步進電機驅動的磨床及其控制方法
2023-09-16 23:10:50
專利名稱：步進電機驅動的磨床及其控制方法
技術領域：
本發明涉及一種磨床，是一種步進電機驅動的磨床及其控制方法。
背景技術：
磨床是利用磨具對工件表面進行磨削加工的工具機。隨著高精度、高硬度機 械零件數量的增加，以及精密鑄造和精密鍛造工藝的發展，磨床的性能、品種 和產量都在不斷的提高和增長。外圓磨床是使用的最廣泛的，能加工各種圓柱 形和圓錐形外表面及軸肩端面的磨床。萬能外圓磨床還帶有內圓磨削附件，可 磨削內孔和錐度4交大的內、外錐面。
現有技術中，外圓磨床的自動化程度較低，只適用於中小批單件生產和修 配工作。全自動外圓磨床是通過控制精密油缸的推進速度實現自動磨削的，或 者用交流伺服系統控制絲槓進給實現自動磨削，油缸控制磨削過程或者用交流 伺服系統控制絲槓進給實現自動磨削過程，成本高，而且磨削速度慢，且沒有 已有的手動磨床所具有的優點。
因此，需要一種磨床，自動化程度較高，結構簡單，製造成本低，磨削效 率高，提高磨削精度，並且節約生產成本。
發明內容
有鑑於此，本發明的目的是提供一種步進電機驅動的磨床及其控制方法， 自動化程度較高，結構簡單，製造成本低，磨削效率高，提高磨削精度，並且 節約生產成本，通過步進電機來控制進給絲杆進給速度，從而實現粗磨到精磨 再到光磨的實現自動磨削過程。
本發明的步進電機驅動的磨床，包括床身、徑向進給機構和縱向進給機構， 還包括自動控制系統、步進電機I和步進電機II ,所述步進電機I和步進電機 II由自動控制系統控制分別驅動徑向進給機構和縱向進給機構。
進一步，所述自動控制系統包括主動測量儀和單片機系統，所述主動測量 儀與工件對應設置用於採集工件的徑向數據信息，並將數據信息輸入單片機系
統，由單片機系統發出控制信號至步進電機i的控制器和步進電機n的控制器，
控制徑向進給機構和縱向進給機構的進給量；
進一步，所述單片機系統包括單片機I和單片機II，所述主動測量儀將數 據信息輸入單片機i，單片機i將信號處理後輸入單片機n，由單片機n發出 控制信號至步進電機i的控制器和步進電機n的控制器；
進一步，所述主動測量儀為位移傳感器；
進一步，所述步進電4幾i通過手專侖進給絲槓才幾構i和步進電才幾n通過手輪
進給絲槓機構II分別驅動徑向進給機構和縱向進給才幾構；
進一步，所述步進電機I和步進電機n主軸尾部設置驅動手輪； 進一步，所述自動控制系統的輸入輸出線纜設置屏蔽； 進一步，所述步進電機I和步進電機II分別通過彈性聯軸器與手輪進給絲 槓才幾構I和手4倉進糹合絲槓糹幾構II相連。
本發明還公開了一種步進電機驅動的磨床的控制方法，包括以下步驟
a根據工件直徑，設定徑向測量點P。、 P" P2、 P3和P4，並且P。〉P,P2〉P3〉P4，
設在線採集數值為M，對比對比M值與P,，如果M《P4，主動測量儀發出PJ永沖 信號結束工作；
b如果M〉P4，對比M值與P"如果NKP"則發P,脈衝信號，控制進給量 P廣P2後，發出P2脈衝信號，直至M《P4時，發出P4脈沖信號結束工作；
c如果M〉P"主動測量儀發出Pi脈衝信號，步進電機I驅動徑向進給機構 進給量為P! —P2,定程粗磨；對比M值與P"如果M〉P4，對比M值與P"如果 M>P3,對比M值與P2,如果M》P2,主動測量儀發出P2脈沖信號，直至M〈P2時，
對比M值與P"如果M〉P3，主動測量儀發出P2脈沖信號，進行精磨，直至NK
P3時，主動測量儀發出P3脈沖信號，停止發出脈衝信號，等待工件旋轉一個周
期以上，發出PJ永衝信號結束工作；
d步驟c中，如果M《P4，發出PJ永衝信號結束工作；
e步驟c中，如果NKP3，主動測量儀發出P3脈衝信號，停止發出脈衝信號， 等待工件旋轉一個周期以上，發出PJ永衝信號結束工作。
進一步，設定Pu和Ps2, P"空制脈衝信號寬度，也就是控制磨床一次進給量; P82控制兩次進給的時間間隔，確保本次進給後至少旋轉一周後才能發出下次進 給命令。
本發明的有益效果是本發明的步進電機驅動的磨床，採用步進電機驅動 徑向和軸向進給，自動化程度較高，結構簡單，製造成本低，磨削效率高，提 高磨削精度，與交流伺服電機控制和液壓控制相比，成本明顯降低，在保證高 精度前提下，磨削速度明顯提高，利用本發明的控制系統的磨床磨削一個工位 只需要現有的液壓控制自動磨床不到二分之一的時間；本發明的控制方法，通 過步進電機來控制進給絲杆進給速度，實現粗磨到精磨再到光磨的實現自動磨 削過程，有效控制磨削的精度。
