專利名稱：一種加工發(fā)動(dòng)機(jī)活塞用車床數(shù)控裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及計(jì)算機(jī)數(shù)字控制裝置，具體說是一種加工發(fā)動(dòng)機(jī)活塞用車床數(shù)控
直O(jiān)
背景技術(shù)：
有一類發(fā)動(dòng)機(jī)活塞的斷面為長短軸相差很小的橢圓形，在車床上進(jìn)行加工時(shí)，刀 架要隨主軸的旋轉(zhuǎn)同步地作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。國內(nèi)常用的控制方法有靠模法一通過與主軸聯(lián)動(dòng) 的連桿推動(dòng)刀架，存在精度低，外輪廓的形狀不易修改等缺點(diǎn)。除了靠模加工外，也有用工 業(yè)控制機(jī)配電致伸縮晶體動(dòng)力頭驅(qū)動(dòng)刀架的，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工速度較慢。目前，一般采用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)作為車床數(shù)控系統(tǒng)，實(shí)時(shí)采集主軸編碼器發(fā)出的 脈沖信號(hào)，將其轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)角值，再通過查表確定刀架定位控制信號(hào)的大小，不僅成本高，而 且當(dāng)主軸轉(zhuǎn)速過高時(shí)，會(huì)出現(xiàn)控制滯后，造成加工質(zhì)量和效率的降低。

實(shí)用新型內(nèi)容針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的車床加工控制方法加工精度低、效率低及成本高等缺陷， 本實(shí)用新型提供一種成本低、加工精度高且效率高的發(fā)動(dòng)機(jī)活塞專用加工車床的數(shù)控裝置。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案為包括主控制單元、處理器；其中，主控制單元的輸入端分別接收數(shù)控系統(tǒng)中主軸驅(qū) 動(dòng)器、刀架驅(qū)動(dòng)器、Z軸驅(qū)動(dòng)器的反饋信號(hào)以及用戶的控制指令，與處理器進(jìn)行雙向連接，主 控制單元通過數(shù)據(jù)線接有程序控制器，主控制單元的輸出端與主軸驅(qū)動(dòng)裝置以及Z軸驅(qū)動(dòng) 裝置相連；處理器接收主軸編碼器的反饋信號(hào)，輸出信號(hào)接至刀架驅(qū)動(dòng)器。所述處理器以可編程門陣列為控制核心，其輸入端通過U3接有主軸編碼器，輸出 端通過AD轉(zhuǎn)換器接有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。所述主控制單元以單片機(jī)為控制核心，其通過鍵盤接口接有鍵盤，通過DA轉(zhuǎn)換器 和運(yùn)算放大器與主軸驅(qū)動(dòng)裝置相連，通過Z軸驅(qū)動(dòng)接口與Z軸驅(qū)動(dòng)裝置相連。

圖1是使用本實(shí)用新型系統(tǒng)框圖；圖2是本實(shí)用新型數(shù)控裝置結(jié)構(gòu)框圖；圖3是本實(shí)用新型主控制單元、接口電路、主軸驅(qū)動(dòng)裝置接口的電路原理圖；圖4是本實(shí)用新型處理器、主軸編碼器接口及刀架定位控制部分的電路原理圖；圖5是本實(shí)用新型Z軸驅(qū)動(dòng)器接口及輔助設(shè)備接口的電路原理圖。本實(shí)用新型具有如下有益效果1.響應(yīng)速度快。Z軸驅(qū)動(dòng)裝置的隨動(dòng)進(jìn)給精度不會(huì)因?yàn)橹鬏S驅(qū)動(dòng)裝置轉(zhuǎn)速發(fā)生波 動(dòng)而受到影響，無累積誤差。[0016]2.硬件接口配置靈活。用戶可根據(jù)需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，在系統(tǒng)內(nèi)安裝硬 件插補(bǔ)算法，能夠?qū)崿F(xiàn)用戶自己規(guī)定的高速、高精度運(yùn)算和控制輸出，而無須改動(dòng)硬線布局 和重新加工線路板，縮短新產(chǎn)品開發(fā)周期，也有利于隨著控制理論研究的深入，不斷升級(jí)軟 件，最大程度地保護(hù)用戶利益。3.可擴(kuò)展性好。用戶可自行選用和設(shè)置系統(tǒng)配置，形成獨(dú)特的新產(chǎn)品。4.系統(tǒng)集成度高。易于維護(hù)，可靠性高，使用簡便，成本低。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。