葉片矯形機(jī)床及其控制系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種葉片矯形機(jī)床，包括床身、床頭、尾座、龍門架、液壓頭，所述床頭為A旋轉(zhuǎn)軸，用于夾持葉片的一端，為校正扭曲變形提供旋扭力矩，所述尾座位于床身上，與床頭相對，可在床身上前后滑動，用于夾持葉片的另一端，使其固定在床身上，調(diào)整尾座前后位置，可夾持不同長度的葉片，A軸旋轉(zhuǎn)，可矯正扭曲變形；所述液壓頭為Z升降移動軸，為校正扭曲變形提供向下的壓力；所述液壓頭通過滑軌布置在龍門架上，配有Y左右移動軸，用于調(diào)整液壓頭在葉片寬度方向的位置；所述龍門架與床身導(dǎo)軌配合，配有X前后移動軸，用于調(diào)整液壓頭在葉片長度方向的位置；Y軸、X軸聯(lián)動，可找準(zhǔn)液壓頭在葉片上的著力點，Z軸下移，可矯正彎曲變形。該機(jī)床的控制系統(tǒng)采用PID控制法，最多3個來回即可將變形量矯正到符合要求，大幅度提高了葉片矯形效率。
【專利說明】葉片矯形機(jī)床及其控制系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0001]本發(fā)明屬于葉片制造【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種葉片矯形機(jī)床及其控制系統(tǒng)和方法，用于校正葉片的彎曲變形和扭曲變形。
【背景技術(shù)】:
[0002]在汽輪機(jī)制造行業(yè)，葉片是技術(shù)難度最大、加工批量最大的工件，汽輪機(jī)的制造周期往往取決于葉片的加工效率。
[0003]葉片加工過程中很容易由于內(nèi)部能量的釋放使應(yīng)力降低而產(chǎn)生彎曲變形和扭曲變形，需要矯形。
[0004]目前，葉片矯形是人工手動方式，全憑工人師傅的經(jīng)驗，通常要多次來回校正，才能將變形量校正到允許的范圍內(nèi)，對一些大型葉片，例如核電汽輪機(jī)末級葉片，其氣道最長為72英寸(1.83m),毛坯重達(dá)半噸以上，變形量會較大，來回校正次數(shù)高達(dá)十幾次。
[0005]人工手動矯形對工人的個人技能要求高，勞動強(qiáng)度大，矯形效率非常低，且只能進(jìn)行彎曲校正，不能進(jìn)行扭曲校正，成為汽輪機(jī)制造行業(yè)亟待解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0006]為解決上述問題，本發(fā)明提供一種葉片矯形機(jī)床及其控制系統(tǒng)和方法，不僅可矯正彎曲變形，也可矯正扭曲變形，校正來回次減少，有效地提高葉片矯形的效率。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0008]一種葉片矯形機(jī)床，包括床身、床頭、尾座、龍門架、液壓頭，所述床頭為A旋轉(zhuǎn)軸，用于夾持葉片的一端，為校正扭曲變形提供旋扭力矩，所述尾座位于床身上，與床頭相對，可在床身上前后滑動，用于夾持葉片的另一端，使其固定在床身上，調(diào)整尾座前后位置，可夾持不同長度的葉片，A軸旋轉(zhuǎn)，可矯正扭曲變形；所述液壓頭為Z升降移動軸，為校正彎曲變形提供向下的壓力；所述液壓頭通過滑軌布置在龍門架上，配有Y左右移動軸，用于調(diào)整液壓頭在葉片寬度方向的位置；所述龍門架與床身導(dǎo)軌配合，配有X前后移動軸，用于調(diào)整液壓頭在葉片長度方向的位置；Y軸、X軸聯(lián)動，可找準(zhǔn)液壓頭在葉片上的著力點，Z軸下移，可矯正彎曲變形。
[0009]所述A旋轉(zhuǎn)軸的驅(qū)動器是液壓馬達(dá)。
[0010]所述Z升降移動軸的驅(qū)動器是液壓缸。
[0011]所述X前后移動軸、Y左右移動軸的驅(qū)動器是電動機(jī)。
