[發明專利]多電機數控加工卷筒系統及電機協同自適應卷筒加工方法

在審

• 申請號: 201810909342.3
• 申請日: 2018-08-10
• 公開（公告）號: CN108646673A
• 公開（公告）日: 2018-10-12
• 發明（設計）人: 樊成
• 申請（專利權）人: 上海阜有海洋科技有限公司
• 主分類號: G05B19/414
• 分類號: G05B19/414
• 代理公司: 北京市盛峰律師事務所 11337
• 代理人: 席小東

1.一種多電機數控加工卷筒系統，其特征在于，包括工件旋轉夾緊機構、刀架X向驅動機構和刀架Y向驅動機構；

所述工件旋轉夾緊機構包括：第1導軌(19)、工件旋轉驅動單元以及工件夾緊運動單元；所述第1導軌(19)的左側安裝所述工件旋轉驅動單元；所述第1導軌(19)的右側安裝所述工件夾緊運動單元；其中，所述工件旋轉驅動單元包括：主軸伺服電機(1)、主軸制動器(2)、主軸減速機(3)、床頭箱(6)和主軸花盤(7)；所述床頭箱(6)包括混凝土基礎、主軸和主軸花盤(7)；所述主軸花盤(7)通過所述主軸安裝于所述混凝土基礎上，使所述主軸花盤(7)可繞所述主軸進行轉動；所述主軸花盤(7)的背面安裝有花盤齒輪；所述主軸伺服電機(1)依次通過所述主軸制動器(2)和所述主軸減速機(3)后，連接電機輸出軸；所述電機輸出軸上安裝電機齒輪；所述電機齒輪與所述花盤齒輪嚙合，由此實現主軸伺服電機(1)驅動所述主軸花盤(7)轉動；在所述主軸花盤(7)的正面安裝有花盤四爪(18)；

所述工件夾緊運動單元包括尾座(8)，所述尾座(8)可沿所述第1導軌(19)進行軸向的滑動；在所述尾座(8)的前端通過頂針套(14)安裝頂針(13)；頂針(13)與頂針套(14)通過滾動軸承配合；工件的一端被所述花盤四爪(18)夾持，工件的另一端被所述頂針(13)頂住；當所述工件旋轉時，頂針(13)進行同步轉動；

所述刀架Y向驅動機構包括：第2導軌(20)，所述第2導軌(20)與所述第1導軌(19)平行設置；在所述第2導軌(20)上面可滑動安裝拖板(15)；所述拖板(15)與Y向滾珠絲桿連接，形成Y向滾珠絲桿螺母副；所述Y向滾珠絲桿由Y向驅動電機(5)驅動；Y向驅動電機(5)驅動Y向滾珠絲桿旋轉，進而驅動所述拖板(15)沿所述第2導軌(20)進行Y向移動；

所述刀架X向驅動機構包括支承箱體、刀架(9)、X向滾珠絲桿和X向驅動電機(4)；所述支承箱體通過橫向導軌可滑動安裝于所述拖板(15)的上面，所述支承箱體的頂部安裝所述刀架(9)；所述X向驅動電機(4)通過X向滾珠絲桿驅動所述支承箱體進行X向移動，進而帶動所述刀架(9)進行X向移動。

2.根據權利要求1所述的多電機數控加工卷筒系統，其特征在于，所述尾座(8)還安裝有止退棘爪(17)，所述止退棘爪(17)止定在床身上的牙齒中。

3.根據權利要求1所述的多電機數控加工卷筒系統，其特征在于，還包括壓板(16)；所述壓板(16)壓持于所述尾座(8)的上面，進而將所述尾座(8)壓緊于床身上面。

4.根據權利要求1所述的多電機數控加工卷筒系統，其特征在于，還包括控制器、主軸編碼器(10)和供電電源；

所述主軸編碼器(10)的輸出端連接到控制器的輸入端；所述控制器的輸出端分別與所述主軸伺服電機(1)、所述Y向驅動電機(5)和所述X向驅動電機(4)連接；所述供電電源與所述控制器連接。

5.根據權利要求1所述的多電機數控加工卷筒系統，其特征在于，所述主軸伺服電機(1)、所述Y向驅動電機(5)和所述X向驅動電機(4)均為三相同步永磁伺服電機。

6.一種根據權利要求1-5任一項所述的多電機數控加工卷筒系統的電機協同自適應卷筒加工方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，數控運動控制器讀取需要被加工的卷筒模型以及卷筒尺寸；其中，所述卷筒模型包括若干個卷筒繩槽；所述卷筒繩槽一周分為四段，包括兩段平行于端部法蘭的直槽、以及兩段螺旋槽，并且，直槽和螺旋槽交替；兩段螺旋槽的長度和為周長的20％；兩段直槽的長度和為周長的80％；

數控運動控制器根據需要被加工的卷筒模型以及卷筒尺寸，生成控制程序；

步驟2，數控運動控制器調用所述控制程序，對用于驅動工件旋轉的主軸伺服電機(1)、用于控制加工槽長度的Y向驅動電機(5)、用于控制槽加工深度的X向驅動電機(4)進行自適應協同控制，實現卷筒繩槽的加工；

其中，數控運動控制器對電機進行自適應協同控制的過程為：

數控運動控制器首先建立虛軸與3個實軸，3個實軸的給定值從虛軸給定，根據需要加工的卷筒直徑，確定主軸與虛軸的函數關系常數；根據需要加工的卷筒的直徑、繩槽的寬度、折線與直線的比例關系確定虛軸與X軸的函數關系，根據加工繩槽的深度確定Y軸與虛軸的函數關系；

然后，根據主軸速度給定值，對主軸伺服電機(1)的轉速進行控制，并通過主軸編碼器檢測卷筒位置和主軸位置，形成主軸矢量閉環控制；

根據X軸速度給定值，對X向驅動電機(4)的轉速進行控制，并通過X軸編碼器檢測卷筒位置和X軸位置，形成X軸矢量閉環控制；

根據Y軸速度給定值，對Y向驅動電機(5)的轉速進行控制，并通過Y軸編碼器檢測卷筒位置和Y軸位置，形成Y軸矢量閉環控制。