啟東浩潤潤滑設備有限公司
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數控機床智能潤滑控制應用實例
發布時間: 2021/2/25 19:48:00
          數控機床智能潤滑控制應用實例
  一種基于溫度傳感系統(Temperature Sensing System,TSS)的智能潤滑控制方法,主要針對FANUC系統的數控機床,利用信號采集、梯形圖設計與宏參數等開發手段,最終實現了控制方法指令化。由操作人員即可根據加工條件選擇四種工作模式的任一種進行設定,使得該功能操作簡單實用。
  1、潤滑控制功能
  潤滑控制模式將根據數控編程指令參數的設定,首先向可編程控制器發出指令信號,然后由可編程控制器控制潤滑系統的運行方式,最終實現數控加工的可調式潤滑。四種潤滑模式設計如表3所示。
  智能模式中基本模式可以通過參數進行選擇設定,通過對軸承座和絲杠螺母座的溫度監控來控制潤滑時間。當監控對象溫度超過警戒值后,智能模式啟動;當監控對象溫度比警戒值低Tn時,進入其他模式。特殊情況潤滑油溫度大于等于時,系統報警提示請給潤滑油降溫。
  表3潤滑控制模式描述

序號

模式

功能描述

模式代碼

二進制信號

1

常規模式

機床原潤滑模式(保留設備原工作模式)

0

00

2

測試模式

全過程不問斷潤滑模式

1

01

3

節油模式

軸運動即開啟潤滑,軸停止即停止潤滑

2

10

4

智能模式

把1或3模式作為基本模式,根據軸溫度監控值自動進行不間斷潤滑

3

11

  2、信號采集與窗口功能應用
  潤滑控制信號的邏輯關系主要通過梯形圖編制來實現。各潤滑模式的運行條件通過譯碼電路來區分,運行條件的設定如圖5所示;輸入信號X,輸出信號Y,中間繼電器R等主要信號設定如表4所示。2222
  圖5中的G54.0和G54.1對應系統宏變量#1000和#1001(見表3所示),選取中間繼電器R420的低四位作為模式狀態信號。下面根據各模式要求,分別進行梯形圖編制與分析說明。
  表4輸入/輸出(I/O)信號設置表

序號

信號名

釋義

1

X8.7

復位

2

X5.O

手動潤滑

3

X5.2

軸承座超溫信號

4

X5.3

螺母座超溫信號

5

X5.6

潤滑泵短路或過載

6

X5.7

潤滑油不足

7

A2.O

潤滑報警(2000)

8

A2.1

潤滑油溫高報警(2001)

9

Y5.1

潤滑泵啟動

10

Y5.7

潤滑報警燈

11

Y5.6

潤滑油溫報警燈

12

R425.1

5s間隔潤滑

13

R425.3

保持第一次20s后潤滑

14

R425.5

開機第一次潤滑20s

15

R425.6

節油潤滑條件

16

R425.7

智能潤滑條件

  (1)間隔潤滑模式分析
  該模式引用VMC600加工中心典型設計進行流程說明,不作更改。流程分析如圖6所示。

  
  圖5 各模式運行條件設定圖
  
  圖6間隔潤滑流程圖
  (2)潤滑泵啟動條件
  潤滑泵啟動信號Y5.1前為四種潤滑模式的條件設定,其中R425.6為節油模式條件, R425.7為智能模式條件。信號Y5.7為潤滑油液面低報警。A2.012.1為報警信息寄存器,分別為潤滑泵短路過載報警和測量介質溫度報警。見圖7所示。
  (3)節油潤滑模式
  本模式采用各軸運動信號為條件,軸運動則潤滑,軸停止則潤滑也停止。模式對應條件控制信號R425.6,潤滑泵選通信號為R420.2。采用各軸分別控制潤滑,X軸控制梯形圖(R100.0為X正向運動狀態信號,R102.0為X負向運動狀態信號)如圖8所示。
  (4)智能調節潤滑模式
  數控機床加工時機械執行部件最需要潤滑的部件為各軸的軸承和滾珠絲杠的螺母座。如果不能取得有效潤滑,這些部件會因為潤滑條件變差,而溫度逐步升高,最終損壞??梢赃x用溫度傳感器(例如金屬表面測量型STT-S系列,或防水防震型STT-R系列溫度傳感器),利用測量溫度與預設溫度進行比較,判斷被測部件和潤滑油是否溫度超標,然后按要求進行選擇性潤滑。同時也通過此方法判斷機床工作狀況,超溫過于頻繁,表示工作條件變差,需給予保護。
 ?、贉囟刃盘柕淖x?。鹤x信號主程序可讀取串口電信號。
 ?、跍囟刃盘柕谋容^:把測量溫度數據存入R430寄存器中,與R400寄存器中預設溫度值(Tm)通過比較指令COMP(SUB15)指令進行數據比對。
  若測量溫度超過預設溫度(Ta大于等于Tm),則輸出信號R425.7選通(如圖9所示)。采用相同方式,可以設計降溫關斷的梯形圖,不同之處在于預設降溫差值(Tn)。在使用中,通過寄存器中預設Tm和Tn可以手動控制職能模式的啟動溫度。
  
