一種磨床控制設備的製作方法
2023-10-10 03:49:04 1
一種磨床控制設備的製作方法
【專利摘要】一種磨床控制設備主要應用於機電和機械加工領域，尤其是涉及磨床設備。此磨床控制設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，並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。磨床控制設備是此磨床控制最核心部件。換能器是轉換能量輸出部件。磨床控制設備包括電源產生電路、信號產生和處理電路、信號驅動電路和輸出信號反饋電路構成。此電路主要應用於控制磨床進行金屬表加工。
【專利說明】一種磨床控制設備
【技術領域】
[0001]本發明涉及機電【技術領域】，特別是涉及一種磨床設備。
【背景技術】
[0002]隨著機械產品精度、可靠性和壽命的要求不斷提高以及新型材料的應用增多，磨削加工技術正朝著超硬度磨料磨具、開發精密及超精密磨削(從微米、亞微米磨削向納米磨削髮展)和研製高精度、高剛度、多軸的自動化磨床等方向發展，如用於超精密磨削的樹脂結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0.025 μ m ;使用電主軸單元可使砂輪線速度高達400m/s，但這樣的線速度一般僅用於實驗室，實際生產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,重複定位精度彡± I μ m的工具機已越來越多；從主軸轉速來看，8.2kw主軸達60000r/min, 13kw達42000r/min,高速已不是小功率主軸的專有特徵；從剛性上看，已出現可加工60HRC硬度材料的加工中心；北京第二工具機廠引進日本豐田工機公司先進技術並與之合作生產的GA (P)62 - 63數控外圓/數控端面外圓磨床，砂輪架採用原裝進口，砂輪線速度可達60m/s，砂輪架主軸採用高剛性動靜壓軸承提高旋轉精度，採用日本豐田工機公司GC32 - ECNC磨床專用數控系統可實現二軸(X和Z)到四軸(X、Z、U和W)控制；此外，對磨床的環保要求越來越高，絕大部分的工具機產品都採用全封閉的罩殼，絕對沒有切屑或切削液外濺的現象。大量的工業清洗機和切削液處理機系統反映現代製造業對環保越來越高的要求。
[0003]現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到，並且製造成本極其昂貴。並且採用的切削液不能循環利用造成浪費。
【發明內容】
[0004]為了克服上述現有技術的不足，本發明提供了一種磨床控制設備。
[0005]此磨床控制設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0.2以下)；表面顯微硬度提高20%以上；並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。換能器只是轉換能量的一個器件，即能量輸出部件。磨床控制電路是由電路板和引出導線構成。換能器是壓電式的換能主體和導線組成。
[0007]磨床控制設備的電路板包括電源產生電路、信號產生和處理電路、信號驅動電路和輸出信號反饋電路構成。
[0008]磨床控制設備的電源產生電路(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輸出端的負端接整流橋DOl的3。整流橋DOl的2端接地。整流橋的4端並接電解電容EOl的正極，二極體DOOl的正極，和電容COl的一端。EOl的負極接地。COl的另一端接地。DOOl的負極接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的負極和U13的I端。C002的另一端和D18的正極接地。D003正極同時接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端同時接E06的正極，C03的一端。C03的另一端和E06的負極同時接地。U3的2端接地。
[0009]磨床控制設備的電路板的信號產生和處理電路由智能處理單元U4及外圍信號處理電路構成(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的一端和開關的一端。D6的負極和Rll的另一端接5V電源。COl的另一端和開關的另一端接地。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]磨床控制設備的電路板的信號驅動電路由Ul，U2，Q2，Q3和Q5為主元件電路構成(如圖3)。變壓器Tl的副邊側正極接Dll的正極，Dll的負極接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的負極，D5的負極和C8的正極。C7的負極接C8的正極。C8的負極接Tl的副邊線圈的負極，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腳同時接R13的一端，Cl的一端和D3的負極。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的負極接15V。Dl的正極接R2 —端和D2的負極。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的另一端同時接Q3的3端。Q3的3端還接D5的負極。D4的負極接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的負極。C53 —端接Q5的3端，另一端接換能器。
