[发明专利]一种数显型摇臂钻床的数显控制系统

权利要求书

1.一种数显型摇臂钻床的数显控制系统，包括微控制单元、可编程逻辑器件、分线器，其特征在于：微控制单元进行综合分析计算，发出模拟量给主轴变频器及与可编程逻辑器件结合完成发送脉冲并记录脉冲个数，微控制单元需要与可编程逻辑器件进行总线通信，可编程逻辑器件作为微控制单元的存储器来进行读写；通过对可编程逻辑器件编写程序处理增量式信号的反馈包括进给伺服驱动器反馈回来的进给伺服电机和编码器的编码器信号、矩形导轨方外柱上的旋转编码器信号、主轴变频电机上的编码器信号、摇臂上的光栅尺信号，并且通过并行方式采集和发送分线器上的IO信号；分线器采用光耦将数显型摇臂钻床上输入输出信号转换为可编程逻辑器件直接读取和控制的信号量。

2.根据权利要求1所述的一种数显型摇臂钻床的数显控制系统，其特征在于：所述的一种数显型摇臂钻床的数显控制系统实现的功能包括主轴无极变速和不停车变速功能、自动将数显型摇臂钻床的极坐标转换为直角坐标并且通过图形显示功能、刀具移动到相关位置时能够自动锁紧矩形导轨方外柱和变速箱功能、钻孔深度定程和转进给功能、手动控制和操作安全功能；

（1）主轴无极变速和不停车变速功能，一是，主轴采用主轴变频器和主轴变频电机驱动方式，通过旋转主轴变速旋钮直接调整触摸屏上的主轴速度指令或通过触摸屏上的触摸键盘输入主轴速度指令，触摸屏通过RS485串口线把数据传送给微控制单元，微控制单元根据输入的数值计算出需要给主轴变频器的模拟量所对应的数值，通过给主轴变频器输出合适的模拟量来达到需要的任意主轴速度即实现主轴无极变速的功能，数显控制系统不需要停止主轴再变速用户直接输入所需的主轴转速，微控制单元自动计算出对应需要速度的模拟量给主轴变频器，主轴变频器再控制主轴电机旋转驱动主轴旋转来达到需要的速度；通过微控制单元输出相应的模拟量给主轴变频器来驱动主轴变频电机同时分线器控制主轴高档电磁阀和主轴低档电磁阀的状态来实现相应的转速，低速范围是0-200转/分，高速范围是125-1600转/分；二是，使用时通过旋转主轴变速旋钮或者利用触摸屏上触摸键盘设定需要的主轴速度，再按主轴正转按钮或者主轴反转按钮，分线器当前输入的信号发送给可编程逻辑器件，可编程逻辑器件再将发送给微控制单元，微控制单元根据输入需要主轴正转或者主轴反转信息进行处理，输出相应的模拟量给给主轴变频器，将需要分线器上输出的信息发送给可编程逻辑器件，可编程逻辑器件再将信息发送给分线器，分线器接到信息后会输出主轴正转或者主轴反转端子，主轴变频器接收到正转信号或者反转信号，主轴变频器开始按照接收到微控制单元发送过来的模拟量和分线器发出正转或者反转信号来控制主轴变频电机按照相应的转速正转或者反转；需要主轴停止时，按下主轴停止按钮，分线器输入的信号发送给可编程逻辑器件，可编程逻辑器件将发送给微控制单元，微控制单元根据输入需要主轴停止信息进行处理，给主轴变频器输出的模拟量为0V，将需要分线器上输出的信息发送给可编程逻辑器件，可编程逻辑器件再将信息发送给分线器，分线器接到信息后会关闭主轴正转或者主轴反转的输出，主轴变频器接收到微控制单元发送过来的0V模拟量和正转或者反转信息的消失控制主轴变频电机停止；