  圖9信號比較輸出梯形圖
  3、宏功能的應用

  通過以上梯形圖可以獲取G54.0和G54.1潤滑模式的特征信號;然后通過可編程控制器中F54與G54信號(如表5所示)把判斷結果送至宏變量#1000與#1001中待用;最后為了能使該信號能被數控機床操作指令控制,可以選取一個未被定義的M代碼,作為斷點定位指令代碼。
  表5 G54與宏變量對應表

宏變量號

功能

對應PMC信號

#1000

G54.0

#1001

把位信號從PMC送到宏程序

G54.1

  例如M18定義指令格式為M18;在參數6071中設定值為18;指令M18中E參數按發那科系統格式設定如下:自變量I地址為E,宏變量為8,自變量Ⅱ地址為J2。下面對以上數據進行運算整理:
  以上程序在系統運行M18指令時自動執行。操作方法如下:若要選用該潤滑模式,操作者僅需在MDI模式或MEM模式下輸入M18 。其中M18為潤滑模式指令,其在運行時調用09001程序運行, E為模式設定參數。
  4、潤滑油壓力檢測分析
  在以上智能潤滑模式下,室溫21.4℃,設定溫度(Tm)30℃,降溫差值(Tn)
  (2)同題的分析和改進
  該輪航行于無限航區、萬噸級船型,采用四缸柱塞往復式舵機,舵機扭矩800kN·m,液壓系統(46號透平油)工作壓力為21MPa,電機功率約40kW。油箱容積550L,油箱尺寸700*700*700(--只)。系統散熱采用在油箱中設20×600mm(直徑×長度)10根紫銅盤管,管內冷卻海水壓力0.2MPa。規定油箱內油液溫度高于60℃開啟冷卻器,系統溫度低于15℃開啟電加熱器。
  舵機液壓系統中,無論開式或者半閉式系統,油箱總是與大氣相通的,即舵機液壓回路中,流經背壓閥后的系統回油壓力為大氣壓力。而油箱冷卻盤管內海水壓力0.2MPa,即海水壓力高于液壓油壓力,一旦盤管因腐蝕等原因發生滲漏,就不可避免地使海水漏入油箱,發生液壓油乳化事故。這種冷卻系統的設計方法,違背了熱交換器中,系統工質的工作壓力應高于冷卻介質壓力的原則。例如,船舶主柴油機滑油潤滑系統中,運轉中的滑油壓力應保持在0.15~0.4MPa之間,高于海水壓力,以防冷卻器泄漏時,海水漏入滑油中。同理,主機缸套冷卻淡水壓力應保持在0.15-0.3MPa之間,高于冷卻器中冷卻介質海水壓力(一般在0.18MPa以下)以防海水漏入淡水,腐蝕缸套。因此,舵機液壓系統中直接在油箱中設置高壓海水冷卻盤管的設計有待改進。不如采用擴大油箱容積,以增加散熱之面積,并將油箱盡量設置在機艙抽風12I,增加冷冬卻介質流速,徹底取消冷卻盤管,杜絕海水進入油箱的可能,防止液壓油乳化現象和事故的發生。
  按舵機使用說明書規定,當液壓系統溫度高于60℃時,再開啟冷卻系統。若嚴格遵循此原則,則海水冷卻系統工作(指海水冷卻盤管)總時甚少,因而冷卻器提前發生腐蝕的期限大大推遲,甚至可以在整個裝置壽命期間內,不會發生海水日久侵蝕破壞產生漏泄,避免油液乳化。但實船舵機使用的情況是,因為舵機油箱溫度計設在舵機艙油箱上,無延伸顯示,冷卻海水管路閥門啟、閉為手動操作,值班員貪圖省事,避免巡視和管理麻煩,因而讓冷卻系統常開啟。結果冷卻系統由設計時的短時間歇工作制,變為長期工作制,勢必使盤管提前腐蝕破壞,油液乳化。
  溫度系統本身慣量大,待得到溫度超限報警指令后,再手動開啟閥門,也不致影響系統的溫升。實現此方案,只需在油箱上增設一只所謂“開關量,型的溫度控制器,將此開關量信號送機艙集控室,顯示并報警。與配備海水冷卻盤管備件的方案相較,可將損失降到最低程度。

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