专利名称：切管机数控装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及自动控制技术领域，具体地说，涉及一种切管机数控装置。
背景技术：
MAA-18切管机是德国BBC公司设计制造的，具有70年代末期技术水平的全自动加工机床，是油井管生产的主体设备。但是，设备长期处于M小时连续运行状态，机床的运行精度和可靠性均有一定程度的下降，老式PLC在控制、显示以及带负载能力方面存在不足。 直接影响加工精度的传动部分是BBC公司生产的直流模拟系统，装置老化，机床的故障率增加，影响正常生产。从实际出发，对MMA-18切管机进行改造势在必行。
实用新型内容本实用新型针对现有的切管机采用老式PLC在控制、显示以及带负载能力方面存在的不足，提供一种切管机数控装置。本实用新型所需要解决的技术问题，可以通过以下技术方案来实现一种切管机数控装置，其特征在于，包括控制切管机机床主轴、辊道、机床进给机构轨迹的第一控制装置；控制切管机机床主轴转数的第二控制装置；控制辊道传动的第三控制装置；驱动机床进给机构的伺服电机进而控制机床进给机构速度和位置的第四控制装置。本实用新型中，所述第一控制装置采用西门子840D数控装置。所述第二控制装置，采用西门子6RA70-30全数字直流传动装置，第一测速机连接主轴电机，通过第一编码器将主轴转数信息输入检测电路模块并反馈西门子6RA70-30全数字传动装置。所述第三控制装置采用西门子6RA70-13全数字直流传动装置。所述第四控制装置采用西门子611D交流伺服装置，伺服电机采用1FT5交流伺服电机，第二测速机连接1FT5交流伺服电机，通过第二编码器将机床进给机构的速度和位置信息输入检查电路模块并反馈西门子611D交流伺服装置。本实用新型使得切管机运行良好，设备故障率降低到几乎为零的程度，在实际的管材接头的加工中发挥了重大作用，受到使用者的一致好评，切管机的数控装置也正好符合了当今机床的发展方向，为新产品的开发提供了技术保障。
以下结合附图和具体实施方式
来进一步说明本实用新型。
图1为MAA-18切管机整体结构示意图。图2为MAA-18切管机现有控制装置的示意图。
3[0018]图3为本实用新型的切管机数控装置的结构示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。如图1所示，MAA-18切管机的机械部分分成6大部分上料架1、辊道2、机床3、机械手4、卸料翻斗5和下料架6。上料架1上面堆放着待切割的钢管7，自动运行第1根钢管 7时，检测到辊道2上面没有钢管7，上料架1翻料至辊道2上，自动运行第2根钢管7的时候，上料架1协同配合“余料程序”进行加工工作；辊道2部分共有3台交流电机(图中未示意)，这3台电机分成2组，第1组1台电机，该电机靠近机床3，具有两方面的作用，其一是将钢管7送入机床3里面，其二是参与余料程序控制，另1组电机只有送料的功能；机床 3部分是系统的核心部分，机床3分成主轴、进给机构和卡盘(图中未示意)，钢管7进入机床3后，机床3内部的卡盘与机械手4共同配合将钢管7夹紧，之后主轴带着刀具旋转，通过进给机构控制进刀量，将钢管7切成定尺长度的管接头；机械手4负责配合机床3部分完成切割任务，切割完成后，机械手4右旋90度将料放到卸料翻斗5上面；卸料翻斗5的功能是将机械手4送过来的管接头翻到卸料架中；最后，下料架6完成管接头的收集工作。MAA-18切管机可实现自动、手动、调整、灯试、急停、归基准点、主轴调速、进给调速、辊道调速致故障报警功能。以下对上述功能进行简单描述1.、自动功能，自动功能是在无人操作的条件下，系统完成管接头的加工工作，自动功能中包括2种情况首次加工，没有余料处理；二是有余料处理；2、手动功能，手动功能也有着严格的工序过程要求和条件， 手动功能主要是为了机床调整基准；3、调整功能，调整功能是测试系统或检修系统时，手动调整机床或机械手的位置的功能，该功能可以任意调整机械部分的位置且不受工序的限制；4、灯测试功能，按下灯测试按钮时，所有的信号灯全部都亮，若发现有不亮的指示灯，则说明此指示灯有故障；5、急停功能，当按下急停按钮时，切断控制电源；6、系统故障保护功能原系统采用故障代码的形式进行故障报警，改造后的系统将故障报警全部移植到数控的 CRT上进行显示，直观可靠；7、归基准点功能，采用仿型开关进行控制；8、调速功能，采用调节电位计进行控制。