一种带压力反馈的五轴数控机床的控制系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术提出了一种带压力反馈的五轴数控机床的控制系统及其控制方法，通过压力传感器对平衡油缸的压力进行实时测量和反馈，采用PLC控制技术根据压力传感器的反馈对比压力例阀的开口大小进行实时调节，从而实现对平衡油缸的下油腔的实时稳定调节，从而实现对B轴的压力稳定调节。压力稳定调节。压力稳定调节。

【技术实现步骤摘要】
一种带压力反馈的五轴数控机床的控制系统及其控制方法


[0001]本专利技术属于用于数控机床零件加工的PLC逻辑控制
，具体地说，涉及一种带压力反馈的五轴数控机床的控制系统及其控制方法。

技术介绍

[0002]大型五轴数控机床是现代制造业的关键设备，数控机床加工精度和技术水平是设备的核心竞争力，液压传动凭借其易于实现直线运动、功率质量比大、动态响应快等优点，广泛应用于五轴数控机床动力系统。由于大型五轴ＡＢ摆数控机床加工结构特性，在整个切削加工过程中，Ｂ轴角度是不断变化，因此其负载也在不断有规律变化。此外，B轴承载整个龙门重量，如若液压不稳对整个B轴机械传动结构冲击很大，造成设备损坏，零件事故。B轴平衡油缸压力稳定作为关键因素影响零件加工质量。

