管端数字仿形补刀控制系统技术方案

本发明专利技术提出一种管端数字仿形补刀控制系统，包括硬件系统、软件系统，管端外形检测传感器、刀盘旋转角度检测传感器检测的数据经IM接口模块上传至处理器，处理器根据数据计算出径向进刀刀座的位置值，然后向根据计算值向模块化运动控制驱动器发出控制指令，模块化运动控制驱动器驱动轴向进刀伺服电机和径向进刀伺服电机运动，与之配套的刀具随之运动，实现对被加工钢管端头进行仿形加工。效果：实现了被加工钢管端头的电子仿形，彻底解决了传统办法无法实现管端内壁仿形补刀加工的缺陷，大幅度提高了该种设备的自动化程度，缩短了工件的加工周期，保证了加工精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于制管行业机械加工设备自动控制
，涉及一种钢管端头加工过程中的数字仿形补刀控制系统。
技术介绍
随着经济的快速发展，石油天然气的用量不断增长，导致油气田的开发向边远荒漠、基地冻土和海洋等领域发展，随之面临的将是复杂的地理坏境、低寒的气温以及油气成分的多样性带来的对输送管线的腐蚀等问题。因此，在油气输送管线的铺设中对每根钢管的端头加工提出了更高要求的同时，钢管的材质也由单一的碳钢开始向复合材质转型，使得钢管生产线中的管端加工设备不仅要提高加工精度，更要满足复杂的加工流程和适应更多的钢管材质。目前，油气输送钢管主要是不锈钢和碳钢的复合钢管，其主要的加工流程有管端平头倒棱(如图1所示)、管端内壁镗孔(如图2所示)等工艺流程。从理论上讲，只要能够保证钢管夹紧后中心与刀盘中心在同一中心线上，就完全能够满足各种管端加工需求。但是在钢管生产线中，往往由于成型、焊接、复合等加工流程，导致钢管端头产生变形，不能成为一个理论上的圆，或机床的安装、加工等其他原因使得钢管中心与刀盘中心很难找正(即在同一中心线)，最终造成管端加工误差过大，废品率大幅度提升，给企业带来不必要的经济损失。所以在管端加工设备中都必须采用管端仿形加工，使加工刀具随着管端外形的变化做出相应的调整，以满足生产要求。而现有的管端加工设备通常采用机械仿形轮和浮动刀座的方法进行管端的仿形加工，该办法可以有效解决管端平头倒棱的加工仿形要求，但是对于钢管内壁的镗孔、挖槽等带有径向进刀功能的加工设备无法实现仿形加工。所以，探寻一种适合于各种管端加工的仿形补刀系统成为该行业的当务之急。【专利技术内容】为了解决上述现有现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种广泛适用于各种管端加工工艺的仿形补刀系统，有效解决现有设备不能满足钢管内壁的镗孔、挖槽等带有径向进刀功能设备的仿形补刀问题，同时也大幅度提高了设备的加工精度和自动化程度。本专利技术技术方案:一种管端数字仿形补刀控制系统，包括硬件系统、软件系统，所述硬件系统包括处理器、頂接口模块、传输总线、模块化运动控制驱动器、人机界面、管端外形检测传感器、刀盘旋转角度检测传感器、轴向进刀伺服电机、径向进刀伺服电机，所述管端外形检测传感器、刀盘旋转角度检测传感器连接在頂接口模块上，IM接口模块通过传输总线连接在处理器上，模块化运动控制驱动器通过传输总线连接在处理器上，轴向进刀伺服电机、径向进刀伺服电机通过模块化运动控制驱动器驱动，人机界面通过传输总线连接在处理器上；所述软件系统包括人机界面的画面制作软件、处理器的逻辑编程软件和工艺参数配置软件；管端外形检测传感器、刀盘旋转角度检测传感器检测的数据经頂接口模块上传至处理器，处理器对接收到的数据进行处理后，计算出径向进刀刀座的位置值，然后向根据计算值向模块化运动控制驱动器发出控制指令，模块化运动控制驱动器驱动轴向进刀伺服电机和径向进刀伺服电机运动，与之配套的刀具随之运动，实现对被加工钢管端头进行仿形加工。所述处理器为西门子T-CPU。所述頂接口模块为頂174接口模块。传输总线为PROFIBUS DP。模块化运动控制驱动器为SINAMICS S120。所使用的软件具体有:人机界面的画面制作软件SIMATIC WinCC flexible 2008、西门子T-CPU的逻辑编程软件SIMATIC STEP7和工艺参数配置软件S7 Technology。本专利技术的特点在于实现了被加工钢管端头的电子仿形，彻底解决了传统办法无法实现管端内壁仿形补刀加工的缺陷，大幅度提高了该种设备的自动化程度，缩短了工件的加工周期，保证了加工精度。【附图说明】图1是管端平头倒棱加工工艺流程示意图； 图2是管端镗内孔加工工艺流程示意图； 图3是本专利技术的系统结构示意图； 附图中: 1.被加工钢管端头2.机械仿形浮动刀座 3.旋转刀盘 4.机械仿形轮 5.管端倒棱刀片6.管端平头刀片 7.