参见图2，现有的控制装置以PLC为中心，PLC安装在控制柜中，操作台与控制柜之间利用信号电缆进行连接；机床3基准点调整采用仿型开关控制；机床主轴、辊道2、进给机构传动系统为模拟系统，采用电位计及多位开关进行速度调整，系统只有速度反馈；机床 3的加工定位采用行程开关进行控制。这一，当设备长期处于M小时连续运行状态，机床 3的运行精度和可靠性均有一定程度的下降，老式PLC在控制、显示以及带负载能力方面存在不足，使得机床3的故障率增加，影响正常生产。针对上述问题，本实用新型提供一种MAA-18切管机数控装置，对于MAA-18切管机，其控制的核心部分为机床3主轴、辊道2、机床3进给机构的轨迹；切管机机床3主轴的转数；辊道2的传动以及机床3进给机构的速度和位置。本实用新型主要针对上述内容进行描述，对于其他内容，例如机床控制面板显示、通讯等内容并非本实用新型的主要部分，本领域技术人员对其内容也是熟知道的，因此在必要时做简单介绍，并不具体对其进行描述。本实用新型中，为了处理好MAA-18切管机控制的核心问题，设置了控制切管机机床3主轴、辊道2、机床3进给机构轨迹的第一控制装置；控制切管机机床3主轴转数的第二控制装置；控制辊道2传动的第三控制装置；驱动机床3进给机构的伺服电机进而控制机床3进给机构速度和位置的第四控制装置。参见图3，本实用新型的第一控制装置采用采用专用于机床控制的840D数控装置 (图中未完全示意)，840D是用于车床的紧凑型的CNC控制装置，PLC集成在NC中，是内部 PLC,它控制2个连续的轨迹轴x、z和1个主轴S。本实用新型中将其应用为1个机床3主轴s，进给机构采用χ轴，辊道2控制采用ζ轴。将辊道2控制设置成ζ轴控制，可充分利用 840D的资源，同时对于辊道2调速也极为便利。控制机床3主轴传动的第二控制装置以及控制辊道2传动的第三控制装置均采用西门子6RA70系列全数字传动装置，主轴和辊道2传动是加工技术的关键，要求系统动态响应好、稳定性高等特点。第二控制装置采用6RA70-30全数字传动装置，第一测速机连接主轴电机，通过第一编码器将主轴转数信息输入检测电路模块并反馈西门子6RA70-30全数字直流传动装置，第三控制装置采用6RA70-13全数字直流传动装置。6RA70系列全数字直流传动装置具有8个数字量输入口、4个数字量输出口、4个模拟量输入口，可以方便的与数控及PLC接口连接。装置有1个标准RS232串行口，通过串行口可将其转换为标准RS485接口。RS232用于点对点通讯，RS485用于总线通讯装置除了速度调节器、电流调节器、无环流逻辑控制、触发控制单元外还有预控制器、反电势调节器.电流调节器回路的预控制器能够改善系统的动态响应。预控触发角的形成与电流给定值和电机反电势有关，并兼顾电流连续和断续工作状态以及转矩改变符号时所要求的控制角的快速变化。反电势取值与给定值相比较，产生外部励磁调节器的给定值。从而实现与反电势相关的弱磁调节。反电势调节器为PI调节器，P和I部分可分别设定。与反电势调节器并联工作的还有预控制器。预控制器根据自动测取的磁化曲线和转速产生励磁电流预给定值。励磁电流给定值可通过整流器上的1个模拟口输出。6RA70系列全数字传动装置还具有自动化功能可对电流调节器、速度调节器自动优化，该系统中，由于钢管7的材质不同及所要求的加工精度不同，所切削时要求主轴传动部分动态响应好，稳定性高。对于某些材质的钢管7要求有较高的恒转速，系统经常工作在弱磁区，所选用四象限、双闭环、逻辑无环流控制系统。第四控制装置采用西门子611D交流伺服装置，其是一种变频装置，用于驱动1FT5 交流伺服电机，采用该变频装置能满足诸如动态响应，速度设定范围和平稳运转特性等的高要求。进给机构是该系统中的关键，其由1FT5交流伺服电机驱动，进刀量的大小、精确与否直接关系到管接头的加工质量，采用611D交流伺服装置之后，不但可以满足系统的要求，且采用840D系统后，加工程序不再采用形成开关进行加工定位，而是通过第二测速机连接1FT5交流伺服电机，通过第二编码器将机床进给机构的速度和位置信息输入检查电路模块并反馈西门子611D交流伺服装置，这样从另一方面又大大提高了切管机的加工精度。同时，机床3动作控制采用840D内部FLC原系统中共有信号300多点，由于控制柜与操作台之间采用了通讯方式进行联接，而且NC与PLC之间的信号都是内部信号，大大减少了系统的信号量，只采用内部PLC便可满足点数的要求。不用扩展外部PLC，既减少了连接信号电缆的数量，又增加了系统的可靠性。操作台及控制柜改为工控行业广泛使用的德国RITTAL操作台。故障报警功能的实现利用840D强大的报警存储区，将报警文本编写好，并且与报警存储区中的报警代号形成一一对应关系，通过专门的软件将报警文本传人840D中，设置相应的内部控制位，故障报警功能便实现了。