X為傳感器檢測的距離 當工作臺載重增加時，X數值變小，Y數值變小。
[0010] 本發明所述微電信號和PID算法之間的公式為： R(t)=cY2+dy+e 其中c d e數值來源于大量的實驗結果 R(t)為輸送到PID控制算法中的數值 Y為輸入到PLC的微電信號； 當工作臺載重不斷增加時，即每次增加500kg重量，得到的油膜厚度數值，然后通過手 動調節輸出量給伺服比例閥，讓工作臺油膜厚度一直保持在〇.1_，通過這樣的方式得到微 電信號和PID給定值之間的曲線，然后轉化成數學公式得到相應的常量c d e ; 當工作臺添加工件重量大于500kg時，油膜厚度變小，距離傳感器給出的信號變小，輸 入到PLC的信號變小，從而根據上述數學公式進行轉換，使得到的數值變大，便于PID控制 算法的數值變大，有效控制油膜厚度，反之亦然； 所述PID控制算法公式是由比例調節微分方程、積分方程和微分調節方程構成，其中， (1)比例調節器的微分方程為:y=KPe (t) y為調節器輸出;Kp為比例系數；e(t)為調節器輸入偏差 (2) 積分方程為：
其中：TI是積分時間常數，它表不積分速度的大小， 以達到調節器的輸出與輸入偏差的積分成比例的作用； (3) 微分調節器的微分方程為：
為了達到優化控制變量，形成PID調節器，優化后的PID方程為：
在此公式的基礎上編寫程序，然后輸出結果量送到液壓伺服比例閥，通過控制系統中 嵌入的PID控制算法計算出要輸出的變量，數控系統指令液壓伺服比例閥改變控制油量，并 將油量輸入給分油器和毛細油管供油系統，通過毛細油管供油系統輸出到旋轉工作臺，此 時，光電檢測傳感器再次反饋油膜厚度至微處理器，并將油膜厚度轉換成微小電信號輸入 到數控系統中的PID控制算法中，達到自適應調節油膜厚度，最終完成油膜控制，突出的增 加了工作臺的有效承重和車削精度的作用。
[0011]本發明由于采用上述方法，具有自動化程度高、實時控制油膜厚度、提高轉臺承重 和加工精度等優點。
【主權項】
1. 一種數控立車轉臺油膜厚度控制方法，包括數控系統化c和液壓伺服比例閥，其特征 在于還包括檢測傳感器和微處理器，油膜厚度的控制方法的具體步驟為： 一，通過實踐證明，工作臺負載與導軌油膜厚度存在一定的非線性關系，當工件載重增 大時，導軌油膜厚度將隨之減小，從而使加工精度降低，反之，當工件載重降低時，導軌油膜 厚度將隨之增大，從而使加工精度提高，因此，通過測量工作臺和導軌油膜厚度和控制油膜 厚度即可實現對工作臺承載能力直接控制和車削精度的間接控制. 二、從理論上建立工作臺負載與數控系統之間的數學模型，在工作臺和導軌之間設有 光電檢測傳感器，通過光電檢測傳感器檢測工作臺和導軌之間的距離，并將檢測的距離轉 化成微處理器的微小電信號，在檢測過程中，光電傳感器在一定測量范圍內，使工作臺負載 與導軌油膜厚度保持線性關系，再利用微處理器處理干擾信號和實時變速信號，并將微電 信號數值上傳至數控系統的化帥，在數控系統的PLC讀取微電信號數值后，通過編寫PLC程 序對數值進行信號數值濾波的數據分析，分析完數據后，再通過編寫數控系統的PLC程序建 立數學公式，然后輸出結果量送到液壓伺服比例閥，通過控制系統中嵌入的PID控制算法計 算出要輸出的變量，數控系統指令液壓伺服比例閥改變控制油量，并將油量輸入給分油器 和毛細油管供油系統，通過毛細油管供油系統輸出到旋轉工作臺，此時，光電檢測傳感器再 次反饋油膜厚度至微處理器，并將油膜厚度轉換成微小電信號輸入到數控系統中的PID控 制算法中，達到自適應調節油膜厚度，最終完成油膜控制。2. 根據權利要求1所述的一種數控立車轉臺油膜厚度控制方法，其特征在于所述數學 公式包括光電檢測傳感器和微電信號之間的公式，微電信號和PID算法之間的公式W及 PID控制算法公式，所述光電檢測傳感器和微電信號之間的公式為： Y=aX+b 其中a和b經過了傳感器本身參數量 Y為輸送到化C的微電信號 X為傳感器檢測的距離 當工作臺載重增加時，X數值變小，Y數值變小。3. 本發明所述微電信號和PID算法之間的公式為： R(t)=cY化dy+e 其中C d e數值來源于大量的實驗結果 R(t)為輸送到PID控制算法中的數值 Y為輸入到化C的微電信號； 當工作臺載重不斷增加時(每次增加500kg重量），得到的油膜厚度數值，然后通過手動 調節輸出量給伺服比例閥，讓工作臺油膜厚度一直保持在0.1mm，通過運樣的方式得到微電 信號和PID給定值之間的曲線，然后轉化成數學公式得到相應的常量C d e ; 當工作臺添加工件重量變大時，油膜厚度變小，距離傳感器給出的信號變小，輸入到 PLC的信號變小，從而根據上述數學公式進行轉換，使得到的數值變大，便于PID控制算法 的數值變大，有效控制油膜厚度，反之亦然； 所述PID控制算法公式是由比例調節微分方程、積分方程和微分調節方程構成，其中， (1)比例調節器的微分方程為:y=邸e (t) y為調節器輸出;Κρ為比例系數；e(t)為調節器輸入偏差 (2) 積分方程為：其中:ΤΙ是積分時間常數，它表示積分速度的大小； (3) 微分調節器的微分方程為：為了達到優化控制變量，形成PID調節器，優化后的PID方程為：在上述公式的基礎上編寫程序，用于最終輸出值，并送到伺服比例閥，控制油膜厚 度。
【文檔編號】G05B19/414GK106094736SQ201610761447
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年8月31日
【發明人】王建軍
【申請人】威海華東數控股份有限公司