[发明专利]一种数控深孔钻床控制系统及其控制方法

权利要求书

1.一种数控深孔钻床控制方法，其特征在于：包括数控深孔钻床控制系统，控制系统包括触摸屏、PLC控制器和数控深孔钻床装置，其中，

所述触摸屏与所述PLC控制器连接，用于切换自动控制模式和手动控制模式，以及用于实时显示钻床工作参数；

所述PLC控制器作为系统控制核心，用于完成相应数据传送和各个I/O口的控制，以及用于控制数控深孔钻床装置中的各个执行机构进行相应的动作；

所述数控深孔钻床装置用于对待加工的工件进行深孔加工；

还包括以下步骤：

利用PLC控制器控制数控深孔钻床装置中的各个执行机构进行相应的动作，完成工件的深孔加工：

步骤1：通过控制伺服电机转动，将工作台退到夹件位置，工作台内部的气缸松开，通过机械手抓取工件，放入工作台内，通过工作台内的气缸动作，使工作台内的卡盘夹紧工件；夹紧工件后，通过PLC控制交流伺服电机正转使工作台快速移动到加工位置；

步骤2：打开切屑液电机释放切屑液，对加工工件喷切屑液；然后，通过钻头对工件进行工作进给，工进一定深度后，通过关闭切屑液电机，停止切削液的释放，同时，钻头快速退回工件加工孔孔外，便于工件进行排屑；

步骤3：按照步骤2循环操作，直到完成总工进位移；最终，主轴电机停止，工作台快速退回至夹件位置，交流伺服电机停止，工作台内的卡盘松开，报警灯闪烁，机械手更换工件；

所述PLC控制器通过光电编码器结合无级调速系统实现调速半闭环控制系统的同时保持恒定的切削速度，具体步骤包括：

1)将控制钻削速度的变速箱级数设为4级；

2)设a_j为第j传动组的中心距，则有其中，m_j，i_1j，Z_1j分别为第j变速传动组齿轮的模数、最小传动比和相应传动组中主动齿轮数；由得出变速箱展开图最小总中心距；

3)设计约束条件：

①变速组中的极限传动比限制条件：在降速传动中，最小传动比i_min≥1/4；在升速传动中，最大传动比i_max≤2；

②减少传动件尺寸的原则：变速组的降速要“前缓后快”的原则；设i_jmin为第j变速组的最小传动比，则有i_1min≥i_2min≥…≥i_jmin≥…≥i_nmin；

③线速度：齿轮的动载荷随其分度圆线速度的增加而急剧上升，取齿轮最大允许线速度[v_max]＝30m/s，由齿轮的线速度，其中，v_ji表示第j个变速组、标号i的齿轮的线速度(m/s)，Z_ji表示第j个变速组、标号i的齿轮，n_jmax表示第j个变速组中主动轮的最高转速(r/min)；

④转速误差：实际传动比(齿轮齿数之比)与理论传动比之间允许有误差，必须满足

2.如权利要求1所述的数控深孔钻床控制方法，其特征在于：所述PLC控制器采用基于模糊控制的微分先行PID控制构建成位置全闭环控制系统，具体步骤包括：

1)模糊控制器输入为偏差e(k)和偏差变化率输出为比例系数的增量ΔK_p(k)；该模糊控制器加在微分先行PID控制器前，则偏差为e(k)＝r(k)-u_D(k)；

2)控制算法将工进距离的偏差e和偏差变化率及比例系数增量ΔK_p均分为3个等级，即3个参数的模糊集合的等级均为{-1，0，1}，语言表达式为{负(N)，零(Z)，正(P)}；选择隶属度函数时，表示负(N)的模糊集合为[-1，0]，其隶属度函数为Z型函数；表示零(Z)的模糊集合为[-1，1]，其隶属度函数为三角函数；表示正(P)的模糊集合为[0，1]，其隶属度函数为S型函数；比例因子与量化因子会随着被控对象的响应而定；

3)偏差e(k)和偏差变化率的模糊集的论域均为[-1，1]，实际论域则由被控对象工进距离在增加阶段的偏差达到的最高值e_m和偏差变化率e_m的最高值决定，分别为[-e_m，e_m]和则有和

4)对移动位置与给定值的偏差进行微分，而对移动位置给定值不做微分。