如圖1所示，本實(shí)用新型一種發(fā)動(dòng)機(jī)活塞專用加工車床的數(shù)控裝置，其輸出端通 過數(shù)控裝置應(yīng)用的系統(tǒng)中的刀架驅(qū)動(dòng)器與刀架相連、通過Z軸驅(qū)動(dòng)器與Z軸驅(qū)動(dòng)裝置雙 向連接、通過變頻器與主軸電機(jī)雙向連接，輸入端與主軸編碼器相連，數(shù)控裝置接有設(shè)備電 源，數(shù)控裝置的輸出端還接有潤滑泵、冷卻泵等加工車床通用的輔助設(shè)備；其中主軸電機(jī)與 主軸編碼器進(jìn)行機(jī)械連接，主軸電機(jī)與切割體進(jìn)行機(jī)械連接。如圖2 5所示，本實(shí)用新型數(shù)控裝置包括處理器Ul(本實(shí)施例采用型號(hào)為 EPM7128SLC84-15的可編程門陣列)、主控制單元U2 (本實(shí)施例采用型號(hào)為AT89C51的單片 機(jī))、程序存儲(chǔ)器U8 (本實(shí)施例采用的型號(hào)為93C46)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器U7 (本實(shí)施例采用的型 號(hào)為2764)、數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換電路U4(本實(shí)施例的型號(hào)為DAC0832)；其中，還包括部分接口電 路Z軸接口電路U5 (本實(shí)施例采用的型號(hào)為AM26LS31)、差分電平/TTL電平轉(zhuǎn)換器U3 (本 實(shí)施例采用的型號(hào)為AM26LS32)、表格存儲(chǔ)器U7 (本實(shí)施例的型號(hào)為2764)、液晶顯示器 (本實(shí)施例采用的型號(hào)為SM19264A)及運(yùn)算放大器(本實(shí)施例采用的型號(hào)為TLE2141)；數(shù) 控裝置所在系統(tǒng)中采用Z軸電機(jī)作為Z軸驅(qū)動(dòng)裝置，采用主軸電機(jī)作為主軸驅(qū)動(dòng)裝置。所述數(shù)控裝置包括主控制單元、處理器；其中，主控制單元的輸入端分別接收數(shù)控 系統(tǒng)中主軸驅(qū)動(dòng)器、刀架驅(qū)動(dòng)器、Z軸驅(qū)動(dòng)器的反饋信號(hào)以及用戶的控制指令，與處理器進(jìn) 行雙向連接，主控制單元通過數(shù)據(jù)線接有程序控制器，主控制單元的輸出端與主軸驅(qū)動(dòng)裝 置以及Z軸驅(qū)動(dòng)裝置相連；處理器接收主軸編碼器的反饋信號(hào)，輸出信號(hào)接至刀架驅(qū)動(dòng)器。所述處理器以可編程門陣列為控制核心，其輸入端通過U3接有主軸編碼器，輸出 端通過AD轉(zhuǎn)換器接有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。所述主控制單元以單片機(jī)為控制核心，其通過鍵盤接口接有鍵盤，通過DA轉(zhuǎn)換器 和運(yùn)算放大器與主軸驅(qū)動(dòng)裝置相連，通過Z軸驅(qū)動(dòng)接口與Z軸驅(qū)動(dòng)裝置相連。本實(shí)用新型工作原理如下上電，通過鍵盤輸入給單片機(jī)操作命令，單片機(jī)通過運(yùn)算放大器驅(qū)動(dòng)主軸電機(jī)開 始轉(zhuǎn)動(dòng)；主軸電機(jī)帶動(dòng)主軸編碼器工作，主軸編碼器發(fā)出相位差為90度的差分電平信號(hào)和 標(biāo)記脈沖，可編程門陣列通過差分電平/TTL電平轉(zhuǎn)換器將該差分電平信號(hào)四倍頻后轉(zhuǎn)換 成的轉(zhuǎn)角數(shù)發(fā)送給單片機(jī)進(jìn)行處理，單片機(jī)處理后經(jīng)Z軸接口電路通過Z軸驅(qū)動(dòng)器發(fā)送給 Z軸電機(jī)進(jìn)給脈沖，輸出的該進(jìn)給脈沖經(jīng)光電隔離的內(nèi)置續(xù)流二極管的集電極開路接點(diǎn)，驅(qū) 動(dòng)繼電器的線圈，采用高速光電耦合器控制Z軸驅(qū)動(dòng)器；可編程門陣列四倍頻后轉(zhuǎn)換成的 轉(zhuǎn)角數(shù)同時(shí)發(fā)送至數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，將轉(zhuǎn)換成的轉(zhuǎn)角角度作為一個(gè)地址存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器內(nèi)， 并根據(jù)該地址與數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，將該數(shù)據(jù)作為刀架的定位控制信號(hào)，單片機(jī)通過光電耦合器接收主軸電機(jī)、Z軸電機(jī)、刀架驅(qū)動(dòng)器和Z軸驅(qū)動(dòng)器的反饋信號(hào)，其中包括主軸電機(jī)和 Z軸電機(jī)的24Vdc限位信號(hào)、刀架驅(qū)動(dòng)器及Z軸驅(qū)動(dòng)器的24Vdc狀態(tài)信號(hào)；單片機(jī)的輸出端 接有顯示器，可以顯示當(dāng)前系統(tǒng)的工作狀態(tài)。