一種磨床控制設(shè)備的制作方法
【專利摘要】一種磨床控制設(shè)備主要應(yīng)用于機(jī)電和機(jī)械加工領(lǐng)域，尤其是涉及磨床設(shè)備。此磨床控制設(shè)備主要解決控制磨床能夠精確處理金屬表面粗糙度的問題，可使被加工工件表面光潔度提高3級以上，表面顯微硬度提高20％以上，并大大提高了工件的表面耐磨性和耐腐蝕性。此磨床控制電路包括磨床控制電路和換能器兩部分。磨床控制設(shè)備是此磨床控制最核心部件。換能器是轉(zhuǎn)換能量輸出部件。磨床控制設(shè)備包括電源產(chǎn)生電路、信號產(chǎn)生和處理電路、信號驅(qū)動(dòng)電路和輸出信號反饋電路構(gòu)成。此電路主要應(yīng)用于控制磨床進(jìn)行金屬表加工。
【專利說明】一種磨床控制設(shè)備

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及機(jī)電【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種磨床設(shè)備。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著機(jī)械產(chǎn)品精度、可靠性和壽命的要求不斷提高以及新型材料的應(yīng)用增多，磨削加工技術(shù)正朝著超硬度磨料磨具、開發(fā)精密及超精密磨削(從微米、亞微米磨削向納米磨削發(fā)展)和研制高精度、高剛度、多軸的自動(dòng)化磨床等方向發(fā)展，如用于超精密磨削的樹脂結(jié)合劑砂輪的金剛石磨粒平均半徑可小至4 μ m、磨削精度高達(dá)0.025 μ m ;使用電主軸單元可使砂輪線速度高達(dá)400m/s，但這樣的線速度一般僅用于實(shí)驗(yàn)室，實(shí)際生產(chǎn)中常用的砂輪線速度為40 - 60m/s ;從精度上看，定位精度< 2 μ m,重復(fù)定位精度彡± I μ m的機(jī)床已越來越多；從主軸轉(zhuǎn)速來看，8.2kw主軸達(dá)60000r/min, 13kw達(dá)42000r/min,高速已不是小功率主軸的專有特征；從剛性上看，已出現(xiàn)可加工60HRC硬度材料的加工中心；北京第二機(jī)床廠引進(jìn)日本豐田工機(jī)公司先進(jìn)技術(shù)并與之合作生產(chǎn)的GA (P)62 - 63數(shù)控外圓/數(shù)控端面外圓磨床，砂輪架采用原裝進(jìn)口，砂輪線速度可達(dá)60m/s，砂輪架主軸采用高剛性動(dòng)靜壓軸承提高旋轉(zhuǎn)精度，采用日本豐田工機(jī)公司GC32 - ECNC磨床專用數(shù)控系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)二軸(X和Z)到四軸(X、Z、U和W)控制；此外，對磨床的環(huán)保要求越來越高，絕大部分的機(jī)床產(chǎn)品都采用全封閉的罩殼，絕對沒有切屑或切削液外濺的現(xiàn)象。大量的工業(yè)清洗機(jī)和切削液處理機(jī)系統(tǒng)反映現(xiàn)代制造業(yè)對環(huán)保越來越高的要求。
[0003]現(xiàn)在在市場上磨削精度在I μ m左右，再高精度的要求難以達(dá)到，并且制造成本極其昂貴。并且采用的切削液不能循環(huán)利用造成浪費(fèi)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種磨床控制設(shè)備。
[0005]此磨床控制設(shè)備可使被加工工件表面光潔度提高3級以上(粗糙度Ra值可達(dá)0.2以下)；表面顯微硬度提高20%以上；并大大提高了工件的表面耐磨性和耐腐蝕性。
[0006]此磨床控制設(shè)備包括磨床控制電路和換能器兩部分。磨床控制電路是此磨床控制最核心部件。換能器只是轉(zhuǎn)換能量的一個(gè)器件，即能量輸出部件。磨床控制電路是由電路板和引出導(dǎo)線構(gòu)成。換能器是壓電式的換能主體和導(dǎo)線組成。
[0007]磨床控制設(shè)備的電路板包括電源產(chǎn)生電路、信號產(chǎn)生和處理電路、信號驅(qū)動(dòng)電路和輸出信號反饋電路構(gòu)成。
