管端數(shù)字仿形補刀控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于制管行業(yè)機械加工設(shè)備自動控制技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種鋼管端頭加工過程中的數(shù)字仿形補刀控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，石油天然氣的用量不斷增長，導(dǎo)致油氣田的開發(fā)向邊遠荒漠、基地凍土和海洋等領(lǐng)域發(fā)展，隨之面臨的將是復(fù)雜的地理壞境、低寒的氣溫以及油氣成分的多樣性帶來的對輸送管線的腐蝕等問題。因此，在油氣輸送管線的鋪設(shè)中對每根鋼管的端頭加工提出了更高要求的同時，鋼管的材質(zhì)也由單一的碳鋼開始向復(fù)合材質(zhì)轉(zhuǎn)型，使得鋼管生產(chǎn)線中的管端加工設(shè)備不僅要提高加工精度，更要滿足復(fù)雜的加工流程和適應(yīng)更多的鋼管材質(zhì)。目前，油氣輸送鋼管主要是不銹鋼和碳鋼的復(fù)合鋼管，其主要的加工流程有管端平頭倒棱(如圖1所示)、管端內(nèi)壁鏜孔(如圖2所示)等工藝流程。
[0003]從理論上講，只要能夠保證鋼管夾緊后中心與刀盤中心在同一中心線上，就完全能夠滿足各種管端加工需求。但是在鋼管生產(chǎn)線中，往往由于成型、焊接、復(fù)合等加工流程，導(dǎo)致鋼管端頭產(chǎn)生變形，不能成為一個理論上的圓，或機床的安裝、加工等其他原因使得鋼管中心與刀盤中心很難找正(即在同一中心線)，最終造成管端加工誤差過大，廢品率大幅度提升，給企業(yè)帶來不必要的經(jīng)濟損失。所以在管端加工設(shè)備中都必須采用管端仿形加工，使加工刀具隨著管端外形的變化做出相應(yīng)的調(diào)整，以滿足生產(chǎn)要求。而現(xiàn)有的管端加工設(shè)備通常采用機械仿形輪和浮動刀座的方法進行管端的仿形加工，該辦法可以有效解決管端平頭倒棱的加工仿形要求，但是對于鋼管內(nèi)壁的鏜孔、挖槽等帶有徑向進刀功能的加工設(shè)備無法實現(xiàn)仿形加工。所以，探尋一種適合于各種管端加工的仿形補刀系統(tǒng)成為該行業(yè)的當(dāng)務(wù)之急。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]為了解決上述現(xiàn)有現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種廣泛適用于各種管端加工工藝的仿形補刀系統(tǒng)，有效解決現(xiàn)有設(shè)備不能滿足鋼管內(nèi)壁的鏜孔、挖槽等帶有徑向進刀功能設(shè)備的仿形補刀問題，同時也大幅度提高了設(shè)備的加工精度和自動化程度。
[0005]本發(fā)明技術(shù)方案:一種管端數(shù)字仿形補刀控制系統(tǒng)，包括硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)，所述硬件系統(tǒng)包括處理器、頂接口模塊、傳輸總線、模塊化運動控制驅(qū)動器、人機界面、管端外形檢測傳感器、刀盤旋轉(zhuǎn)角度檢測傳感器、軸向進刀伺服電機、徑向進刀伺服電機，所述管端外形檢測傳感器、刀盤旋轉(zhuǎn)角度檢測傳感器連接在頂接口模塊上，IM接口模塊通過傳輸總線連接在處理器上，模塊化運動控制驅(qū)動器通過傳輸總線連接在處理器上，軸向進刀伺服電機、徑向進刀伺服電機通過模塊化運動控制驅(qū)動器驅(qū)動，人機界面通過傳輸總線連接在處理器上；所述軟件系統(tǒng)包括人機界面的畫面制作軟件、處理器的邏輯編程軟件和工藝參數(shù)配置軟件；管端外形檢測傳感器、刀盤旋轉(zhuǎn)角度檢測傳感器檢測的數(shù)據(jù)經(jīng)頂接口模塊上傳至處理器，處理器對接收到的數(shù)據(jù)進行處理后，計算出徑向進刀刀座的位置值，然后向根據(jù)計算值向模塊化運動控制驅(qū)動器發(fā)出控制指令，模塊化運動控制驅(qū)動器驅(qū)動軸向進刀伺服電機和徑向進刀伺服電機運動，與之配套的刀具隨之運動，實現(xiàn)對被加工鋼管端頭進行仿形加工。
[0006]所述處理器為西門子T-CPU。
[0007]所述頂接口模塊為頂174接口模塊。
[0008]傳輸總線為PROFIBUS DP。
[0009]模塊化運動控制驅(qū)動器為SINAMICS S120。
