叶片矫形机床及其控制系统和方法
【专利摘要】本发明公开一种叶片矫形机床，包括床身、床头、尾座、龙门架、液压头，所述床头为A旋转轴，用于夹持叶片的一端，为校正扭曲变形提供旋扭力矩，所述尾座位于床身上，与床头相对，可在床身上前后滑动，用于夹持叶片的另一端，使其固定在床身上，调整尾座前后位置，可夹持不同长度的叶片，A轴旋转，可矫正扭曲变形；所述液压头为Z升降移动轴，为校正扭曲变形提供向下的压力；所述液压头通过滑轨布置在龙门架上，配有Y左右移动轴，用于调整液压头在叶片宽度方向的位置；所述龙门架与床身导轨配合，配有X前后移动轴，用于调整液压头在叶片长度方向的位置；Y轴、X轴联动，可找准液压头在叶片上的着力点，Z轴下移，可矫正弯曲变形。该机床的控制系统采用PID控制法，最多3个来回即可将变形量矫正到符合要求，大幅度提高了叶片矫形效率。
【专利说明】叶片矫形机床及其控制系统和方法
【技术领域】:
[0001]本发明属于叶片制造【技术领域】，涉及一种叶片矫形机床及其控制系统和方法，用于校正叶片的弯曲变形和扭曲变形。
【背景技术】:
[0002]在汽轮机制造行业，叶片是技术难度最大、加工批量最大的工件，汽轮机的制造周期往往取决于叶片的加工效率。
[0003]叶片加工过程中很容易由于内部能量的释放使应力降低而产生弯曲变形和扭曲变形，需要矫形。
[0004]目前，叶片矫形是人工手动方式，全凭工人师傅的经验，通常要多次来回校正，才能将变形量校正到允许的范围内，对一些大型叶片，例如核电汽轮机末级叶片，其气道最长为72英寸(1.83m),毛坯重达半吨以上，变形量会较大，来回校正次数高达十几次。
[0005]人工手动矫形对工人的个人技能要求高，劳动强度大，矫形效率非常低，且只能进行弯曲校正，不能进行扭曲校正，成为汽轮机制造行业亟待解决的问题。
【发明内容】
:
[0006]为解决上述问题，本发明提供一种叶片矫形机床及其控制系统和方法，不仅可矫正弯曲变形，也可矫正扭曲变形，校正来回次减少，有效地提高叶片矫形的效率。
[0007]本发明的技术方案是:
[0008]一种叶片矫形机床，包括床身、床头、尾座、龙门架、液压头，所述床头为A旋转轴，用于夹持叶片的一端，为校正扭曲变形提供旋扭力矩，所述尾座位于床身上，与床头相对，可在床身上前后滑动，用于夹持叶片的另一端，使其固定在床身上，调整尾座前后位置，可夹持不同长度的叶片，A轴旋转，可矫正扭曲变形；所述液压头为Z升降移动轴，为校正弯曲变形提供向下的压力；所述液压头通过滑轨布置在龙门架上，配有Y左右移动轴，用于调整液压头在叶片宽度方向的位置；所述龙门架与床身导轨配合，配有X前后移动轴，用于调整液压头在叶片长度方向的位置；Y轴、X轴联动，可找准液压头在叶片上的着力点，Z轴下移，可矫正弯曲变形。
[0009]所述A旋转轴的驱动器是液压马达。
[0010]所述Z升降移动轴的驱动器是液压缸。
[0011]所述X前后移动轴、Y左右移动轴的驱动器是电动机。
[0012]上述叶片矫形机床的控制系统，包括PLC主控器、叶片弯曲校正控制模块、叶片扭曲校正控制模块、测量装置、显示装置、操作面板；所述叶片弯曲校正控制模块包括液压头左右移动控制子模块、液压头前后移动控制子模块、液压头升降移动控制子模块；所述液压头左右移动控制子模块的工作步骤是:将测量装置检测到的液压头左右方向上的位置信号送入PLC主控器，由PLC主控器将其与左右方向位置设定值进行比较运算，输出控制信号，作用于X轴电机的变频器，控制X轴电机的转向和转速，直至液压头移动到设定值所对应位置；所述液压头前后移动控制子模块的工作步骤是:将测量装置检测到的液压头前后方向上的位置信号送入PLC主控器，由PLC主控器将其与前后方向位置设定值进行比较运算，输出控制信号，作用于Y轴电机的变频器，控制Y轴电机的转向和转速，直至液压头移动到设定值所对应位置；X轴电机、Y轴电机联动，找准液压头在叶片上的着力点；所述液压头升降移动控制子模块的工作步骤是:将测量装置检测到的液压头上下方向上的位置信号送入PLC主控器，由PLC主控器将其与上下方向位置设定值进行比较运算，输出控制信号，经放大器放大，作用于Z轴执行器，该Z轴执行器是液压缸，其活塞伸缩，控制液压头升降，当液压头移动到设定值所对应位置时，液压缸发出反馈信号，PLC主控器停发控制信号，液压头保持在当前位置；所述叶片扭曲校正控制模块的工作步骤是:将测量装置检测到的叶片扭曲角度值信号送入PLC主控器，由PLC主控器将其与扭曲角度设定值进行比较运算，输出控制信号，经放大器放大，作用于A轴执行器，该A轴执行器是液压马达，当扭曲角度误差值是正值时，液压马达反转，带动叶片反向扭转，使扭曲角度变小，当扭曲角度误差值是负值时，液压马达正转，带动叶片正向扭转，使扭曲角度变大，当扭曲角度达到设定值时，液压马达发出反馈信号，PLC主控器停发控制信号，叶片保持在当前状态。
[0013]上述控制系统的控制方法，采用PID控制法，按下式对PID运算进行离散化处理，得增量型PID ；
[0014]Δ u (k) = kP[e (k) _e (k_l) ] +kxe (k) +kD [e (k) _2e (k_l) +e (k_2)].........式 4.1