[0008]磨床控制設(shè)備的電源產(chǎn)生電路(如圖1)市電220V交流電源連接變壓器Tl的輸入端，Tl的輸出端正極連接整流橋DOl的輸入端1，T1輸出端的負(fù)端接整流橋DOl的3。整流橋DOl的2端接地。整流橋的4端并接電解電容EOl的正極，二極管DOOl的正極，和電容COl的一端。EOl的負(fù)極接地。COl的另一端接地。DOOl的負(fù)極接R01，R106，R02，R107的一端。R01，R106另一端接E02的正極，COOl的一端，U13的2端。E02的另一端和COOl的另一端接地。R02，R107的另一端接C002的一端，還接D18和D003的負(fù)極和U13的I端。C002的另一端和D18的正極接地。D003正極同時(shí)接U13的3端，U3的3端，E04的正極R78的一端和C003的一端。C003和E04的另一端接地。R87的另一端接U3的I端。U3的I端同時(shí)接E06的正極，C03的一端。C03的另一端和E06的負(fù)極同時(shí)接地。U3的2端接地。
[0009]磨床控制設(shè)備的電路板的信號產(chǎn)生和處理電路由智能處理單元U4及外圍信號處理電路構(gòu)成(如圖2)。U4的4引腳接Cll的一端和R12的一端。Cll的另一端和R12的另一端同時(shí)接地。U4的4引腳還接R115的一端.R115的另一端接Rll的一端和U4的15腳。Rll的另一端接Q5的2端和換能器的一端。U4的5腳接R113的一端和C113的一端。R113和C113的另一端接R114和C114的一端。R113和C113的另一端還接U4的7腳。R114和C114的另一端接地。U4的6腳接Rlll，R112和Clll的一端。Rlll的另一端接5V.R112和Clll另一端接地。U4的8腳接C22，R23和R22的一端。R22和C22的另一端接地.R23的另一端接Q5的2端。U4的24腳接D6的正極，Rll的一端，COl的一端和開關(guān)的一端。D6的負(fù)極和Rll的另一端接5V電源。COl的另一端和開關(guān)的另一端接地。U4D的25腳接CX2一端和XTAL的一端。CX2的另一端接地。U4的26腳接CXl的一端和XTAL的2端。CXl的另一端接地。U4的27腳接地。U4的28腳接5V電源和C5的一端。C5的另一端接地。U4的17腳接高頻輸出信號PWM。
[0010]磨床控制設(shè)備的電路板的信號驅(qū)動(dòng)電路由Ul，U2，Q2，Q3和Q5為主元件電路構(gòu)成(如圖3)。變壓器Tl的副邊側(cè)正極接Dll的正極，Dll的負(fù)極接C7的正極，R5的一端，U2的8腳，Rl的一端，R4的一端，Q2的3端。Q5的3端。R5的另一端接C7的負(fù)極，D5的負(fù)極和C8的正極。C7的負(fù)極接C8的正極。C8的負(fù)極接Tl的副邊線圈的負(fù)極，D5的正極及U2的5腳。U2的I腳接電源15V，2腳接PWM輸入，6腳和7腳同時(shí)接R13的一端，Cl的一端和D3的負(fù)極。R13的另一端接Cl的另一端，D4的正極和R3的一端。Rl的另一端接Dl的正極，Dl的負(fù)極接15V。Dl的正極接R2 —端和D2的負(fù)極。R2的另一端接D3的正極.D2的正極接Rll的一端，Rlll的另一端接Q3的2端，R12的一端和C2的一端。R12和C2的另一端同時(shí)接Q3的3端。Q3的3端還接D5的負(fù)極。D4的負(fù)極接Q3的I端和Ul的3端。Ul的I端接電源5V，2腳接R4的另一端，5，7，8腳接地。4腳和6腳同時(shí)接Q4的2端和R30的一端。R30的另一端接Q3的3端。R3的另一端接Q2和Q4的一端。Q3的2端和Q4的3端同時(shí)接RlO的一端，RlO的另一端接R20和Q5的I端。R20的另一端接Q5的2端和C7的負(fù)極。C53 —端接Q5的3端，另一端接換能器。
[0011]磨床控制設(shè)備的輸出信號反饋電路由R11，R115，R12和Cll組成。反饋電路的信號最后反饋到U4的4腳。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明方案磨床控制設(shè)備的電源產(chǎn)生電路。