归基准点功能是数控机床的关键部分，系统的自动运行便是建立在基准点的基础之上的，归基准点是NC的1项基本功能，通过PLC的简单处理便可以完成这一功能，这样原控制装置中的仿型开关便可以省去了，且定位准确。辊道2调速功能采用了 NC标准的集成操作面板，面板上设置了主轴和进给机构的修调，没有辊道2的修调，所以采用编程的方式赋予了辊道修调2个按钮。余料控制功能，第1根钢管 7的时候，正常进行切割，在机床的入口处有光栅检测开关，光栅检测到没有钢管7的时候， 此时认为是余料控制，这时由于没有辊道的送料作用，钢管7不能继续送入机床，这时，上料架1翻料，辊道2运转，后面的钢管7顶前面的钢管7，此时程序按照操作台上面的余料段数设置开关进行加工，加工完预置的段数后，下一个加工程序不进行切割了，而是利用后面钢管7将前面钢管7顶出来，这样一个加工过程便完成了。本实用新型的主要特点是采用6RA70实现主轴速度最佳控制，主轴转数在负荷变化时，既要保持系统转数的稳定又要有良好的动态响应是管接头加工时的技术关键，它的转数精度要求在1 %，超调量小于5%。6RA70是全数字直流调速装置，它是一个四象限双闭环、逻辑无环流控制装置，它除具有电流调节器、速度调节器外还有预控制器，电流回路的预控制器能够改善系统的动态响应、预控触发角的形成并兼顾电流连续和断续工作状态及转矩改变符号时所要求的控制角的快速变化。为提高系统的精度，速度环采用第一编码器作为速度反馈，加之对系统电流调节器、预控制器、速度调节器优化、自动测取电机的磁化曲线(用于弱磁控制)，使系统的精度达到0. 确保加工精度。采用西门子1FT5伺服电机和西门子611D交流何服装置完成刀具的精确定位、快速跟踪，611D交流何服装置是在主轴高速旋转的同时担负着进刀切削的任务，当负荷变化时，转速的稳定性以及动态响应直接影响加工精度。由于采用第二测速机作为速度反馈信号，用第一编码器作为位置检测信号，通过对系统自动优化达到最佳控制，使系统的动态响应及系统稳定性等各项指标都达到最优，满足了生产需要。通过本实用新型，MAA-18切管机运行良好，设备故障率降低到几乎为零的程度，在实际的管材接头的加工中发挥了重大作用，受到使用者的一致好评，MAA-18切管机的数控装置也正好符合了当今机床的发展方向，为新产品的开发提供了技术保障。以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
权利要求1.一种切管机数控装置，其特征在于，包括控制切管机机床主轴、辊道、机床进给机构轨迹的第一控制装置；控制切管机机床主轴转数的第二控制装置；控制辊道传动的第三控制装置；驱动机床进给机构的伺服电机进而控制机床进给机构速度和位置的第四控制装置。
2.根据权利要求1所述的切管机数控装置，其特征在于所述第一控制装置采用西门子840D数控装置。
3.根据权利要求1所述的切管机数控装置，其特征在于所述第二控制装置，采用西门子6RA70-30全数字直流传动装置，第一测速机连接主轴电机，通过第一编码器将主轴转数信息输入检测电路模块并反馈西门子6RA70-30全数字传动装置。
4.根据权利要求1所述的切管机数控装置，其特征在于所述第三控制装置采用西门子6RA70-13全数字直流传动装置。
5.根据权利要求1所述的切管机数控装置，其特征在于所述第四控制装置采用西门子611D交流伺服装置，伺服电机采用1FT5交流伺服电机，第二测速机连接1FT5交流伺服电机，通过第二编码器将机床进给机构的速度和位置信息输入检查电路模块并反馈西门子 6 IlD交流伺服装置。
专利摘要本实用新型针对现有的切管机采用老式PLC在控制、显示以及带负载能力方面存在的不足，提供一种切管机数控装置。该数控装置，包括控制切管机机床主轴、辊道、机床进给机构轨迹的第一控制装置；控制切管机机床主轴转数的第二控制装置；控制辊道传动的第三控制装置；驱动机床进给机构的伺服电机进而控制机床进给机构速度和位置的第四控制装置。本实用新型使得切管机运行良好，设备故障率降低到几乎为零的程度，在实际的管材接头的加工中发挥了重大作用，受到使用者的一致好评，切管机的数控装置也正好符合了当今机床的发展方向，为新产品的开发提供了技术保障。
文档编号G05B19/18GK202210227SQ20112026871
公开日2012年5月2日 申请日期2011年7月27日 优先权日2011年7月27日
发明者孟令仁, 王朝利 申请人:上海东大自动化工程有限公司