一種微機控制的拋光機的製作方法
2023-06-11 10:25:31
專利名稱：一種微機控制的拋光機的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種拋光機，具體是一種微機控制的拋光機。
背景技術：
微機控制眼鏡拋光機，是利用柔性拋光工具和磨料顆粒或其他拋光介質對眼 鏡架表面進行的修飾加工。拋光不能提高鏡架工件的尺寸精度或幾何形狀精度， 而是以得到光滑表面或鏡面光澤為目的，有時也用以消除光澤(消光)。通常以 拋光輪作為拋光工具。
拋光機國內外已有許多專利，而對眼鏡架的拋光卻因無法有效控制鏡架的移 動速度，操作時達不到客戶要求，市場上難以具有進入品牌的產品。醫院使用的 鑷子、止血鉗、手術刀基本上鍍鎳、鍍鉻，尤其不合適的是表面粗糙，成本高， 不能達到理想效果，本發明針對這些問題而加以改進。
發明內容
本發明的目的是要提供一種微機控制拋光機，具有方便清洗消毒等多功能。 此目的可通過以下措施來實現
一種微機控制拋光機，它是由計算機、單片機、同軸安裝的"步進電機、編 碼器和諧波減速器"、撥碼開關、驅動器、執行機構和工作檯組成，其特徵在於 所說的拋光機的執行機構由步進電機驅動，即採用脈衝+方向信號的模式，方式 為串行通訊方式在計算機上用VC++語言編制拋光控制界面，上位機(PC機) 將控制命令發送給單片機，使用時驅動器接線與編碼器相連，根據控制命令使步 進電機隨著不同的脈衝信號分別作正轉、反轉、加速、減速和停止等動作，自動 完成拋光運動。
上述所說的執行機構，也可稱拋光機機構，是單自由度平面六桿機構，該機
構包括CDEF雙搖杆支路，其特徵在於，在連杆ED延長端B處通過鉸鏈連接一個 二級杆組BAO，其中，構件OA是主動件，其杆長為曲柄；該機構為全鉸鏈杆 機構；主動件用一個步進電機驅動，在鉸鏈B處安裝圓形拋光輪7，拋光輪上安 裝一個步進電機。C、 F、 O端分別與機架鉸鏈連接。
單自由度平面六桿機構有5個活動構件，1個機架，有7個轉動副，有0個複合鉸接，有0個虛約束，機構自由度數目為F二3n-2PirPH二3X5—2X7—0=1。 拋光輪上安裝的步進電機使拋光輪既可沿機架往復運動，又可在步進電機的 驅動下轉動。拋光輪一般用多層帆布、毛氈或皮革疊制而成，兩側用金屬圓板夾 緊，其輪緣塗敷由微粉磨料和油脂等均勻混合而成的拋光劑。拋光時，高速旋轉 的曲柄LoA以圓周速度在20米/秒旋轉，通過拋光機機構運動後，見圖l。將 拋光輪壓向鏡架，使磨料對鏡架表面產生滾壓和微量切削，從而獲得光亮的加工 表面，表面粗糙度一般可達Ra0.63 0.01微米；當採用非油脂性的消光拋光劑 時，可對光亮表面消光以改善外觀。微處理器控制系統裝有單片機板卡，數碼管 自動顯示速度、時間，功率大，噪音小。在放大40倍的顯微鏡下觀察不到任何 表面缺陷。
在所說的六桿機構中，更為具體的是ED二DB，AB〉EF;這樣，可增加機構的功 能，不改變機構的自由度，取得有利的傳動角、增大較大的機械效益等。
本發明中考慮到運動精度要求不高，為簡化結構，降低成本，宜採用步進電 機開環伺服系統驅動。
本發明的計算機系統，可採用AT89C2051單片機擴展控制系統。控制系統 由微機部分、鍵盤及顯示器、1/0接口及光電隔離電路、步進功率放大電路等組 成。在計算機上用￥0++語言編制拋光控制界面，系統的工作程序和控制命令通 過鍵盤操作實現。顯示器釆用數碼管顯示加工數據和工作狀態等信息。
本發明中工作檯的傳動方式為保證一定的傳動精度和平穩性以及結構的緊 湊，採用滾珠絲槓螺母傳動副。為提高傳動剛度和消除間隙，採用有預加載荷的 結構。
考慮電機步距角和絲槓導程只能按標準選取，為達到解析度的要求，以及考 慮步進電機負載匹配，採用諧波減速傳動。 本發明的拋光機具有以下優點
(1) 樣件固定在專用載樣盤上工作時可避免因剛接觸研磨盤面產生衝擊 而損壞樣件的情況發生。
(2) 樣件接觸研磨盤研磨拋光時，工作時間可在0 99h範圍內任意設置， 自動研磨拋光，到時停機。
(3) 工作時研磨盤(拋光輪7)轉速在0 300r/min，載樣盤(工作檯G)速度在0 25m/s範圍內調整，可以先預置，亦可在工作時隨時調整。
