蝸杆砂輪磨齒機數控系統的製作方法

2023-05-01 21:49:06 3

專利名稱：蝸杆砂輪磨齒機數控系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種精加工用的工具機數控系統，特別涉及一種蝸杆砂輪磨齒機數控系統。
背景技術：
目前國內同規格的蝸杆砂輪磨齒機所配備的數控系統均為國外的標準數控系統， 這種標準數控系統的雖然通用性高、功能很多，但並不是專門針對某一種工具機而研發的系統，既可以用於磨齒機，也可以用於車床、磨床等工具機。這樣使得這種數控系統對蝸杆砂輪磨齒機的控制性相對較差，無法讓磨齒機在使用時實現非常高的磨削精度。標準通用型數控系統是以一個CPU為核心，通過總線方式控制對其他多個模塊。 每一個模塊均可實現對單個軸的控制，系統集成多個相同的模塊從而實現對多個軸的控制。對不同類別的工具機，CPU使用不同的軟體控制算法。以蝸杆砂輪磨齒機而言，CPU調用內部4個硬體模塊實現對4個軸的控制，而4個軸在磨削過程中的隨動關係同樣依靠CPU 的軟體算法。標準通用型數控系統優點是通用性較強，可針對不同類型的工具機設計不同的算法，而不需對硬體進行大量修改。但是其優點大多是對設計者本身而言，對用戶使用沒有任何作用。且由於其採用軟體算法控制延時大、響應慢(軟體處理一般在μ s級以上，而硬體處理可達ns級)，造成其精度無法提高。對磨齒機而言，精度一般分為1 12級，等級值越小，精度越高。使用標準通用型數控系統可達6級，而使用本發明的專用型數控系統可達4 級。而且硬體上集成的多個功能模塊並不是全部工作，造成資源的浪費。

發明內容
鑑於上述技術問題，針對磨齒機這個特種加工工藝的機型，為了提高對這種工具機的加工精度控制，本發明提供了一種蝸杆砂輪磨齒機數控系統。該系統作為磨齒機專用的數控系統，採用直流伺服技術控制工件旋轉軸，同時由於系統本身採用大規模硬體集成電路，並應用鎖頻鎖相技術，使得在該系統控制下的磨齒機能達到同類型工具機無法達到的磨削精度。平均精度比同類型產品高一 二級。本發明的具體技術方案如下蝸杆砂輪磨齒機數控系統，包括一立櫃式機艙，所述機艙內包括AC交流電源模塊、DC直流電源模塊、主控制單元、功率驅動單元；所述主控制單元和功率驅動單元包括信號接收處理模塊、電子齒輪比模塊、差補模塊、鎖頻鎖相模塊、以及功率驅動放大模塊；所述信號接收處理模塊接收工具機反饋信號及工具機控制信號處理得到系統後級模塊所需的電機編碼器信號、直線編碼器信號和開關輸入信號這些脈衝信號；所述電子齒輪比模塊根據信號接收處理模塊輸出的電機編碼器信號通過倍頻分頻處理，輸出砂輪反饋信號以及工件反饋信號；所述差補模塊根據信號接收處理模塊輸出的直線編碼器信號和開關輸入信號通過誤差檢測以及計算處理，輸出誤差調節量和差補脈衝；所述鎖頻鎖相模塊根據接收到的砂輪反饋信號、工件反饋信號和差補脈衝處理輸出主控制量；所述功率驅動放大模塊根據接收到的誤差調節量和主控制量，通過對系統主控制量進行適當的增益放大， 輸出用以驅動工具機的參數信號。上述方案中，所述工具機反饋信號包括砂輪電機編碼器信號、工件電機編碼器信號、 Z軸編碼器信號以及Y軸編碼器信號。上述方案中，所述電機編碼器信號包括砂輪脈衝信號、工件脈衝信號。另外，機艙內各功能模塊以抽屜式結構安置在機艙內。主控制單元內部不同功能模塊所集成的硬體採用插卡式結構安置在機艙內。本發明相比較現有技術的優點是1、對磨齒機的控制效率明顯優於國內同類型產品，而且通過該系統的控制，磨齒機的產品加工精度比同類型產品高1 2級。(磨齒機精度一般分為1 12級，等級值越小，精度越高。使用標準通用型數控系統可達6級，而使用本發明的專用型數控系統可達4 級。)2、本發明系統對磨齒機而言針對性、專用性強，目前國內其他產品均採用標準通用系統，從對系統功能的利用率上看，其他同類產品的利用率很低，無形中造成了技術、資源上的浪費。本發明系統是針對磨齒機這一種機型，資源利用率100%，性價比高。
以下結合附圖和具體實施方式
來進一步說明本發明。