[0013]圖2是本發(fā)明方案磨床控制設(shè)備的信號產(chǎn)生和處理電路。
[0014]圖3是本發(fā)明方案磨床控制設(shè)備的信號驅(qū)動(dòng)電路。
[0015]圖4是本發(fā)明方案磨床控制設(shè)備的整體電路。
[0016]圖5是本發(fā)明方案磨床控制設(shè)備信號處理電路的U4的型號單片機(jī)SPMC65P2408A單片機(jī)管腳圖。
[0017]圖6是本發(fā)明方案磨床控制設(shè)備信號處理電路的U4單片機(jī)SPMC65P2408A單片機(jī)程序流程圖。
[0018]圖7是本發(fā)明方案磨床控制設(shè)備整體框圖。

【具體實(shí)施方式】
[0019]磨床控制設(shè)備的電路板包括電源產(chǎn)生電路、信號產(chǎn)生和處理電路、信號驅(qū)動(dòng)電路和輸出信號反饋電路構(gòu)成。
[0020]市電220V經(jīng)過變壓器Tl變壓后得到85V，經(jīng)過整流橋DOl得到60V的直流電。經(jīng)過EOl和COl濾波后經(jīng)過二極管D001。得到的穩(wěn)定的電壓一路經(jīng)過R101，R106限流電阻后，經(jīng)E02，COOI,濾波穩(wěn)壓后接到U13的集電極2端。另一路經(jīng)R02，R107并聯(lián)后接到U13的基極I端。電容C002起穩(wěn)壓作用，D18是穩(wěn)壓二極管，產(chǎn)生恒定電壓的。從U13的3端得到的是15V直流電源。二極管D003在此起的作用是防止D18的反向電壓到達(dá)U13的3端。E04和C003穩(wěn)定15V電壓的，給U3的3端供電。U3的2端接地。U3的I端輸出5V電源。E06和C03起穩(wěn)定5V電壓的，濾除雜波的作用。R87的作用U3的反饋電阻，起穩(wěn)定輸出電壓的作用。
[0021]信號產(chǎn)生和處理電路是以U4單片機(jī)智能處理器為中心的。U4的28腳接5V電源，C5起穩(wěn)壓作用，防止單片機(jī)運(yùn)行時(shí)電源電壓不穩(wěn)，造成程序跑飛。27腳接地。CX1，CX2和XTAL為單片機(jī)運(yùn)行提供精準(zhǔn)的頻率。5V，D6，R11，C01和K為單片機(jī)提供上電復(fù)位功能。信號采樣電路有R11，R115，R12，和Cll組成。信號采樣電路經(jīng)Rll限流后，經(jīng)R115和R12分壓，最終由R12采樣電阻輸送到U4的4引腳。R113，C113，R114和C114組成U4的7腳和8腳組成的運(yùn)算放大器的反相輸入端7腳.R23, R22和C22組成U4的7腳和8腳組成的運(yùn)算放大器的正相輸入端8腳。U4的5腳是運(yùn)算放大器的輸出端。輸出信號和U4的4腳的采樣電壓比較處理后，由U4的17引腳控制輸出PWM高頻波。Rlll，R112和Clll組成電壓比較電路。U4的6腳電壓，和8腳電壓比較，如果8腳電壓高于6腳電壓就停止輸出PWM高頻波，，如果8腳電壓低于于6腳電壓輸出PWM高頻波。
[0022]信號驅(qū)動(dòng)電路由U4引腳來的PWM脈沖信號，經(jīng)U2光電耦合器隔離和放大后，送入模塊保護(hù)電路。正常狀態(tài)下，此脈沖信號再經(jīng)Q2和Q3的推挽式功率放大電路放大，直接驅(qū)動(dòng)IGBT模塊。IGBT管子的輸入柵-射結(jié)電容，需要瞬態(tài)的大涌入電流.這是采用Q2、Q3來做功率放大的原因。驅(qū)動(dòng)信號的引入電阻，也是5Q8W的功率電阻。IGBT模塊，仍為電流型驅(qū)動(dòng)器件。當(dāng)驅(qū)動(dòng)電路的電流輸出能力不足時(shí)，會(huì)使輸出電流產(chǎn)生斷續(xù)，脈沖處理電路原理重點(diǎn)是保護(hù)電路如何動(dòng)作的。在變頻器未接受啟動(dòng)信號時(shí)，U2的輸出腳7、8為截止負(fù)電壓，如以O(shè)V電源線做為參考點(diǎn)的話，此時(shí)7、8腳電壓約-9.5V(忽略內(nèi)部管子的飽合壓降)，此負(fù)壓經(jīng)R13、R3引入到Q2和Q3的基極。Q2因反偏壓而截止，Q3因正偏壓而導(dǎo)通，IGBT模塊的柵偏壓為負(fù)，處于截止?fàn)顟B(tài)。