专利名称：数控龙门机床动梁式龙门及其动梁水平状态控制方法
技术领域：
本发明属于数控龙门机床领域，涉及的是一种数控龙门机床的动梁式龙门及其动梁水平状态的控制方法。
背景技术：
近年来，随着装备制造业的快速发展，大型、重型机床的需求量在不断增加，其中包括数控动梁式龙门机床。目前，存在于数控动梁龙门机床设计中的一个难题是如何保证数控动梁式龙门机床的动梁在上下移动过程中以及动梁上的主轴箱在左右移动过程中能够始终保持严格的水平状态。大型数控动梁式龙门机床的龙门跨距较大，动梁较长，动梁上的主轴箱也较重。动梁在上下移动过程中，其传动结构、装配误差和制造误差等会使动梁的水平度发生变化，动梁上的主轴箱在左右移动时也会因重心移动而弓I起动梁的水平度变化，动梁水平度的改变必然导致主轴上刀具中心轴线与工作台的垂直角度产生偏差，致使机床的几何精度下降，零件加工误差增大。为了解决这一问题，现有技术采取的是下述联合措施i.提高动梁的结构刚度并增加运动副导向面的长度；2.提高相关零部件的制造精度，减小配合间隙；3.采用如液压装置等机械辅助机构来调整龙门动梁的水平度。实践证明，这种综合措施会使高精度数控动梁式龙门机床的制造难度和制造成本大大增加，而且效果并不理想。
发明内容
本发明的目的在于提出一种数控龙门机床动梁式龙门及其动梁水平状态控制方法，使龙门动梁的水平度能够在动态中自动调整，保证动梁始终处于高精度的水平状态，并能在满足高精度的前提下降低制造难度和使用成本。实现上述目的的技术方案是一种数控龙门机床的动梁式龙门，包括构成龙门框架的左右两个立柱和上端的固定顶梁，以及两端通过滚珠丝杠运动副安装在左右立柱上的动梁，所述顶梁的两端各装有一个独立的伺服电机并各自带动其下方运动副的滚珠丝杆，所述左右两个立柱内侧各装有一副位置反馈光栅尺，同侧的伺服电机、滚珠丝杠运动副和位置光栅尺组成一个闭环控制单元，两侧的闭环控制单元分别通过数据总线与机床的数控系统连接并形成一个全闭环伺服控制系统。作为一种优选方案，所述两侧闭环控制单元的结构相同。这样可以简化系统的控制程序，使动梁的动态平衡调整趋于快速和稳定。上述动梁的水平状态控制方法是利用数控龙门机床的数控系统控制所述两侧闭环控制单元，实施动梁的动态水平调整。当需要动梁做上下移动时，数控系统发出动梁移动指令，主动控制单元和从动控制单元各自完成下述程序检测光栅尺上的位移量并反馈至数控系统，数控系统对位置反馈量与指令值进行实时比较，若比较后的位置偏差值不为零，则数控系统计算出位置偏差，并控制伺服驱动单元的位置环发出速度指令，该指令再与各自电机的速度反馈分别实时比较，如果速度偏差不为零，则产生驱动电机的扭矩指令，作为驱动电机旋转的电流指令，这样即可使该单元的伺服电机转动。两个伺服电机转动时，控制系统将它们的扭矩指令进行实时比较，如果两者的扭矩指令比较后的偏差值不为零，数控系统则保持主动电机的转速不变，而发出从动电机闭环伺服控制补偿指令，即增大或缩小该单元的电机转速。这样，动梁在升降过程中，由于两端的移动位置被实时控制，就能够实现高精度同步移动，从而保证了动梁的高精度水平状态。动梁上的主轴箱左右移动时，如果引起动梁的水平状态变化，即动梁的左端或右端发生位移，此时，发生位移端的位置反馈值与指令值为零的指令值比较，其偏差值则不为零，数控系统将指令该侧的闭环伺服控制单元工作，即按上述控制程序实施控制，使伺服电机正转或反转，即对动梁的水平状态进行调整，保持动梁的高精度水平状态。本发明充分利用了数控系统的全闭环伺服控制技术和伺服同步驱动控制功能，龙门上动梁的水平度能够实时得到调整，各个环节动作能够自动控制，其构造简单、调整精度高，而且能有效地补偿传动元件的精度误差和变形量。
图I是本发明的构造示意图。图2是本发明全闭环伺服控制系统框图。图中1.伺服电机SM1;2、8.滚珠丝杆，3.位置反馈光栅尺L1,4.固定顶梁，5.动梁，6.主轴箱，7.位置反馈光栅尺L2,9.伺服电机SM2,10.右立柱，11.工作台，12.左立柱。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。如图I所示，本发明数控动梁式龙门机床的动梁，包括构成龙门框架的左立柱12、右立柱10和两个立柱上端的固定横梁4，以及两端通过滚珠丝杠运动副安装在左右立柱上的动梁5，固定横梁4的左端装有独立的伺服电机SM1I,右端装有独立的伺服电机SM29，伺服电机SM1I连接并带动的是其下方运动副的滚珠丝杆2，伺服电机SM29连接并带动的是其下方运动副的滚珠丝杆8，左立柱12内侧装有一副位置反馈光栅尺U3，右立柱10内侧装有一副位置反馈光栅尺L27，同在左侧的伺服电机SM1U滚珠丝杠运动副和位置反馈光栅尺U3组成为一个闭环控制单元，同在右侧的伺服电机SM29、滚珠丝杠运动副和位置反馈光栅尺匕7也组成为一个闭环控制单元，两个闭环控制单元相同，两侧的闭环控制单元分别通过数据总线与机床的数控系统连接，如图2所示。