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步描述。 圖1為本發明結構示意圖； 圖2為本發明步進電機與絲杆連接示意圖； 圖3為本發明控制方法方框圖。
具體實施方式
圖1為本發明結構示意圖，圖2為本發明步進電機與絲杆連接示意圖，如 圖所示本實施例的步進電機驅動的磨床，包括床身1、徑向進給機構和縱向進 給機構，還包括自動控制系統、步進電機I 4和步進電才幾II 2，所述步進電機I 4 和步進電機I12由自動控制系統控制分別驅動徑向進給才幾構和縱向進給機構；本 實施例中步進電機I 4通過手輪進給絲槓機構I 11和步進電機II 2通過手輪進給 絲槓機構II12分別驅動徑向進給機構和縱向進給機構；步進電機I 4和步進電 才幾H2分別通過彈性4關軸器14與手4侖進給絲槓衝幾構I 11和手輪進給絲槓才幾構II 12相連，彈性聯軸器14內設置彈性墊圏15，採用彈性聯軸器，補償安裝過程 中的同軸度問題，消除傳動過程中的衝擊和振動，利於提高磨削精度。
自動控制系統包括主動測量儀8和單片機系統，本實施例中，主動測量儀8 為位移傳感器；單片機系統包括單片機I 7和單片機I16，主動測量儀8與工件 9對應設置用於採集工件9的徑向數據信息，並將數據信息輸入單片機I 7,單 片機I 7將信號處理後輸入單片機I16，由單片機II6發出控制信號至步進電機 I 4的控制器5和步進電機I12的控制器3，控制步進電才幾I 4和步進電機I12的 轉動量，從而控制徑向進給機構和縱向進給機構的進給量；本實施例中，自動 控制系統的輸入輸出線纜設置屏蔽，消除步進電機系統的不穩定因素；
步進電機I 4和步進電機II 2主軸尾部設置手動驅動手輪13,加裝手動驅動 手輪13後，磨床可實現自動或手動，方便操作。
圖3為本發明控制方法方框圖，如圖所示本發明的步進電機驅動的磨床 的控制方法，包括以下步驟
a根據工件直徑，設定徑向測量點P。、 P、P2、 P3和P4，並且P。〉P,P2〉P3〉P4，
設在線釆集數值為M,從測量值小於等於Pi開始粗磨，測量值小於或等於P2開 始精磨。測量值小於或等於P3無火花磨。測量值等於P4輸出PW言號，停止磨削， 復位；
為保證本外圓磨床控制儀的磨削精度和速度，本主動測量儀的輸出信號
Pl P2. P3. Pj要如下方式
1. 用標準軸對"0"
2. 測較大毛坯軸與標準軸的差值，將此值記入
3. 量儀輸出P。或P,時用脈衝信號方式輸出，按PrP2值控制絲杆進給量(即 定程)。
4. 定程走完後，此時測量值在P「範圍或P2範圍均輸出P2脈沖信號，同樣寬
度P2脈衝信號產生進給量為同樣寬度PJ永衝信號產生進給量的五分之一， 一般
為20ji /秒，此時進入P2慢進給階段；之後根據測量值控制輸出P3或P^直至結 束磨削。
程序開始，對比M值與P4，如果NKP4，主動測量儀發出P4脈沖信號結束
工作；
b如果M〉P4，對比M值與P3，如果M《P"則發出Pi脈沖信號，控制進給 量P「P2後發出P2脈沖信號，直至M《P4時，發出PJ永衝信號結束工作；
c如果M〉P3，主動測量儀發出P:脈沖信號，步進電機I驅動徑向進給機構 進給量為P! —P2，定程粗磨；對比M值與P,,如果M〉P"對比M值與P"如果 M>P3，對比M值與P2,如果M》P2，主動測量儀發出P2脈衝信號，直至M〈P2時， 對比M值與P"如果M〉P"主動測量儀發出PJ永沖信號，進行精磨，直至M《 P3時，主動測量儀發出P3脈衝信號，即光磨信號，停止發出脈沖信號，等待工 件旋轉一個周期以上，發出P4脈沖信號結束工作；
d步驟c中，如果M《P"發出P4脈衝信號結束工作；
e步驟c中，如果NKP3，主動測量儀發出P3脈沖信號，即光磨信號，停止 發出脈衝信號，等待工件旋轉一個周期以上，發出PJ永沖信號結束工作。
在進給過程中，設定Pw和Pm P"空制脈衝信號寬度，也就是控制磨床一次 進給量；P82控制兩次進給的時間間隔，確保本次進給後至少旋轉一周後才能發 出下次進給命令；磨床一次進給量一般為10ja- 1 8 0 ja;兩次進給之間間隔，
一般為O. 04秒_ 1G秒，這個時間與軸的粗細和磨削工件轉速有關， 一般確保這 次進給後至少旋轉一周後才能發出下次進給命令。
最後說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，儘管 參照較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解， 可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的 宗旨和範圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求範圍當中。