[0011]磨床控制設備的輸出信號反饋電路由R11，R115，R12和Cll組成。反饋電路的信號最後反饋到U4的4腳。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1是本發明方案磨床控制設備的電源產生電路。
[0013]圖2是本發明方案磨床控制設備的信號產生和處理電路。
[0014]圖3是本發明方案磨床控制設備的信號驅動電路。
[0015]圖4是本發明方案磨床控制設備的整體電路。
[0016]圖5是本發明方案磨床控制設備信號處理電路的U4的型號單片機SPMC65P2408A單片機管腳圖。
[0017]圖6是本發明方案磨床控制設備信號處理電路的U4單片機SPMC65P2408A單片機程序流程圖。
[0018]圖7是本發明方案磨床控制設備整體框圖。
【具體實施方式】
[0019]磨床控制設備的電路板包括電源產生電路、信號產生和處理電路、信號驅動電路和輸出信號反饋電路構成。
[0020]市電220V經過變壓器Tl變壓後得到85V，經過整流橋DOl得到60V的直流電。經過EOl和COl濾波後經過二極體D001。得到的穩定的電壓一路經過R101，R106限流電阻後，經E02，COOI,濾波穩壓後接到U13的集電極2端。另一路經R02，R107並聯後接到U13的基極I端。電容C002起穩壓作用，D18是穩壓二極體，產生恆定電壓的。從U13的3端得到的是15V直流電源。二極體D003在此起的作用是防止D18的反向電壓到達U13的3端。E04和C003穩定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起穩定5V電壓的，濾除雜波的作用。R87的作用U3的反饋電阻，起穩定輸出電壓的作用。
[0021]信號產生和處理電路是以U4單片機智能處理器為中心的。U4的28腳接5V電源，C5起穩壓作用，防止單片機運行時電源電壓不穩，造成程序跑飛。27腳接地。CX1，CX2和XTAL為單片機運行提供精準的頻率。5V，D6，R11，C01和K為單片機提供上電復位功能。信號採樣電路有R11，R115，R12，和Cll組成。信號採樣電路經Rll限流後，經R115和R12分壓，最終由R12採樣電阻輸送到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腳組成的運算放大器的正相輸入端8腳。U4的5腳是運算放大器的輸出端。輸出信號和U4的4腳的採樣電壓比較處理後，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腳電壓高於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]信號驅動電路由U4引腳來的PWM脈衝信號，經U2光電耦合器隔離和放大後，送入模塊保護電路。正常狀態下，此脈衝信號再經Q2和Q3的推挽式功率放大電路放大，直接驅動IGBT模塊。IGBT管子的輸入柵-射結電容，需要瞬態的大湧入電流.這是採用Q2、Q3來做功率放大的原因。驅動信號的引入電阻，也是5Q8W的功率電阻。IGBT模塊，仍為電流型驅動器件。當驅動電路的電流輸出能力不足時，會使輸出電流產生斷續，脈衝處理電路原理重點是保護電路如何動作的。在變頻器未接受啟動信號時，U2的輸出腳7、8為截止負電壓，如以OV電源線做為參考點的話，此時7、8腳電壓約-9.5V(忽略內部管子的飽合壓降)，此負壓經R13、R3引入到Q2和Q3的基極。Q2因反偏壓而截止，Q3因正偏壓而導通，IGBT模塊的柵偏壓為負，處於截止狀態。電阻R1、R2對+15V和負-9.5V分壓得到3V的電平。D9為擊穿電壓值為9V的穩壓管，Rl與R2的分壓值不足以使其擊穿，故Q3無偏流，處於截止狀態。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CPU發送驅動脈衝的時候，U2的7、8腳變為峰值為15V的正脈衝電壓，Dl的正極此際便上升為+15V，此時便出現了兩種情況:一種情況下是模塊良好，IGBT管子在正激勵脈衝驅動下迅即導通，可認為P、E兩點之間瞬時短接了。Dl的負端電位瞬即拉為0V，也將D2的負端電位拉為IV以下，因未達到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載異常使運行電流過大，或因Q3等驅動電路本身不良使IGBT管子並未良好地導通，Dl的負端為高電位而截止，+15V經Rl使D2擊穿，Q3得到偏流導通，將Q2基極的正脈衝電壓拉為零電平，IGBT模塊失去脈衝而截止。同時Q3的導通產生了 Ul的輸入電流，Ul將模塊故障信號送入CPU。可見此電路是保護電路先切斷了 IGBT管子的驅動脈衝，同時送出了模塊故障信號。保護是及時和快速的。