动梁水平状态的控制方法是利用数控龙门机床的数控系统控制所述两侧闭环控制单元，实施动梁的动态水平调整。为了易于区分和实施控制，通常把一侧的闭环控制单元定义为主动控制单元，把另一侧的闭环控制单元定义为从动控制单元，相应的，把主动控制单元中的伺服电机定义为主动电机，把光栅尺定义为主光栅尺，把从动控制单元中的伺服电机定义为从动电机，把光栅尺定义为副光栅尺。机床启动时，动梁的控制方式通过系统内置的PLC控制程序自动设定成伺服同步驱动控制方式，并保证两个伺服电机一直处于伺服激磁状态。由于两个伺服电机及两个位置反馈光栅尺都连接在控制系统中，当动梁上下移动或动梁上的主轴箱左右移动时，一旦动梁的水平状态发生变化，左右两个光栅尺上的位置反馈数据即刻反馈到控制系统中，控制系统立即通过伺服驱动单元对两个伺服电机进行调节，消除动梁的水平偏差，确保动梁的水平状态。如图2所示，当需要动梁做上下移动时，数控系统发出动梁移动指令CMD，该指令同时也发给主动控制单元和从动控制单元，两个控制单元各自完成下述程序检测光栅尺L1和L2上的位移量并反馈至数控系统，数控系统对位置反馈量与指令值CMD实时比较，若比较后的偏差值不为零，则数控系统计算出位置偏差Σ I和Σ 2，并控制伺服驱动单元的位置环，给该控制单元的电机发出速度指令VCMDl和VCMD2，该指令VCMDl和VCMD2再与各自电机的速度反馈I和速度反馈2分别实时比较，如果速度偏差不为零，则产生驱动电机的扭矩指令TCMDl和TCMD2作为驱动电机旋转的电流指令，这样即可使该单元的伺服电机转动。两个伺服电机转动时，控制系统将它们的扭矩指令TCMDl和TCMD2进行实时比较，如果两者的扭矩指令比较偏差值不为零，数控系统则保持主动电机的转速不变，而发出从动电机闭环伺服控制补偿指令，即根据同步补偿系数K，增大或缩小该单元的电机转速。这样，动梁在 升降过程中，由于两端的移动位置被实时控制，就能够实现高精度同步移动，从而保证了动梁的高精度水平状态。动梁上的主轴箱左右移动时，如果引起动梁的水平状态变化，即动梁的左端或右端发生位移，此时，发生位移端的位置反馈I或位置反馈2与指令值为零的指令值CMD比较，其偏差值则不为零，数控系统将指令该侧的闭环伺服控制单元工作，即按上述控制程序实施控制，使伺服电机正转或反转，即对动梁的水平状态进行调整，保持动梁的高精度水平状态。
权利要求
1.一种数控龙门机床的动梁式龙门，包括构成龙门框架的左右两个立柱和上端的固定顶梁，以及两端通过滚珠丝杠运动副安装在左右立柱上的动梁，其特征在于所述顶梁的两端各装有一个独立的伺服电机并各自带动其下方运动副的滚珠丝杆，所述左右两个立柱内侧各装有一副位置反馈光栅尺，同侧的伺服电机、滚珠丝杠运动副和位置光栅尺组成一个闭环控制单元，两侧的闭环控制单元分别通过数据总线与机床的数控系统连接并形成一个全闭环伺服控制系统。
2.按照权利要求I所述的数控龙门机床的动梁式龙门，其特征在于所述两侧闭环控制单元的结构相同。
3.按照权利要求I所述的动梁式龙门动梁水平状态的控制方法，其特征在于利用数控龙门机床的数控系统控制所述两侧闭环控制单元，实施动梁的动态水平调整。
全文摘要
本发明公开了一种数控龙门机床动梁式龙门及其动梁水平状态控制方法，龙门包括左右两个立柱、固定顶梁和两端通过滚珠丝杠运动副安装在左右立柱上的动梁，顶梁的两端各装有一个独立的伺服电机并各自带动其下方运动副的滚珠丝杆，左右两个立柱内侧各装有一副位置反馈光栅尺，同侧的伺服电机、滚珠丝杠运动副和位置光栅尺组成一个闭环控制单元，两侧的闭环控制单元分别通过数据总线与机床的数控系统连接并形成一个全闭环伺服控制系统；控制方法是利用数控龙门机床的数控系统控制两侧闭环控制单元，实施动梁的动态水平调整。龙门构造简单，动梁的水平度能够实时得到调整，各个环节动作能够自动控制，调整精度高。
文档编号B23Q11/00GK102699688SQ20121018506
公开日2012年10月3日 申请日期2012年6月5日 优先权日2012年6月5日
发明者张奇志, 徐捍辉, 方绪寿, 方雄文, 李军舰, 王战勇, 童国荣, 罗宁, 罗建全, 蓝云新, 陈国强, 魏晓庆 申请人:汉川机床集团有限公司