技术实现思路

[0003]本专利技术基于现有技术的上述缺陷和需求，提出了一种带压力反馈的五轴数控机床的控制系统及其控制方法，通过压力传感器对平衡油缸的压力进行实时测量和反馈，采用PLC控制技术根据压力传感器的反馈对比压力例阀的开口大小进行实时调节，从而实现对平衡油缸的下油腔的实时稳定调节，从而实现对B轴的压力稳定调节。
[0004]本专利技术具体实现内容如下：本专利技术提出了一种带压力反馈的五轴数控机床的控制系统，用于在五轴数控机床的B轴进行运转的时候对B轴的平衡油缸进行压力平衡；所述控制系统包括液压系统和电控系统；所述液压系统包括稳压阀组、液压泵、比例压力阀、减压阀、溢流阀和油箱；所述平衡油缸包括上油腔和下油腔；所述液压泵输入端连接液压油，输出端分为两条支路分别与稳压阀组和减压阀连接；所述减压阀分别与平衡油缸的上油腔以及溢流阀连接；所述稳压阀组分别与平衡油缸的下油腔、油箱和比例压力阀连接；所述溢流阀还与油箱连接；所述电控系统包括PLC控制模块、比例放大器、压力传感器；所述PLC控制模块包括PID控制器、D/A单元、A/D单元；所述PID控制器的输入端接收控制信号，输出端连接D/A单元后依次与比例放大器和比例压力阀连接，并通过比例压力阀以及稳压阀组来与平衡油缸之间进行压力控制连接；所述压力传感器设置在所述平衡油缸上，且压力传感器的输出端连接A/D单元后与PID控制器的输入端进行反馈连接。
[0005]本专利技术还提出了一种带压力反馈的五轴数控机床的控制方法，基于上述的一种带压力反馈的五轴数控机床的控制系统，用于在五轴数控机床的B轴进行运转的时候对B轴的
平衡油缸进行压力平，具体包括以下步骤：步骤一：通过液压泵抽取液压油，并将液压油分为两路，分别传输到减压阀和稳压阀组；步骤二：通过减压阀传输的液压油给平衡油缸的上油腔提供恒定不变的液压，在过程中采用溢流阀对减压阀进行调节；步骤三：设定初始压力值，并对PID控制器输入初始压力值对应的数字信号P(n)；步骤四：通过稳压阀组对平衡油缸的下油腔提供液压；在提供液压的过程中，采用压力传感器对平衡油缸的下油腔的压力值进行测量，并将测量得到的实际压力值的模拟信号PV(t)发送到A/D单元，并通过A/D单元进行A/D转换处理得到数字信号PV(n)后反馈给PID控制器；步骤五：PID控制器通过初始压力值对应的数字信号P(n)和反馈的实际压力值的数字信号PV(n)，计算得到平衡油缸的采样运算值V(n)；步骤六：根据采样运算值V(n)，计算得到变化量δV(n)，并通过D/A单元转换得到对应的输出信号V(t)到比例放大器，通过比例放大器调节比例压力阀的开口大小，从而通过比例压力阀对稳压阀组传输给平衡油缸的下油腔的液压油进行调节，从而进行平衡油缸的压力平衡。
[0006]为了更好地实现本专利技术，进一步地，所述步骤五中，PID控制器的中对于输入和输出的信号进行处理的关系式具体如下：；式中，为PID控制器的输出信号；为A/D单元反馈的数字信号PV(n)和设定的初始压力值的数字信号P(n)之间的差值；为比例系数；为积分时间常数；为微分时间常数。
[0007]为了更好地实现本专利技术，进一步地，在步骤五中，将PID控制器中对于输入和输出的信号进行处理的关系式进行离散化处理，具体离散化处理如下：；式中，T为采样周期；n为采样时刻；为A/D单元反馈的数字信号PV(n)和设定的初始压力值的数字信号P(n)之间的差值；e(n)为第n次采样时给定值与过程变量值之间的差值；e(n
‑
1)为第n
‑
1次采样时给定值与过程变量值之间的差值。
[0008]为了更好地实现本专利技术，进一步地，将离散化后的参数代入PID控制器的中对于输入和输出的信号进行处理的关系式中，得到离散化后的PID控制器的输入和输出的信号处理关系式来计算得到，采样运算值V(n)，具体如下：
式中，为比例系数；为积分系数；为微分时间常数；T为采样周期；n为采样时刻；为A/D单元反馈的数字信号PV(n)和设定的初始压力值的数字信号P(n)之间的差值；e(n)为第n次采样时给定值与过程变量值之间的差值；e(n
‑
1)为第n
‑
1次采样时给定值与过程变量值之间的差值；e(n
‑
2)为第n
‑
2次采样时给定值与过程变量值之间的差值。
[0009]为了更好地实现本专利技术，进一步地，所述变化量δV(n)的计算方法为：将当次采样的采样运算值V(n)减去前一次的采样运算值V(n
‑
1)得到当次采样的变化量δV(n)，具体公式为：；另一种表达形式为：；式中，为比例系数；为积分系数；为微分时间常数；T为采样周期；n为采样时刻；e(n)为第n次采样时给定值与过程变量值之间的差值；e(n
‑
1)为第n
‑
1次采样时给定值与过程变量值之间的差值；e(n
‑
2)为第n
‑
2次采样时给定值与过程变量值之间的差值；δV(n)为第n次采样的变化量；V(n)为第n次采样的采样运算值；V(n
‑
1)为第n
‑
1次的采样运算值。
[0010]为了更好地实现本专利技术，进一步地，所述步骤二中，通过减压阀传输的液压油给平衡油缸的上油腔提供恒定不变的液压值为590PSI。
[0011]本专利技术与现有技术相比具有以下优点及有益效果：（1）本专利技术是以五轴数控机床Ｂ摆轴平衡压力的控制测量为研究对象，根据压力传感器实时检测反馈平衡油缸下腔动态压力数据，采用数字化处理，可以实时获得电液比例阀的开口状态。本专利技术简单实用，修改简单且可操作性强。验证了程序算法的有效性，解决了设定压力值与实际压力值不匹配所造成的机械过载问题，控制精度和抗干扰性能完全满足高精度制造加工；（2）本专利技术采用机电一体化控制，系统稳定性强，智能化程度高，更适用于工业工程中的应用；（3）本专利技术能有效解决设定压力与实际压力不匹配造成的机械冲击磨损，降低设备加工中的风险，减少备件损耗，节约加工成本。
附图说明
[0012]图1为本专利技术的液压系统的结构示意图；图2为本专利技术的电控系统的结构示意图。
[0013]其中：1、平衡油缸本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种带压力反馈的五轴数控机床的控制系统，用于在五轴数控机床的B轴进行运转的时候对B轴的平衡油缸（1）进行压力平衡，其特征在于，所述控制系统包括液压系统和电控系统；所述液压系统包括稳压阀组（2）、液压泵（3）、比例压力阀（4）、减压阀（5）、溢流阀（6）和油箱（7）；所述平衡油缸（1）包括上油腔和下油腔；所述液压泵（3）输入端连接液压油，输出端分为两条支路分别与稳压阀组（2）和减压阀（5）连接；所述减压阀（5）分别与平衡油缸（1）的上油腔以及溢流阀（6）连接；所述稳压阀组（2）分别与平衡油缸（1）的下油腔、油箱（7）和比例压力阀（4）连接；所述溢流阀（6）还与油箱（7）连接；所述电控系统包括PLC控制模块、比例放大器、压力传感器；所述PLC控制模块包括PID控制器、D/A单元、A/D单元；所述PID控制器的输入端接收控制信号，输出端连接D/A单元后依次与比例放大器和比例压力阀（4）连接，并通过比例压力阀（4）以及稳压阀组（2）来与平衡油缸（1）之间进行压力控制连接；所述压力传感器设置在所述平衡油缸（1）上，且压力传感器的输出端连接A/D单元后与PID控制器的输入端进行反馈连接。2.一种带压力反馈的五轴数控机床的控制方法，基于权利要求1所述的一种带压力反馈的五轴数控机床的控制系统，用于在五轴数控机床的B轴进行运转的时候对B轴的平衡油缸（1）进行压力平衡，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：通过液压泵（3）抽取液压油，并将液压油分为两路，分别传输到减压阀（5）和稳压阀组（2）；步骤二：通过减压阀（5）传输的液压油给平衡油缸（1）的上油腔提供恒定不变的液压，在过程中采用溢流阀（6）对减压阀（5）进行调节；步骤三：设定初始压力值，并对PID控制器输入初始压力值对应的数字信号P(n)；步骤四：通过稳压阀组（2）对平衡油缸（1）的下油腔提供液压；在提供液压的过程中，采用压力传感器对平衡油缸（1）的下油腔的压力值进行测量，并将测量得到的实际压力值的模拟信号PV(t)发送到A/D单元，并通过A/D单元进行A/D转换处理得到数字信号PV(n)后反馈给PID控制器；步骤五：PID控制器通过初始压力值对应的数字信号P(n)和反馈的实际压力值的数字信号PV(n)，计算得到平衡油缸（1）的采样运算值V(n)；步骤六：根据采样运算值V(n)，计算得到变化量δV(n)，并通过D/A单元转换得到对应的输出信号V(t)到比例放大器，通过比例放大器调节比例压力阀（4）的开口大小，从而通过比例压力阀（4）对稳压阀组（2）传输给平衡油缸（1）的下油腔的液压油进行调节，从而进行平衡油缸（1）的压力平衡。3.如权利要求2所述的一种带压力反馈的五轴数控机床的控制方法，其特征在于，所述步骤五中，PID控制器的中对于输入和输出的信号进行处理...

【专利技术属性】
技术研发人员：位申申，周戬，潘崇恺，宋智勇，李颖，张云，李鑫，廖刚，黄勇彪，陶志勇，张锐扬，
申请(专利权)人：成都飞机工业集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：