權利要求
1.一種步進電機驅動的磨床，包括床身(1)、徑向進給機構和縱向進給機構，其特徵在於還包括自動控制系統、步進電機I(4)和步進電機II(2)，所述步進電機I(4)和步進電機II(2)由自動控制系統控制分別驅動徑向進給機構和縱向進給機構。
2. 根據權利要求1所述的步進電機驅動的磨床，其特徵在於所述自動控 制系統包括主動測量儀(8)和單片機系統，所述主動測量儀(8)與工件(9) 對應設置用於採集工件(9)的徑向數據信息，並將數據信息輸入單片機系統， 由單片機系統發出控制信號至步進電機1(4)的控制器和步進電機II的控制器， 控制徑向進給機構和縱向進給機構的進給量。
3. 根據權利要求2所述的步進電機驅動的磨床，其特徵在於所述單片機 系統包括單片機I (7)和單片機H (6)，所述主動測量儀(8 )將數據信息輸 入單片機I (7)，單片機I (7)將信號處理後輸入單片機II (6)，由單片機II(6)發出控制信號至步進電機I (4)的控制器(5)和步進電機II (2)的控 制器(3)。
4. 根據權利要求3所述的步進電機驅動的磨床，其特徵在於所述主動測 量儀(8)為位移傳感器。
5. 根據權利要求4所述的步進電機驅動的磨床，其特徵在於所述步進電 機I ( 4 )通過手輪進給絲槓機構I (11)和步進電機II ( 2 )通過手輪進給絲 槓機構II (12)分別驅動徑向進給機構和縱向進給機構。
6. 根據權利要求5所述的步進電機驅動的磨床，其特徵在於所述步進電 機I和步進電機II主軸尾部設置手動驅動手輪(13 )。
7. 根據權利要求6所述的步進電機驅動的磨床，其特徵在於所述自動控 制系統的輸入輸出線纜設置屏蔽。
8. 根據權利要求7所述的步進電機驅動的磨床，其特徵在於所述步進電 機I (4)和步進電機II (2)分別通過彈性聯軸器(14)與手輪進給絲槓機構i (ii)和手輪進給絲槓一幾構n (12)相連。
9. 一種權利要求1所述的步進電機驅動的磨床的控制方法，其特徵在於 包括以下步驟a根據工件直徑，設定徑向測量點P。、 Pi、 P2、 P3和P"並且P。〉P,P2〉P,P4，設在線採集數值為M，對比M值與P,，如果M《P"主動測量儀發出PJ永衝信號 結束工作；b如果M〉P4，對比M值與P"如果M《P3，則發PJ永沖信號，控制進給量 P廣P2，之後發出P2脈衝信號，直至M《^時，發出PJ永衝信號結束工作；c如果M〉P3，主動測量儀發出PJ永沖信號，步進電機I驅動徑向進給機構 進給量為Pi —P2，定程粗磨；對比M值與h，如果M〉P"對比M值與P3，如果 M〉P3,對比M值與P2,如果M》P2，主動測量儀發出P2脈衝信號，直至M〈P2時， 對比M值與P3，如果M〉P"主動測量儀發出P2脈沖信號，進行精磨，直至NKP3時，主動測量儀發出P3脈衝信號，停止發出脈衝信號，等待工件旋轉一個周期以上，發出P4脈沖信號結束工作；d步驟c中，如果M《P4，發出PJ永沖信號結束工作；e步驟c中，如果NKP"主動測量儀發出PJ永衝信號，停止發出脈衝信號， 等待工件旋轉一個周期以上，發出PJ永沖信號結束工作。
10. 根據權利要求9所述的步進電機驅動的磨床的控制方法，其特徵在於 設定P"和Pm P"空制脈沖信號寬度，也就是控制磨床一次進給量；P"空制兩次 進給的時間間隔，確保本次進給後至少旋轉一周後才能發出下次進給命令。
全文摘要
本發明公開了一種步進電機驅動的磨床及其控制方法，磨床包括床身、徑向進給機構和縱向進給機構，還包括自動控制系統、步進電機I和步進電機II，所述步進電機I和步進電機II由自動控制系統控制分別驅動徑向進給機構和縱向進給機構，本發明自動化程度較高，結構簡單，製造成本低，與交流伺服電機控制和液壓控制相比，成本明顯降低，在保證高精度前提下，磨削速度明顯提高，利用本發明的控制系統的磨床磨削一個工位只需要現有的液壓控制自動磨床不到二分之一的時間；加裝手動驅動，利於提高磨床磨削精度，提高磨削效率；本發明的控制方法，通過步進電機來控制進給絲杆進給速度，實現粗磨到精磨再到光磨的自動磨削過程，有效控制磨削的精度。
文檔編號B24B47/20GK101352835SQ20081007016
公開日2009年1月28日 申請日期2008年8月22日 優先權日2008年8月22日
發明者李旭傑 申請人:李旭傑