（2）自动将数显型摇臂钻床的极坐标转换为直角坐标并且通过图形显示功能，一是，刀具的移动位置是通过可编程逻辑器件接收矩形导轨方外柱上的旋转编码器和摇臂上的光栅尺的信号，得到刀具在以矩形导轨方外柱旋转中心为极点，再以摇臂上的导轨为极轴的极坐标系里的极坐标值，由于矩形导轨方外柱上的旋转编码器和摇臂上的光栅尺的反馈信号为差分信号通过芯片接收，到可编程逻辑器件进行计数，得到刀具在数显型摇臂钻床上的极坐标系里的坐标值；在使用的时候直接输入需要加工工件所在直角坐标系里的数值，通过对刀方式在触摸屏上输入相应的对刀点上的数值，微控制单元计算出数显型摇臂钻床的极坐标系和工件的直角坐标系的对应关系，显示出相应的工件上需要加工的孔的位置在数显型摇臂钻床坐标系里的数值，直接计算出矩形导轨方外柱需要旋转的角度和变速箱在摇臂上的位置；二是，微控制单元不仅能够分析和计算出直角坐标系的值还能将数据传给触摸屏并且在触摸屏上显示出要加工孔的位置和刀具的实时运动轨迹，方便在移动刀具的过程中观看，当刀具接近相关孔时能够自动放大刀具与要加工孔之间的距离，方便准确的移动刀具；

（3）刀具移动到相关位置时能够自动锁紧矩形导轨方外柱和变速箱功能，将所需要的尺寸输入到系统里后，先按下变速箱和矩形导轨方外柱松开按钮，分线器将变速箱和矩形导轨方外柱需要松开信息送给微控制单元，微控制单元经过分析后发送变速箱和矩形导轨方外柱松开信息给分线器，分线器置位变速箱松开电磁阀和矩形导轨方外柱松开电磁阀输出端子同时复位变速箱夹紧电磁阀和矩形导轨方外柱夹紧电磁阀输出端子，再通过手动移动矩形导轨方外柱旋转时，可编程逻辑器件通过对矩形导轨方外柱上的旋转编码器进行计数，得到实时的矩形导轨方外柱旋转角度，微控制单元通过FSMC总线读取到任意时刻的矩形导轨方外柱的角度，将矩形导轨方外柱的旋转角度与输入的孔位置对应的角度对比，当它们之间的差值小于允许误差角度时，微控制单元发送相应的命令给可编程逻辑器件，可编程逻辑器件根据接收到指令直接置位分线器上的相应的输出端矩形导轨方外柱夹紧电磁阀同时复位矩形导轨方外柱松开电磁阀，当矩形导轨方外柱被夹紧以后，再移动摇臂上的变速箱，可编程逻辑器件通过对摇臂上的光栅尺进行计数，得到实时的变速箱在摇臂上的位置，微控制单元通过总线读取到任意时刻可编程逻辑器件记录的变速箱在摇臂上的位置，将变速箱的位置与需要移动到的位置值进行比较，当它们的误差值小于允许误差值时微控制单元发送相应的命令给可编程逻辑器件，可编程逻辑器件根据接收到指令直接置位分线器上的相应的输出端变速箱夹紧电磁阀同时复位变速箱松开电磁阀，刀具当前的位置是所需要钻孔的位置，设定好主轴速度钻孔；

（4）钻孔深度定程和转进给功能，一是，当需要的孔定位完成需要刀具向下移动开始钻孔，数显控制系统采用的主轴变频器控制主轴变频电机来带动的，主轴采用进给伺服驱动器和进给伺服电机和编码器来实现的，可编程逻辑器件通过不断的采集主轴变频电机上的编码器反馈回来的信号，微控制单元不断的读取可编程逻辑器件采集来的主轴变频电机上的编码器信号，根据设定的转进给值计算出进给伺服驱动器需要的脉冲频率和当前脉冲个数，实时的通过FSMC总线发送给可编程逻辑器件，可编程逻辑器件会根据微控制单元发送过来的数据输出相应频率的脉冲以及脉冲个数实现转进给功能；二是，当钻盲孔时还需要机器能够定程，将需要的定程值输入到触摸屏里再通过触摸键盘或者主轴变速旋钮和主轴进给旋钮设定好主轴转速和转进给值，先按下主轴正转按钮或者主轴反转按钮，再按下启动按钮，微控制单元接收到触摸屏发送过来的定程值和主轴转速值，也接收到分线器通过可编程逻辑器件发送过来的主轴正转或者主轴反转信号和启动信号，微控制器经过分析和计算，得出钻孔需要的定程位置所需的脉冲个数，将这个数据发送给可编程逻辑器件，可编程逻辑器件控制分线器置位主轴正转或者主轴反转，可编程逻辑器件接收到微控制单元发送过来的脉冲数据后开始控制进给伺服驱动器按照转进给的速度运行并且会不断记录当前发送出去的脉冲个数，再将当前发送出去的脉冲个数与微控制单元发送过来的所需发送的脉冲个数进行比较，如果相等或者发送的脉冲个数大于所需发送的脉冲个数就会立即停止脉冲输出；

