葉片矯形機床及其控制系統和方法
【專利摘要】本發明公開一種葉片矯形機床，包括床身、床頭、尾座、龍門架、液壓頭，所述床頭為A旋轉軸，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，調整尾座前后位置，可夾持不同長度的葉片，A軸旋轉，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，用于調整液壓頭在葉片寬度方向的位置；所述龍門架與床身導軌配合，配有X前后移動軸，用于調整液壓頭在葉片長度方向的位置；Y軸、X軸聯動，可找準液壓頭在葉片上的著力點，Z軸下移，可矯正彎曲變形。該機床的控制系統采用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】葉片矯形機床及其控制系統和方法
【技術領域】:
[0001]本發明屬于葉片制造【技術領域】，涉及一種葉片矯形機床及其控制系統和方法，用于校正葉片的彎曲變形和扭曲變形。
【背景技術】:
[0002]在汽輪機制造行業，葉片是技術難度最大、加工批量最大的工件，汽輪機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部能量的釋放使應力降低而產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，對一些大型葉片，例如核電汽輪機末級葉片，其氣道最長為72英寸(1.83m),毛坯重達半噸以上，變形量會較大，來回校正次數高達十幾次。
[0005]人工手動矯形對工人的個人技能要求高，勞動強度大，矯形效率非常低，且只能進行彎曲校正，不能進行扭曲校正，成為汽輪機制造行業亟待解決的問題。
【發明內容】
:
[0006]為解決上述問題，本發明提供一種葉片矯形機床及其控制系統和方法，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]本發明的技術方案是:
[0008]一種葉片矯形機床，包括床身、床頭、尾座、龍門架、液壓頭，所述床頭為A旋轉軸，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，調整尾座前后位置，可夾持不同長度的葉片，A軸旋轉，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，用于調整液壓頭在葉片寬度方向的位置；所述龍門架與床身導軌配合，配有X前后移動軸，用于調整液壓頭在葉片長度方向的位置；Y軸、X軸聯動，可找準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旋轉軸的驅動器是液壓馬達。
[0010]所述Z升降移動軸的驅動器是液壓缸。
[0011]所述X前后移動軸、Y左右移動軸的驅動器是電動機。
[0012]上述葉片矯形機床的控制系統，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定值進行比較運算，輸出控制信號，作用于X軸電機的變頻器，控制X軸電機的轉向和轉速，直至液壓頭移動到設定值所對應位置；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定值進行比較運算，輸出控制信號，作用于Y軸電機的變頻器，控制Y軸電機的轉向和轉速，直至液壓頭移動到設定值所對應位置；X軸電機、Y軸電機聯動，找準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定值進行比較運算，輸出控制信號，經放大器放大，作用于Z軸執行器，該Z軸執行器是液壓缸，其活塞伸縮，控制液壓頭升降，當液壓頭移動到設定值所對應位置時，液壓缸發出反饋信號，PLC主控器停發控制信號，液壓頭保持在當前位置；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定值進行比較運算，輸出控制信號，經放大器放大，作用于A軸執行器，該A軸執行器是液壓馬達，當扭曲角度誤差值是正值時，液壓馬達反轉，帶動葉片反向扭轉，使扭曲角度變小，當扭曲角度誤差值是負值時，液壓馬達正轉，帶動葉片正向扭轉，使扭曲角度變大，當扭曲角度達到設定值時，液壓馬達發出反饋信號，PLC主控器停發控制信號，葉片保持在當前狀態。
[0013]上述控制系統的控制方法，采用PID控制法，按下式對PID運算進行離散化處理，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):當前測量誤差，等于設定值減當前實測值；
[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；
[0019]Ii1:積分系數；
[0020]kD:微分系數；
[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運算進行離散化處理，得位置型PID:
[0024]
【權利要求】
1 .一種葉片矯形機床，包括床身、床頭、尾座、龍門架、液壓頭，所述床頭為A旋轉軸，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，調整尾座前后位置，可夾持不同長度的葉片，A軸旋轉，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，用于調整液壓頭在葉片寬度方向的位置；所述龍門架與床身導軌配合，配有X前后移動軸，用于調整液壓頭在葉片長度方向的位置；Y軸、X軸聯動，可找準液壓頭在葉片上的著力點，Z軸下移，可矯正彎曲變形。
2.如權利要求1所述的葉片矯形機床，其特征在于，所述A旋轉軸的驅動器是液壓馬達。
3.如權利要求1所述的葉片矯形機床，其特征在于，所述Z升降移動軸的驅動器是液壓缸。
4.如權利要求1所述的葉片矯形機床，其特征在于，所述X前后移動軸、Y左右移動軸的驅動器是電動機。
5.權利要求1至4任意一項所述葉片矯形機床的控制系統，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定值進行比較運算，輸出控制信號，作用于X軸電機的變頻器，控制X軸電機的轉向和轉速，直至液壓頭移動到設定值所對應位置；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定值進行比較運算，輸出控制信號，作用于Y軸電機的變頻器，控制Y軸電機的轉向和轉速，直至液壓頭移動到設定值所對應位置；Χ軸電機、Y軸電機聯動，找準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定值進行比較運算，輸出控制信號，經放大器放大，作用于Z軸執行器，該Z軸執行器是液壓缸，其活塞伸縮，控制液壓頭升降，當液壓頭移動到設定值所對應位置時，液壓缸發出反饋信號，PLC主控器停發控制信號，液壓頭保持在當前位置；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定值進行比較運算，輸出控制信號，經放大器放大，作用于A軸執行器，該A軸執行器是液壓馬達，當扭曲角度誤差值是正值時，液壓馬達反轉，帶動葉片反向扭轉，使扭曲角度變小，當扭曲角度誤差值是負值時，液壓馬達正轉，帶動葉片正向扭轉，使扭曲角度變大，當扭曲角度達到設定值時，液壓馬達發出反饋信號，PLC主控器停發控制信號，葉片保持在當前狀態。
6.權利要求5所述控制系統的控制方法，采用PID控制法； 按下式對PID運算進行離散化處理，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):當前測量誤差，等于設定值減當前實測值； e(k-l):上一次誤差值；e(k-2):再上一次誤差值； kP:比例系數； kx:積分系數； kD:微分系數； Au(k):PID計算增量輸出； 按下式對PID運算進行離散化處理，得位置型PID:
7.根據權利要求6所述的控制方法，其特征在于，優選增量式PID控制法，用下式可將增量式PID轉換為位置型PID: u (k) =U (k-Ι) + Δ u (k)............................................................式 4.3 其中:Au(k):增量型PID計算結果； u(k):PID計算結果； u(k-l):以前的PID輸出。
8.根據權利要求6或7所述的控制方法，其特征在于，按下表整定PID參數:
【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 優先權日:2013年12月11日
【發明者】周家剛, 李君杰 申請人:東方電氣集團東方汽輪機有限公司