電阻R1、R2對+15V和負(fù)-9.5V分壓得到3V的電平。D9為擊穿電壓值為9V的穩(wěn)壓管，Rl與R2的分壓值不足以使其擊穿，故Q3無偏流，處于截止?fàn)顟B(tài)。光電耦合器Ul無輸入電流，故無GF (接地)和OC (過載、短路)等故障信號返回CPU。當(dāng)CPU發(fā)送驅(qū)動(dòng)脈沖的時(shí)候，U2的7、8腳變?yōu)榉逯禐?5V的正脈沖電壓，Dl的正極此際便上升為+15V，此時(shí)便出現(xiàn)了兩種情況:一種情況下是模塊良好，IGBT管子在正激勵(lì)脈沖驅(qū)動(dòng)下迅即導(dǎo)通，可認(rèn)為P、E兩點(diǎn)之間瞬時(shí)短接了。Dl的負(fù)端電位瞬即拉為0V，也將D2的負(fù)端電位拉為IV以下，因未達(dá)到D2的擊穿值，Q3仍無基極偏流而截止；一種情況下是模塊已或因負(fù)載異常使運(yùn)行電流過大，或因Q3等驅(qū)動(dòng)電路本身不良使IGBT管子并未良好地導(dǎo)通，Dl的負(fù)端為高電位而截止，+15V經(jīng)Rl使D2擊穿，Q3得到偏流導(dǎo)通，將Q2基極的正脈沖電壓拉為零電平，IGBT模塊失去脈沖而截止。同時(shí)Q3的導(dǎo)通產(chǎn)生了 Ul的輸入電流，Ul將模塊故障信號送入CPU?？梢姶穗娐肥潜Ｗo(hù)電路先切斷了 IGBT管子的驅(qū)動(dòng)脈沖，同時(shí)送出了模塊故障信號。保護(hù)是及時(shí)和快速的。
[0023]相比較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的磨床控制電路具有實(shí)時(shí)處理信號，精確提供脈寬信號，并且響應(yīng)速度快，金屬表面處理效果佳。本發(fā)明的磨床控制電路可使被加工工件表面光潔度提高3級以上(粗糙度Ra值可達(dá)0.2以下)，表面顯微硬度提高20%以上，并大大提高了工件的表面耐磨性和耐腐蝕性。
【權(quán)利要求】
1.一種磨床控制設(shè)備,其電路板包括電源產(chǎn)生電路、信號產(chǎn)生和處理電路、信號驅(qū)動(dòng)電路和輸出信號反饋電路構(gòu)成.其特征在于:電源產(chǎn)生電路產(chǎn)生的電壓供整個(gè)電路所用.信號產(chǎn)生和處理電路能夠?qū)崟r(shí)高效處理信號，完成精準(zhǔn)輸出.信號驅(qū)動(dòng)電路為產(chǎn)生的信號起放大作用.輸出信號反饋電路用以調(diào)整輸入信號，一產(chǎn)生相應(yīng)的信號。
2.如權(quán)利要求1所述的一種磨床控制設(shè)備，其電路板包括電源產(chǎn)生電路、信號產(chǎn)生和處理電路、信號驅(qū)動(dòng)電路和輸出信號反饋電路構(gòu)成.其特征在于:磨床控制電路的電源產(chǎn)生電路，市電220V交流電源連接變壓器Tl的輸入端，Tl的輸出端正極連接整流橋DOl的輸入端1，Tl輸出端的負(fù)端接整流橋DOl的3.整流橋DOl的2端接地.整流橋的4端并接電解電容EOl的正極，二極管DOOl的正極，和電容COl的一端.EOl的負(fù)極接地.COl的另一端接地.DOOl的負(fù)極接R01，R106, R02, R107的一端.R01, R106另一端接E02的正極，COOl的一端，U13的2端.E02的另一端和COOl的另一端接地.R02, R107的另一端接C002的一端，還接D18和D003的負(fù)極和U13的I端.C002的另一端和D18的正極接地.D003正極同時(shí)接U13的3端，U3的3端，E04的正極R78的一端和C003的一端.C003和E04的另一端接地.R87的另一端接U3的I端.U3的I端同時(shí)接E06的正極，C03的一端.C03的另一端和E06的負(fù)極同時(shí)接地.U3的2端接地。
3.如權(quán)利所要求2所述的一種磨床控制設(shè)備，其特征在于:U13是中功率的晶體管，U3是三端穩(wěn)壓器。