[0015]其中:e(k):当前测量误差，等于设定值减当前实测值；
[0016]e(k-l):上一次误差值；
[0017]e(k-2):再上一次误差值；
[0018]kP:比例系数；
[0019]Ii1:积分系数；
[0020]kD:微分系数；
[0021]Au(k):PID计算增量输出
[0022]择一采用上述增量型PID、位置型PID。
[0023]按下式对PID运算进行离散化处理，得位置型PID:
[0024]
【权利要求】
1 .一种叶片矫形机床，包括床身、床头、尾座、龙门架、液压头，所述床头为A旋转轴，用于夹持叶片的一端，为校正扭曲变形提供旋扭力矩，所述尾座位于床身上，与床头相对，可在床身上前后滑动，用于夹持叶片的另一端，使其固定在床身上，调整尾座前后位置，可夹持不同长度的叶片，A轴旋转，可矫正扭曲变形；所述液压头为Z升降移动轴，为校正弯曲变形提供向下的压力；所述液压头通过滑轨布置在龙门架上，配有Y左右移动轴，用于调整液压头在叶片宽度方向的位置；所述龙门架与床身导轨配合，配有X前后移动轴，用于调整液压头在叶片长度方向的位置；Y轴、X轴联动，可找准液压头在叶片上的着力点，Z轴下移，可矫正弯曲变形。
2.如权利要求1所述的叶片矫形机床，其特征在于，所述A旋转轴的驱动器是液压马达。
3.如权利要求1所述的叶片矫形机床，其特征在于，所述Z升降移动轴的驱动器是液压缸。
4.如权利要求1所述的叶片矫形机床，其特征在于，所述X前后移动轴、Y左右移动轴的驱动器是电动机。
5.权利要求1至4任意一项所述叶片矫形机床的控制系统，包括PLC主控器、叶片弯曲校正控制模块、叶片扭曲校正控制模块、测量装置、显示装置、操作面板；所述叶片弯曲校正控制模块包括液压头左右移动控制子模块、液压头前后移动控制子模块、液压头升降移动控制子模块；所述液压头左右移动控制子模块的工作步骤是:将测量装置检测到的液压头左右方向上的位置信号送入PLC主控器，由PLC主控器将其与左右方向位置设定值进行比较运算，输出控制信号，作用于X轴电机的变频器，控制X轴电机的转向和转速，直至液压头移动到设定值所对应位置；所述液压头前后移动控制子模块的工作步骤是:将测量装置检测到的液压头前后方向上的位置信号送入PLC主控器，由PLC主控器将其与前后方向位置设定值进行比较运算，输出控制信号，作用于Y轴电机的变频器，控制Y轴电机的转向和转速，直至液压头移动到设定值所对应位置；Χ轴电机、Y轴电机联动，找准液压头在叶片上的着力点；所述液压头升降移动控制子模块的工作步骤是:将测量装置检测到的液压头上下方向上的位置信号送入PLC主控器，由PLC主控器将其与上下方向位置设定值进行比较运算，输出控制信号，经放大器放大，作用于Z轴执行器，该Z轴执行器是液压缸，其活塞伸缩，控制液压头升降，当液压头移动到设定值所对应位置时，液压缸发出反馈信号，PLC主控器停发控制信号，液压头保持在当前位置；所述叶片扭曲校正控制模块的工作步骤是:将测量装置检测到的叶片扭曲角度值信号送入PLC主控器，由PLC主控器将其与扭曲角度设定值进行比较运算，输出控制信号，经放大器放大，作用于A轴执行器，该A轴执行器是液压马达，当扭曲角度误差值是正值时，液压马达反转，带动叶片反向扭转，使扭曲角度变小，当扭曲角度误差值是负值时，液压马达正转，带动叶片正向扭转，使扭曲角度变大，当扭曲角度达到设定值时，液压马达发出反馈信号，PLC主控器停发控制信号，叶片保持在当前状态。
6.权利要求5所述控制系统的控制方法，采用PID控制法； 按下式对PID运算进行离散化处理，得增量型PID:
Δ u (k) = kP [e (k) _e (k_l) ] +kxe (k) +kD [e (k) _2e (k_l) +e (k_2)].........式 4.1 其中:e(k):当前测量误差，等于设定值减当前实测值； e(k-l):上一次误差值；e(k-2):再上一次误差值； kP:比例系数； kx:积分系数； kD:微分系数； Au(k):PID计算增量输出； 按下式对PID运算进行离散化处理，得位置型PID:
7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，优选增量式PID控制法，用下式可将增量式PID转换为位置型PID: u (k) =U (k-Ι) + Δ u (k)............................................................式 4.3 其中:Au(k):增量型PID计算结果； u(k):PID计算结果； u(k-l):以前的PID输出。
8.根据权利要求6或7所述的控制方法，其特征在于，按下表整定PID参数:
【文档编号】B30B15/26GK103640250SQ201310674853
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年12月11日 优先权日:2013年12月11日
【发明者】周家刚, 李君杰 申请人:东方电气集团东方汽轮机有限公司