[0023]相比較於現有技術，本發明的磨床控制電路具有實時處理信號，精確提供脈寬信號，並且響應速度快，金屬表面處理效果佳。本發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0.2以下)，表面顯微硬度提高20%以上，並大大提高了工件的表面耐磨性和耐腐蝕性。
【權利要求】
1.一種磨床控制設備,其電路板包括電源產生電路、信號產生和處理電路、信號驅動電路和輸出信號反饋電路構成.其特徵在於:電源產生電路產生的電壓供整個電路所用.信號產生和處理電路能夠實時高效處理信號，完成精準輸出.信號驅動電路為產生的信號起放大作用.輸出信號反饋電路用以調整輸入信號，一產生相應的信號。
2.如權利要求1所述的一種磨床控制設備，其電路板包括電源產生電路、信號產生和處理電路、信號驅動電路和輸出信號反饋電路構成.其特徵在於:磨床控制電路的電源產生電路，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輸出端的負端接整流橋DOl的3.整流橋DOl的2端接地.整流橋的4端並接電解電容EOl的正極，二極體DOOl的正極，和電容COl的一端.EOl的負極接地.COl的另一端接地.DOOl的負極接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的負極和U13的I端.C002的另一端和D18的正極接地.D003正極同時接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端同時接E06的正極，C03的一端.C03的另一端和E06的負極同時接地.U3的2端接地。
3.如權利所要求2所述的一種磨床控制設備，其特徵在於:U13是中功率的電晶體，U3是三端穩壓器。
4.如權利要求1所述的一種磨床控制設備，其電路板包括電源產生電路、信號產生和處理電路、信號驅動電路和輸出信號反饋電路構成.其特徵在於:磨床控制電路的電路板的信號產生和處理電路由智能處理單元U4及外圍信號處理電路構成.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的一端和開關的一端.D6的負極和Rll的另一端接5V電源.COl的另一端和開關的另一端接地.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.如權利要求4所述的一種磨床控制設備，其特徵在於:U4是智能單片機。
6.如權利要求1所述的一種磨床控制設備，其電路板包括電源產生電路、信號產生和處理電路、信號驅動電路和輸出信號反饋電路構成.其特徵在於:磨床控制電路的電路板的信號驅動電路由Ul，U2，Q2, Q3和Q5為主元件電路構成.變壓器Tl的副邊側正極接Dll的正極，Dll的負極接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的負極，D5的負極和C8的正極.C7的負極接C8的正極.C8的負極接Tl的副邊線圈的負極，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腳同時接R13的一端，Cl的一端和D3的負極.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的負極接15V.Dl的正極接R2一端和D2的負極.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的另一端同時接Q3的3端.Q3的3端還接D5的負極.D4的負極接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的負極.C53 一端接Q5的3端，另一端接換能器。
7.如權利要求6所述的一種磨床控制設備，其特徵在於:U1和U2是光電稱合器件.Q2, Q3和Q5是電晶體。
8.如權利要求1所述的一種磨床控制設備，其電路板包括電源產生電路、信號產生和處理電路、信號驅動電路和輸出信號反饋電路構成.其特徵在於: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.反饋電路的信號最後反饋到U4的4腳。
9.如權利要求7所述的一種磨床控制設備，其特徵在於:R11，Rl15，R12是電阻，Cll是電容，U4是智能單片機。
【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 優先權日:2013年6月27日
【發明者】不公告發明人 申請人:王培濤