4.如權(quán)利要求1所述的一種磨床控制設(shè)備，其電路板包括電源產(chǎn)生電路、信號產(chǎn)生和處理電路、信號驅(qū)動(dòng)電路和輸出信號反饋電路構(gòu)成.其特征在于:磨床控制電路的電路板的信號產(chǎn)生和處理電路由智能處理單元U4及外圍信號處理電路構(gòu)成.U4的4引腳接Cll的一端和R12的一端.Cll的另一端和R12的另一端同時(shí)接地.U4的4引腳還接R115的一端.R115的另一端接Rll的一端和U4的15腳.Rll的另一端接Q5的2端和換能器的一端.U4的5腳接R113的一端和C113的一端.R113和C113的另一端接R114和C114的一端.Rl 13和Cl 13的另一端還接U4的7腳.Rl 14和Cl 14的另一端接地.U4的6腳接Rl 11，Rl 12和Clll的一端.Rlll的另一端接5V.Rl 12和Clll另一端接地.U4的8腳接C22，R23和R22的一端.R22和C22的另一端接地.R23的另一端接Q5的2端.U4的24腳接D6的正極，Rll的一端，COl的一端和開關(guān)的一端.D6的負(fù)極和Rll的另一端接5V電源.COl的另一端和開關(guān)的另一端接地.U4D的25腳接CX2 —端和XTAL的一端.CX2的另一端接地.U4的26腳接CXl的一端和XTAL的2端.CXl的另一端接地.U4的27腳接地.U4的28腳接5V電源和C5的一端.C5的另一端接地.U4的17腳接高頻輸出信號PWM。
5.如權(quán)利要求4所述的一種磨床控制設(shè)備，其特征在于:U4是智能單片機(jī)。
6.如權(quán)利要求1所述的一種磨床控制設(shè)備，其電路板包括電源產(chǎn)生電路、信號產(chǎn)生和處理電路、信號驅(qū)動(dòng)電路和輸出信號反饋電路構(gòu)成.其特征在于:磨床控制電路的電路板的信號驅(qū)動(dòng)電路由Ul，U2，Q2, Q3和Q5為主元件電路構(gòu)成.變壓器Tl的副邊側(cè)正極接Dll的正極，Dll的負(fù)極接C7的正極，R5的一端，U2的8腳，Rl的一端，R4的一端，Q2的3端.Q5的3端.R5的另一端接C7的負(fù)極，D5的負(fù)極和C8的正極.C7的負(fù)極接C8的正極.C8的負(fù)極接Tl的副邊線圈的負(fù)極，D5的正極及U2的5腳.U2的I腳接電源15V，2腳接PWM輸入，6腳和7腳同時(shí)接R13的一端，Cl的一端和D3的負(fù)極.R13的另一端接Cl的另一端，D4的正極和R3的一端.Rl的另一端接Dl的正極，Dl的負(fù)極接15V.Dl的正極接R2一端和D2的負(fù)極.R2的另一端接D3的正極.D2的正極接Rll的一端，Rlll的另一端接Q3的2端，R12的一端和C2的一端.R12和C2的另一端同時(shí)接Q3的3端.Q3的3端還接D5的負(fù)極.D4的負(fù)極接Q3的I端和Ul的3端.Ul的I端接電源5V，2腳接R4的另一端，5，7,8腳接地.4腳和6腳同時(shí)接Q4的2端和R30的一端.R30的另一端接Q3的3端.R3的另一端接Q2和Q4的一端.Q3的2端和Q4的3端同時(shí)接RlO的一端，RlO的另一端接R20和Q5的I端.R20的另一端接Q5的2端和C7的負(fù)極.C53 一端接Q5的3端，另一端接換能器。
7.如權(quán)利要求6所述的一種磨床控制設(shè)備，其特征在于:U1和U2是光電稱合器件.Q2, Q3和Q5是晶體管。
8.如權(quán)利要求1所述的一種磨床控制設(shè)備，其電路板包括電源產(chǎn)生電路、信號產(chǎn)生和處理電路、信號驅(qū)動(dòng)電路和輸出信號反饋電路構(gòu)成.其特征在于:磨床控制電路的輸出信號反饋電路由Rl 1，Rl 15，R12和Cll組成.反饋電路的信號最后反饋到U4的4腳。
9.如權(quán)利要求7所述的一種磨床控制設(shè)備，其特征在于:R11，Rl15，R12是電阻，Cll是電容，U4是智能單片機(jī)。
【文檔編號】B24B51/00GK104252154SQ201310259721
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2013年6月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月27日
【發(fā)明者】不公告發(fā)明人 申請人:王培濤