[0012]上述葉片矯形機(jī)床的控制系統(tǒng)，包括PLC主控器、葉片彎曲校正控制模塊、葉片扭曲校正控制模塊、測量裝置、顯示裝置、操作面板；所述葉片彎曲校正控制模塊包括液壓頭左右移動控制子模塊、液壓頭前后移動控制子模塊、液壓頭升降移動控制子模塊；所述液壓頭左右移動控制子模塊的工作步驟是:將測量裝置檢測到的液壓頭左右方向上的位置信號送入PLC主控器，由PLC主控器將其與左右方向位置設(shè)定值進(jìn)行比較運算，輸出控制信號，作用于X軸電機(jī)的變頻器，控制X軸電機(jī)的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速，直至液壓頭移動到設(shè)定值所對應(yīng)位置；所述液壓頭前后移動控制子模塊的工作步驟是:將測量裝置檢測到的液壓頭前后方向上的位置信號送入PLC主控器，由PLC主控器將其與前后方向位置設(shè)定值進(jìn)行比較運算，輸出控制信號，作用于Y軸電機(jī)的變頻器，控制Y軸電機(jī)的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速，直至液壓頭移動到設(shè)定值所對應(yīng)位置；X軸電機(jī)、Y軸電機(jī)聯(lián)動，找準(zhǔn)液壓頭在葉片上的著力點；所述液壓頭升降移動控制子模塊的工作步驟是:將測量裝置檢測到的液壓頭上下方向上的位置信號送入PLC主控器，由PLC主控器將其與上下方向位置設(shè)定值進(jìn)行比較運算，輸出控制信號，經(jīng)放大器放大，作用于Z軸執(zhí)行器，該Z軸執(zhí)行器是液壓缸，其活塞伸縮，控制液壓頭升降，當(dāng)液壓頭移動到設(shè)定值所對應(yīng)位置時，液壓缸發(fā)出反饋信號，PLC主控器停發(fā)控制信號，液壓頭保持在當(dāng)前位置；所述葉片扭曲校正控制模塊的工作步驟是:將測量裝置檢測到的葉片扭曲角度值信號送入PLC主控器，由PLC主控器將其與扭曲角度設(shè)定值進(jìn)行比較運算，輸出控制信號，經(jīng)放大器放大，作用于A軸執(zhí)行器，該A軸執(zhí)行器是液壓馬達(dá)，當(dāng)扭曲角度誤差值是正值時，液壓馬達(dá)反轉(zhuǎn)，帶動葉片反向扭轉(zhuǎn)，使扭曲角度變小，當(dāng)扭曲角度誤差值是負(fù)值時，液壓馬達(dá)正轉(zhuǎn)，帶動葉片正向扭轉(zhuǎn)，使扭曲角度變大，當(dāng)扭曲角度達(dá)到設(shè)定值時，液壓馬達(dá)發(fā)出反饋信號，PLC主控器停發(fā)控制信號，葉片保持在當(dāng)前狀態(tài)。
[0013]上述控制系統(tǒng)的控制方法，采用PID控制法，按下式對PID運算進(jìn)行離散化處理，得增量型PID ；
[0014]Δ u (k) = kP[e (k) _e (k_l) ] +kxe (k) +kD [e (k) _2e (k_l) +e (k_2)].........式 4.1
[0015]其中:e(k):當(dāng)前測量誤差，等于設(shè)定值減當(dāng)前實測值；
[0016]e(k-l):上一次誤差值；
[0017]e(k-2):再上一次誤差值；
[0018]kP:比例系數(shù)；
[0019]Ii1:積分系數(shù)；
[0020]kD:微分系數(shù)；
[0021]Au(k):PID計算增量輸出
[0022]擇一采用上述增量型PID、位置型PID。
[0023]按下式對PID運算進(jìn)行離散化處理，得位置型PID:
[0024]
【權(quán)利要求】
1 .一種葉片矯形機(jī)床，包括床身、床頭、尾座、龍門架、液壓頭，所述床頭為A旋轉(zhuǎn)軸，用于夾持葉片的一端，為校正扭曲變形提供旋扭力矩，所述尾座位于床身上，與床頭相對，可在床身上前后滑動，用于夾持葉片的另一端，使其固定在床身上，調(diào)整尾座前后位置，可夾持不同長度的葉片，A軸旋轉(zhuǎn)，可矯正扭曲變形；所述液壓頭為Z升降移動軸，為校正彎曲變形提供向下的壓力；所述液壓頭通過滑軌布置在龍門架上，配有Y左右移動軸，用于調(diào)整液壓頭在葉片寬度方向的位置；所述龍門架與床身導(dǎo)軌配合，配有X前后移動軸，用于調(diào)整液壓頭在葉片長度方向的位置；Y軸、X軸聯(lián)動，可找準(zhǔn)液壓頭在葉片上的著力點，Z軸下移，可矯正彎曲變形。
2.如權(quán)利要求1所述的葉片矯形機(jī)床，其特征在于，所述A旋轉(zhuǎn)軸的驅(qū)動器是液壓馬達(dá)。
3.如權(quán)利要求1所述的葉片矯形機(jī)床，其特征在于，所述Z升降移動軸的驅(qū)動器是液壓缸。
4.如權(quán)利要求1所述的葉片矯形機(jī)床，其特征在于，所述X前后移動軸、Y左右移動軸的驅(qū)動器是電動機(jī)。