(4) 執行機構結構釆用優質型鋼聯接而成，強度大，剛性好。
(5) 採用AT89C2051單片機擴展控制系統。控制系統由微機部分、鍵盤 及顯示器、1/0接口及光電隔離電路、步進功率放大電路等組成。
(6) 核心件採用不鏽鋼精密加工而成。
(7) 拋光機的執行機構都由步進電機驅動，即採用脈衝+方向信號的模式， 方式為串行通訊方式上位機(PC機)將控制命令發送給單片機，驅動器根據 控制命令自行完成有關控制過程。
圖l是拋光機機構運動簡圖， 圖2是拋光機結構圖
其中1曲柄；2、 4連杆；3、 5搖杆；6機架；7拋光輪，8工作檯，9步進 電機；IO微機控制系統；ll鉸鏈。
圖3.是步進電機驅動器系統電路圖
其中上位機是計算機，計算機串口 COM1/COM2與標準通訊接口 RS232相 連，單片機AT89C2051與微機通信系統作為控制系統，P1.7、 P1.4分別連接步 進電機驅動器系統電路，74LS74晶片連接二個編碼器(A.B兩相聯接)，用於正 反向計數、判斷正反向和測速，實時反饋步進電機的位置，74LS107作為4位單 個數碼管顯示驅動轉速。
圖4中斷方式程序框圖
具體實施例方式
實施例1
參照圖2，由微處理器控制步進電機驅動的拋光機，它是由微機控制系統10 (計算機、單片機(AT89C2051))、同軸安裝的"步進電機、編碼器和諧波減速 器"、驅動器、執行機構(拋光機機構)、工作檯8組成，拋光機的執行機構都由 步進電機9驅動，即採用脈衝+方向信號的模式，方式為串行通訊方式在計算 機上用￥(:++語言編制拋光控制界面，支持Windows2000/XP作業系統。上位機 (PC機)將控制命令發送給單片機，使用時驅動器接線與編碼器相連，根據控制命令使步進電機隨著不同的脈衝信號分別作正轉、反轉、加速、減速和停止等 動作，自動完成有關對眼鏡架的拋光運動。
如圖1拋光機機構由一種單自由度平面六桿機構組成，該機構由CDEF雙搖 杆支路通過延伸一連杆ED至DB，在B處增加一個二級杆組BAO而形成。其 中，C、 F、 O通過鉸鏈11連接在機架6上，OA為曲柄l， CD為搖杆3， EF為 搖杆5, BA和ED分別為連杆2、 4，本機構為全鉸鏈杆機構，主動件是構件OA， 有5個活動構件，1個機架6,有7個轉動副，有0個複合鉸接，有0個虛約束， 機構自由度數目為F:3n-2PL-PH=3X5—2X7 — 0=1。作為實施例被拋光件放 置在鏡架工作檯8處，拋光輪7的輪緣帶有磨料顆粒或其他拋光介質，可在工作 臺處往復運動實行滾壓和微量切削，從而獲得光亮的加工表面。為確保性能及工 作可靠，構件的尺寸經過ADAMS軟體虛擬仿真和模型製作。
拋光機機構自由度數目為F=3n-2PL-PH=3X5 — 2X7—0 = 1，在創新組合模 型試驗臺進行搭接，各構件幾何尺寸如下lOA=25mm， lAB=140mm, 1CD = 45 mm， 1BD =1DE =65 mm， 1EF =50 mm，機架0處到工作檯8處的垂直距 離10 mm，(見圖1)。
在具體方案中，可在主動件杆1處、拋光輪7處分別同軸安裝步進電機、 編碼器和諧波減速器，用二相式細分驅動器控制電機的方向，在工作檯8處安 裝滾珠絲杆和步進電機9，用二相式細分驅動器控制電機，使得工作檯8移動， 形成兩轉動一移動三軸聯動。
本發明中工作檯的傳動方式為保證一定的傳動精度和平穩性以及結構的緊 湊，採用滾珠絲槓螺母傳動副。為提高傳動剛度和消除間隙，採用有預加載荷的 結構。
考慮電機步距角和絲槓導程只能按標準選取，為達到解析度的要求，以及考 慮步進電機負載匹配，釆用諧波減速傳動。
由於拋光機的執行機構都由步進電機驅動，即採用脈衝+方向信號的模式， 方式為串行通訊方式上位機(PC機)將控制命令發送給單片機，驅動器根據 控制命令自行完成有關步進電機控制過程。步進電機驅動器系統電路見圖3。(1) 基於單片機AT89C2051的步進電機驅動器系統電路原理AT89C2051 將控制脈衝從P1 口的P1.4 P1.7輸出，經74LS14反相後進入9014，經9014放