數(shù)控裝置所在系統(tǒng)的工作方式為尋零，點(diǎn)動(dòng)，點(diǎn)進(jìn)，單段，連續(xù)，空走。顯示器顯示內(nèi)容包括當(dāng)前位置、目標(biāo)位置、進(jìn)給速度F、主軸轉(zhuǎn)速S、進(jìn)給距離、倍 率、工作狀態(tài)、刀具號(hào)T、當(dāng)前程序段、報(bào)警等。鍵盤對(duì)單片機(jī)的編程方式為采用閃爍光標(biāo)，命令行文本方式。在第一列按字符/ 數(shù)字鍵，顯示字符，表示插入一行；在其他列按字符/數(shù)字鍵，顯示數(shù)字表示插入一位數(shù)字。 光標(biāo)均后移。具體控制代碼如下每行由一個(gè)字符、若干數(shù)字組成G00、G01、G94、G95M02、M03、M04、M05、M08、M09、M10、Ml 1、M25、M26、M27、M28、M30TO 99F0 15000/4000(mm/min)/(um/r)SO S3000Z0 650. 00，W-320. 00 320. 00光標(biāo)在第一列時(shí)，按刪除鍵表示刪除一行；光標(biāo)在數(shù)字下時(shí)，按刪除鍵表示刪除該 數(shù)；在最后空白處時(shí)，按刪除鍵表示刪除前一數(shù)字/字符。本控制裝置由單片機(jī)及其外圍電 路組成，邏輯電路全部采用CMOS器件，功耗低、可靠性高。輸入和輸出信號(hào)均采用光電耦合 器隔離，控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸出采用高速光電耦合器隔離，提高了抗干擾能力。
權(quán)利要求一種加工發(fā)動(dòng)機(jī)活塞用車床數(shù)控裝置，其特征在于包括主控制單元、處理器；其中，主控制單元的輸入端分別接收數(shù)控系統(tǒng)中主軸驅(qū)動(dòng)器、刀架驅(qū)動(dòng)器、Z軸驅(qū)動(dòng)器的反饋信號(hào)以及用戶的控制指令，與處理器進(jìn)行雙向連接，主控制單元通過數(shù)據(jù)線接有程序控制器，主控制單元的輸出端與主軸驅(qū)動(dòng)裝置以及Z軸驅(qū)動(dòng)裝置相連；處理器接收主軸編碼器的反饋信號(hào)，輸出信號(hào)接至刀架驅(qū)動(dòng)器。
2.按照權(quán)利要求1所述的加工發(fā)動(dòng)機(jī)活塞用車床數(shù)控裝置，其特征在于所述處理器 以可編程門陣列為控制核心，其輸入端通過差分電平/TTL電平轉(zhuǎn)換器(U3)接有主軸編碼 器，輸出端通過AD轉(zhuǎn)換器接有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。
3.按照權(quán)利要求1所述的加工發(fā)動(dòng)機(jī)活塞用車床數(shù)控裝置，其特征在于所述主控制 單元以單片機(jī)為控制核心，其通過鍵盤接口接有鍵盤，通過DA轉(zhuǎn)換器和運(yùn)算放大器與主軸 驅(qū)動(dòng)裝置相連，通過Z軸驅(qū)動(dòng)接口與Z軸驅(qū)動(dòng)裝置相連。
專利摘要本實(shí)用新型涉及計(jì)算機(jī)數(shù)字控制裝置，具體說是一種加工發(fā)動(dòng)機(jī)活塞用車床數(shù)控裝置；包括主控制單元、處理器；其中，主控制單元的輸入端分別接收數(shù)控系統(tǒng)中主軸驅(qū)動(dòng)器、刀架驅(qū)動(dòng)器、Z軸驅(qū)動(dòng)器的反饋信號(hào)以及用戶的控制指令，與處理器進(jìn)行雙向連接，主控制單元通過數(shù)據(jù)線接有程序控制器，主控制單元的輸出端與主軸驅(qū)動(dòng)裝置以及Z軸驅(qū)動(dòng)裝置相連；處理器接收主軸編碼器的反饋信號(hào)，輸出信號(hào)接至刀架驅(qū)動(dòng)器。采用本實(shí)用新型，Z軸驅(qū)動(dòng)裝置的隨動(dòng)進(jìn)給精度不會(huì)因?yàn)橹鬏S驅(qū)動(dòng)裝置轉(zhuǎn)速發(fā)生波動(dòng)而受到影響，無累積誤差；并且具有系統(tǒng)集成度高。易于維護(hù)，可靠性高，使用簡便，成本低的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G05B19/18GK201616019SQ20092028834
公開日2010年10月27日 申請(qǐng)日期2009年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月23日
發(fā)明者張志聰, 鄭湃, 韓衛(wèi)光 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院沈陽計(jì)算技術(shù)研究所有限公司;常州數(shù)控技術(shù)研究所