[0010]所使用的軟件具體有:人機界面的畫面制作軟件SIMATIC WinCC flexible 2008、西門子T-CPU的邏輯編程軟件SIMATIC STEP7和工藝參數(shù)配置軟件S7 Technology。
[0011]本發(fā)明的特點在于實現(xiàn)了被加工鋼管端頭的電子仿形，徹底解決了傳統(tǒng)辦法無法實現(xiàn)管端內(nèi)壁仿形補刀加工的缺陷，大幅度提高了該種設(shè)備的自動化程度，縮短了工件的加工周期，保證了加工精度。
【附圖說明】
[0012]圖1是管端平頭倒棱加工工藝流程示意圖；
圖2是管端鏜內(nèi)孔加工工藝流程示意圖；
圖3是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
附圖中:
1.被加工鋼管端頭2.機械仿形浮動刀座 3.旋轉(zhuǎn)刀盤 4.機械仿形輪
5.管端倒棱刀片6.管端平頭刀片
7.管端夾緊裝置8.管端鏜內(nèi)孔刀片
9.徑向進刀刀座10.處理器
I1.頂接口模塊12.傳輸總線 13.模塊化運動控制驅(qū)動器 14.人機界面
15.管端外形檢測傳感器16.刀盤旋轉(zhuǎn)角度檢測傳感器
17.軸向進刀伺服電機18.徑向進刀伺服電機。
[0013]具體實施方法
下面結(jié)合附圖中的加工工藝流程示意圖和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖對本發(fā)明系統(tǒng)進行詳細說明。
[0014]圖1是管端平頭倒棱加工示意圖，被加工鋼管端頭1的外壁與機械仿形輪4緊貼，管端倒棱刀盤5和管端平頭刀盤6安裝在機械仿形浮動刀座2上，機械仿形輪4與機械仿形浮動刀座2相連，當(dāng)被加工鋼管端頭1外形變化時，機械仿形輪4跟隨其外形變化，進而帶動與之相連的機械仿形浮動刀座2也隨著被加工鋼管端頭1外形的變化而變化，最終實現(xiàn)了管端倒棱刀盤5和管端平頭刀盤6在被加工鋼管端頭1的切削量始終不變，達到仿形補刀的目的。當(dāng)旋轉(zhuǎn)刀盤3旋轉(zhuǎn)時，在軸向進刀伺服電機17的作用下，實現(xiàn)了被加工鋼管端頭1的平頭倒棱加工。這就是傳統(tǒng)的機械仿形方式，其僅限于加工鋼管端頭和外壁，無法實現(xiàn)對鋼管內(nèi)壁的加工。
[0015]圖2是管端內(nèi)壁鏜孔加工示意圖，被加工鋼管端頭1被管端夾緊裝置7夾緊后，在徑向進刀刀座9上安裝管端鏜內(nèi)孔刀片，通過徑向進刀伺服電機18驅(qū)動徑向進刀刀座9到達一定的位置。當(dāng)旋轉(zhuǎn)刀盤3旋轉(zhuǎn)時，在軸向進刀伺服電機17的作用下，可對被加工鋼管端頭1內(nèi)壁進行鏜孔加工。要保證該種加工方式的精度，必須保證被加工鋼管端頭1、管端夾緊裝置7、旋轉(zhuǎn)刀盤3的中心線在同一條直線上，而且要求被加工鋼管端頭1是理論上的圓，不得有任何變形。否則會造成加工件的損壞或機床刀盤的損壞，并且對鋼管的圓度和操作人員的要求很高。在實際的生產(chǎn)中，所有被加工鋼管端頭1或多或少都會有不同程度的變形，所以這種辦法很難廣泛適用于工業(yè)現(xiàn)場，并且效率低，廢品率高，加工刀片的損耗大，無形中增加了生產(chǎn)成本，給企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟損失。
[0016]為了解決上述管端內(nèi)壁鏜孔加工中的缺陷，本發(fā)明提供了一種管端數(shù)字仿形補刀控制系統(tǒng)，可使徑向進刀刀座9的位置隨著被加工鋼管端頭1外形的變化而變化，帶動徑向加工刀片隨之變化。由于被加工鋼管端頭1的壁厚是一固定數(shù)值，所以徑向進刀刀座9的位置值跟隨被加工鋼管端頭1的外形檢測值變化是完全符合仿形原理的，實現(xiàn)了對鋼管端頭電子仿形的目的。處理器10根據(jù)被加工鋼管端頭1的外形檢測值，通過徑向進刀伺服電機18來控制徑向進刀刀座9的位置，實現(xiàn)了實時補刀的目的。
[0017]本發(fā)明中以管段內(nèi)壁鏜內(nèi)孔為例進行說明，其硬件結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。管端外形檢測傳感器15和刀盤旋轉(zhuǎn)角度檢測傳感器16連接在頂接口模塊11 (IM174接口模塊)上，IM接口模塊11通過PROFIBUS DP (DRIVE)傳輸總線12連接在處理器10 (西門子T-CPU)上。軸向進刀伺服電機17和徑向進刀伺服電機18通過模塊化運動控制驅(qū)動器13 (SINAMICS S120)驅(qū)動，SINAMICS S120 通過 PROFIBUS DP