5.權(quán)利要求1至4任意一項所述葉片矯形機(jī)床的控制系統(tǒng)，包括PLC主控器、葉片彎曲校正控制模塊、葉片扭曲校正控制模塊、測量裝置、顯示裝置、操作面板；所述葉片彎曲校正控制模塊包括液壓頭左右移動控制子模塊、液壓頭前后移動控制子模塊、液壓頭升降移動控制子模塊；所述液壓頭左右移動控制子模塊的工作步驟是:將測量裝置檢測到的液壓頭左右方向上的位置信號送入PLC主控器，由PLC主控器將其與左右方向位置設(shè)定值進(jìn)行比較運算，輸出控制信號，作用于X軸電機(jī)的變頻器，控制X軸電機(jī)的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速，直至液壓頭移動到設(shè)定值所對應(yīng)位置；所述液壓頭前后移動控制子模塊的工作步驟是:將測量裝置檢測到的液壓頭前后方向上的位置信號送入PLC主控器，由PLC主控器將其與前后方向位置設(shè)定值進(jìn)行比較運算，輸出控制信號，作用于Y軸電機(jī)的變頻器，控制Y軸電機(jī)的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速，直至液壓頭移動到設(shè)定值所對應(yīng)位置；Χ軸電機(jī)、Y軸電機(jī)聯(lián)動，找準(zhǔn)液壓頭在葉片上的著力點；所述液壓頭升降移動控制子模塊的工作步驟是:將測量裝置檢測到的液壓頭上下方向上的位置信號送入PLC主控器，由PLC主控器將其與上下方向位置設(shè)定值進(jìn)行比較運算，輸出控制信號，經(jīng)放大器放大，作用于Z軸執(zhí)行器，該Z軸執(zhí)行器是液壓缸，其活塞伸縮，控制液壓頭升降，當(dāng)液壓頭移動到設(shè)定值所對應(yīng)位置時，液壓缸發(fā)出反饋信號，PLC主控器停發(fā)控制信號，液壓頭保持在當(dāng)前位置；所述葉片扭曲校正控制模塊的工作步驟是:將測量裝置檢測到的葉片扭曲角度值信號送入PLC主控器，由PLC主控器將其與扭曲角度設(shè)定值進(jìn)行比較運算，輸出控制信號，經(jīng)放大器放大，作用于A軸執(zhí)行器，該A軸執(zhí)行器是液壓馬達(dá)，當(dāng)扭曲角度誤差值是正值時，液壓馬達(dá)反轉(zhuǎn)，帶動葉片反向扭轉(zhuǎn)，使扭曲角度變小，當(dāng)扭曲角度誤差值是負(fù)值時，液壓馬達(dá)正轉(zhuǎn)，帶動葉片正向扭轉(zhuǎn)，使扭曲角度變大，當(dāng)扭曲角度達(dá)到設(shè)定值時，液壓馬達(dá)發(fā)出反饋信號，PLC主控器停發(fā)控制信號，葉片保持在當(dāng)前狀態(tài)。
6.權(quán)利要求5所述控制系統(tǒng)的控制方法，采用PID控制法； 按下式對PID運算進(jìn)行離散化處理，得增量型PID:
Δ u (k) = kP [e (k) _e (k_l) ] +kxe (k) +kD [e (k) _2e (k_l) +e (k_2)].........式 4.1 其中:e(k):當(dāng)前測量誤差，等于設(shè)定值減當(dāng)前實測值； e(k-l):上一次誤差值；e(k-2):再上一次誤差值； kP:比例系數(shù)； kx:積分系數(shù)； kD:微分系數(shù)； Au(k):PID計算增量輸出； 按下式對PID運算進(jìn)行離散化處理，得位置型PID:
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的控制方法，其特征在于，優(yōu)選增量式PID控制法，用下式可將增量式PID轉(zhuǎn)換為位置型PID: u (k) =U (k-Ι) + Δ u (k)............................................................式 4.3 其中:Au(k):增量型PID計算結(jié)果； u(k):PID計算結(jié)果； u(k-l):以前的PID輸出。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的控制方法，其特征在于，按下表整定PID參數(shù):
【文檔編號】B30B15/26GK103640250SQ201310674853
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年12月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月11日
【發(fā)明者】周家剛, 李君杰 申請人:東方電氣集團(tuán)東方汽輪機(jī)有限公司