大後控制光電開關，光電隔離後，由功率管TIP122將脈衝信號進行電壓和電流 放大，驅動步進電機的各相繞組。使步進電機隨著不同的脈衝信號分別作正轉、 反轉、加速、減速和停止等動作。圖2中Ll為步進電機的一相繞組。AT89C2051 選用頻率22MHz的晶振，選用較高晶振的目的是為了在串口通訊方式下儘量減 小AT89C2051對上位機脈衝信號周期的影響。74LS74晶片連接二個編碼器(A.B 兩相聯接)，用於正反向計數、判斷正反向和測速，實時反饋步進電機的位置， 74LS107作為4位單個數碼管顯示驅動轉速。
(2) 撥碼開關控制工作方式通過K1 K5的不同組合，直接控制K1主 軸(拋光輪7)打開、K2冷卻打開、K3報警、K4拋光機工作、K5計算機打開。 當上電或按下復位鍵KR後，AT89C2051先檢測撥碼開關KX、 KY的狀態，根 據KX、 KY的不同組合，進入工作方式。
(3) 由於工作檯的運動部件重量和工作載荷不大，可採用中斷方式控制所 選用滾動直線導軌副，從而減小工作檯的摩擦係數，提高運動平穩性。在程序的 編制中，要特別注意步進電機在換向時的處理。為使步進電機在換向時能平滑過 渡，不至於產生錯步，應在每一步中設置標誌位。其中20H單元的各位為步進 電機正轉標誌位；21H單元各位為反轉標誌位。在正轉時，不僅給正轉標誌位賦 值，也同時給反轉標誌位賦值；在反轉時也如此。這樣，當步進電機換向時，就 可以上一次的位置作為起點反向運動，避免了電機換向時產生錯步。
軟體編程框圖見圖4。
操作過程中，計算機的COMl/COM2與單片機RS-232連接，在微機上安裝 拋光機工作軟體，點擊進入實際操作，根據菜單提示，可進行拋光加工。
被拋光件放置在鏡架工作檯8處，拋光輪7的輪緣帶有磨料顆粒或其他拋光 介質，可在工作檯處往復運動實行滾壓和微量切削，從而獲得光亮的加工表面。 為確保性能及工作可靠，構件的尺寸經過ADAMS軟體虛擬仿真和模型製作。
權利要求
1、一種由微機控制的拋光機，它是由計算機、單片機、同軸安裝的「步進電機、編碼器和諧波減速器」、驅動器、執行機構和工作檯組成，其特徵在於，所說的拋光機的執行機構由步進電機驅動，即採用脈衝+方向信號的模式，方式為串行通訊方式在計算機上用VC++語言編制拋光控制界面，上位機將控制命令發送給單片機，驅動器接線與編碼器相連，根據控制命令使步進電機隨著不同的脈衝信號分別作正轉、反轉、加速、減速和停止等動作，自動完成拋光運動。
2、 根據權利要求1所述的拋光機，其特徵在於，所說的執行機構，是單自 由度平面六桿機構，該機構包括CDEF雙搖杆支路，在連杆ED延長端B處通過 鉸鏈連接一個二級杆組BAO，其中，構件OA是主動件，其杆長為曲柄；該機 構為全鉸鏈杆機構；主動件用一個步進電機驅動，在鉸鏈B處安裝圓形拋光輪， 拋光輪上安裝一個步進電機。
3、 根據權利要求2所述的拋光機，其特徵在於，所說的單自由度平面六桿 機構有5個活動構件，1個機架，C、 F、 O端分別與機架鉸鏈連接，有7個轉動 副，有0個複合鉸接，有0個虛約束，機構自由度數目為F:3n-2PL-PH=3X5— 2X7 — 0=1。
4、 根據權利要求1所述的所述的拋光機，其特徵在於，所述工作檯的傳動 方式，釆用滾珠絲槓螺母傳動副；採用有預加載荷的結構；採用步進電機和驅動 器驅動。
全文摘要
本發明涉及一種拋光機，具體是一種微機控制的拋光機。一種由微機控制的拋光機，它是由計算機、單片機、同軸安裝的「步進電機、編碼器和諧波減速器」、驅動器、執行機構和工作檯組成，其特徵在於，所說的拋光機的執行機構由步進電機驅動，即採用脈衝+方向信號的模式，方式為串行通訊方式在計算機上用VC++語言編制拋光控制界面，上位機將控制命令發送給單片機，驅動器接線與編碼器相連，根據控制命令使步進電機隨著不同的脈衝信號分別作正轉、反轉、加速、減速和停止等動作，自動完成拋光運動。該微機控制的拋光機，使用方便，成本低、拋光效果好。
文檔編號B24B29/00GK101293331SQ200810124180
公開日2008年10月29日 申請日期2008年6月17日 優先權日2008年6月17日
發明者蒯蘇蘇, 靜 謝 申請人:江蘇大學