管端夹紧装置8.管端镗内孔刀片 9.径向进刀刀座10.处理器 I1.頂接口模块12.传输总线 13.模块化运动控制驱动器 14.人机界面 15.管端外形检测传感器16.刀盘旋转角度检测传感器 17.轴向进刀伺服电机18.径向进刀伺服电机。具体实施方法 下面结合附图中的加工工艺流程示意图和系统结构示意图对本专利技术系统进行详细说明。图1是管端平头倒棱加工示意图，被加工钢管端头1的外壁与机械仿形轮4紧贴，管端倒棱刀盘5和管端平头刀盘6安装在机械仿形浮动刀座2上，机械仿形轮4与机械仿形浮动刀座2相连，当被加工钢管端头1外形变化时，机械仿形轮4跟随其外形变化，进而带动与之相连的机械仿形浮动刀座2也随着被加工钢管端头1外形的变化而变化，最终实现了管端倒棱刀盘5和管端平头刀盘6在被加工钢管端头1的切削量始终不变，达到仿形补刀的目的。当旋转刀盘3旋转时，在轴向进刀伺服电机17的作用下，实现了被加工钢管端头1的平头倒棱加工。这就是传统的机械仿形方式，其仅限于加工钢管端头和外壁，无法实现对钢管内壁的加工。图2是管端内壁镗孔加工示意图，被加工钢管端头1被管端夹紧装置7夹紧后，在径向进刀刀座9上安装管端镗内孔刀片，通过径向进刀伺服电机18驱动径向进刀刀座9到达一定的位置。当旋转刀盘3旋转时，在轴向进刀伺服电机17的作用下，可对被加工钢管端头1内壁进行镗孔加工。要保证该种加工方式的精度，必须保证被加工钢管端头1、管端夹紧装置7、旋转刀盘3的中心线在同一条直线上，而且要求被加工钢管端头1是理论上的圆，不得有任何变形。否则会造成加工件的损坏或机床刀盘的损坏，并且对钢管的圆度和操作人员的要求很高。在实际的生产中，所有被加工钢管端头1或多或少都会有不同程度的变形，所以这种办法很难广泛适用于工业现场，并且效率低，废品率高，加工刀片的损耗大，无形中增加了生产成本，给企业带来巨大的经济损失。为了解决上述管端内壁镗孔加工中的缺陷，本专利技术提供了一种管端数字仿形补刀控制系统，可使径向进刀刀座9的位置随着被加工钢管端头1外形的变化而变化，带动径向加工刀片随之变化。由于被加工钢管端头1的壁厚是一固定数值，所以径向进刀刀座9的位置值跟随被加工钢管端头1的外形检测值变化是完全符合仿形原理的，实现了对钢管端头电子仿形的目的。处理器10根据被加工钢管端头1的外形检测值，通过径向进刀伺服电机18来控制径向进刀刀座9的位置，实现了实时补刀的目的。本专利技术中以管段内壁镗内孔为例进行说明，其硬件结构示意图如图3所示。管端外形检测传感器15和刀盘旋转角度检测传感器16连接在頂接口模块11 (IM174接口模块)上，IM接口模块11通过PROFIBUS DP (DRIVE)传输总线12连接在处理器10 (西门子T-CPU)上。轴向进刀伺服电机17和径向进刀伺服电机18通过模块化运动控制驱动器13 (SINAMICS S120)驱动，SINAMICS S120 通过 PROFIBUS DP 当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种管端数字仿形补刀控制系统，包括硬件系统、软件系统，其特征是所述硬件系统包括处理器（10）、IM接口模块（11）、传输总线（12）、模块化运动控制驱动器（13）、人机界面（14）、管端外形检测传感器（15）、刀盘旋转角度检测传感器（16）、轴向进刀伺服电机（17）、径向进刀伺服电机（18），所述管端外形检测传感器（15）、刀盘旋转角度检测传感器（16）连接在IM接口模块（11）上，IM接口模块（11）通过传输总线（12）连接在处理器（10）上，模块化运动控制驱动器（13）通过传输总线（12）连接在处理器（10）上，轴向进刀伺服电机（17）、径向进刀伺服电机（18）通过模块化运动控制驱动器（13）驱动，人机界面（14）通过传输总线（12）连接在处理器（10）上；所述软件系统包括人机界面（14）的画面制作软件、处理器（10）的逻辑编程软件和工艺参数配置软件；管端外形检测传感器（15）、刀盘旋转角度检测传感器（16）检测的数据经IM接口模块（11）上传至处理器（10），处理器（10）对接收到的数据进行处理后，计算出径向进刀刀座（9）的位置值，然后向根据计算值向模块化运动控制驱动器（13）发出控制指令，模块化运动控制驱动器（13）驱动轴向进刀伺服电机（17）和径向进刀伺服电机（18）运动，与之配套的刀具随之运动，实现对被加工钢管端头（1）进行仿形加工。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘玉兵，吕毓军，尹俊德，张得刚，平伟，
申请(专利权)人：天水锻压机床集团有限公司，
类型：发明
国别省市：甘肃;62