（5）手动控制和操作安全功能，一是，当刀具高度明显不适合所需加工工件高度要求时通过移动摇臂上升或者下降来解决问题，当需要摇臂移动时，按住摇臂上升按钮或者摇臂下降按钮，分线器通过可编程逻辑器件将摇臂上升或者下降的信号发送给微控制单元，微控制单元再通过分线器置位摇臂松开电磁阀同时复位摇臂夹紧电磁阀，此时摇臂处于松开状态，延时3秒后微控制单元再通过可编程逻辑器件输出摇臂电机正转或者摇臂电机反转信息给分线器，分线器会根据当前接收到的摇臂升降电机正转或者反转信息置位摇臂电机正转或者摇臂电机反转输出端子，控制相应的接触器吸合，摇臂电机开始正转或者反转，当摇臂移动到相应的位置时，松开摇臂上升按钮或者摇臂下降按钮，分线器通过可编程逻辑器件将停止摇臂上升或者下降的信息发送给微控制单元，微控制单元分析后再通过可编程逻辑器件输出摇臂电机停止信息给分线器，分线器接收到该信息后会复位相应的摇臂电机正转或者摇臂电机反转输出端子，此时摇臂升降电机处于停止状态后，延时2秒后微控制单元再通过可编程逻辑器件输出摇臂夹紧信息给分线器，分线器根据当前接收到的摇臂夹紧信息置位摇臂夹紧电磁阀同时复位摇臂松开电磁阀，完成摇臂升降动作；二是，当需要手动加工时，先按下变速箱和矩形导轨方外柱松开按钮分线器通过可编程逻辑器件将变速箱和矩形导轨方外柱松开信息发送给微控制单元，微控制单元通过分线器置位变速箱松开电磁阀和矩形导轨方外柱松开电磁阀输出端子同时复位变速箱夹紧电磁阀和矩形导轨方外柱夹紧电磁阀输出端子，此时矩形导轨方外柱和变速箱均处于松开状态，通过手动旋转矩形导轨方外柱和移动变速箱使刀具移动到需要的位置上再按下变速箱和矩形导轨方外柱夹紧按钮，分线器通过可编程逻辑器件将变速箱和矩形导轨方外柱夹紧信息发送给微控制单元，微控制单元分析后通过可编程逻辑器件发送出变速箱和矩形导轨方外柱夹紧信息给分线器，分线器置位变速箱夹紧电磁阀和矩形导轨方外柱夹紧电磁阀输出端子同时复位变速箱松开电磁阀和矩形导轨方外柱松开电磁阀输出端子，此时变速箱和矩形导轨方外柱均处于夹紧状态，设定好主轴速度后钻孔；三是，从安全角度考虑，数显型摇臂钻床发生故障或者意外时，通过按下急停按钮，分线器将急停信息通过可编程逻辑器件发送给微控制单元，微控制单元会立即给主轴变频器输出模拟量0V和停止发送脉冲给进给伺服驱动器，主轴就停止旋转，刀具也停止移动，通过可编程逻辑器件给分线器发送摇臂电机复位和主轴停止信息，分线器接收到该信息后会立即复位主轴正转、主轴反转、摇臂电机正转和摇臂电机反转的输出端子；在定程或者手动控制刀具上下移动时，数显控制系统会根据数显型摇臂钻床上按装的进给上下行程限位反馈的信息来判断当前是否移动到最顶端或者最底端，如果移动到最顶端或者最底端，进给上下行程限位将会返回低电平，分线器收到该信息后会通过可编程逻辑器件发送进给限位信息给微控制单元，微控制单元给触摸屏发送报警信息提示用户，停止给进给伺服驱动器发送脉冲来保障数显型摇臂钻床的安全。