圖1為本發明系統的原理框圖。圖2為本發明系統中主控制單元和功率驅動單元的原理框圖。圖3a為本發明系統的機艙外部結構圖。圖北為本發明系統的機艙內部構成顯示圖。圖4為本發明系統的電源處理模塊圖。圖5為本發明系統的實際應用時的原理示意圖。
具體實施例方式為了使本發明實現的技術手段、創作特徵、達成目的與功效易於明白了解，下面結合具體圖示，進一步闡述本發明。如圖1所示，本發明系統的原理是在一機艙內包括AC交流電源模塊、DC直流電源模塊、主控制單元、功率驅動單元四個功能模塊。整個系統對工具機進行實時驅動，同時對工具機的實時反饋進行監測，以此對驅動量進行調整，從而實現系統與工具機之間形成一套閉環隨動控制系統。如圖2所示，系統中的主控制單元和功率驅動單元包括信號接收處理模塊、電子齒輪比模塊、差補模塊、鎖頻鎖相模塊、以及功率驅動放大模塊。其中，信號接收處理模塊接收工具機反饋信號及工具機控制信號處理得到系統後級模塊所需的電機編碼器信號、直線編碼器信號和開關輸入信號這些脈衝信號；電子齒輪比模塊根據信號接收處理模塊輸出的電機編碼器信號通過倍頻分頻處理，輸出砂輪反饋信號以及工件反饋信號；差補模塊根據信號接收處理模塊輸出的直線編碼器信號和開關輸入信號通過誤差檢測以及計算處理，輸出誤差調節量和差補脈衝；鎖頻鎖相模塊根據接收到的砂輪反饋信號、工件反饋信號和差補脈衝處理輸出主控制量；功率驅動放大模塊根據接收到的誤差調節量和主控制量，通過對系統主控制量進行適當的增益放大，輸出用以驅動工具機的參數信號。需要指出的是，上述工具機反饋信號包括砂輪電機編碼器信號、工件電機編碼器信號、Z軸編碼器信號以及Y軸編碼器信號。而其中的電機編碼器信號包括砂輪脈衝信號、工件脈衝信號。運行過程中，系統實時檢測砂輪信號、工件信號及其它工具機信號，根據設計的算法使得以砂輪信號、工件信號為核心形成主脈衝與反饋脈衝；其他工具機信號形成實時差補脈衝。主脈衝、反饋脈衝以及差補脈衝進入鎖頻鎖相單元後，首先將差補脈衝同步加入主脈衝或者反饋脈衝，形成的兩路脈衝之間進行相位與頻率的比較，最終得到差值就是工具機給定動作與實際動作的差值當量。將此當量進入功率放大模塊進行功率放大，就得到工具機下一步動作的驅動量。如圖3a和圖北所示，本發明系統的機艙採用立櫃式，機艙內各功能模塊以抽屜式結構安置在機艙內，而且主控制單元內部不同功能模塊所集成的硬體採用插卡式結構安置在機艙內。機艙內的抽屜結構自上而下分別是功率驅動單元301、主控制單元302、DC直流電源模塊303和AC交流電源模塊304。另外，在機艙上部還設有信號輸入輸出接口 305。如圖4所示，本系統所述的電源處理模塊包括AC交流電源模塊和DC直流電源模塊，僅需外部提供380V三相電源，系統內部AC、DC模塊處理後為系統其它單元提供不同的工作電源。如圖5所示，該圖為本發明系統的實際控制原理示意，圖中砂輪電機編碼器、工件電機編碼器、Y軸直線編碼器、Z軸直線編碼器等均為工具機反饋的實時監測設備，通過這些設備，系統得到工具機的實時運行狀況。系統將砂輪電機的實時給定、工件電機的實時反饋經過一定算法處理後得到給定脈衝與反饋脈衝，將此兩路脈衝經過鎖頻鎖相處理後得到反饋與給定之間的頻率差值經DA 轉換後進行主調節、相位差值經DA轉換後進行微調。其他如Z軸、Y軸等編碼器反饋信號均是差補微調節量。工具機控制信號由上位機發給系統CPU，系統以此採取相應動作。以上顯示和描述了本發明的基本原理和主要特徵和本發明的優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和範圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明範圍內。本發明要求保護範圍由所附的權利要求書及其等效物界定。
權利要求
1.蝸杆砂輪磨齒機數控系統，包括一立櫃式機艙，所述機艙內包括AC交流電源模塊、 DC直流電源模塊、主控制單元、功率驅動單元；其特徵在於，所述主控制單元和功率驅動單元包括信號接收處理模塊、電子齒輪比模塊、差補模塊、 鎖頻鎖相模塊、以及功率驅動放大模塊；所述信號接收處理模塊接收工具機反饋信號及工具機控制信號處理得到系統後級模塊所需的電機編碼器信號、直線編碼器信號和開關輸入信號這些脈衝信號；所述電子齒輪比模塊根據信號接收處理模塊輸出的電機編碼器信號通過倍頻分頻處理，輸出砂輪反饋信號以及工件反饋信號；所述差補模塊根據信號接收處理模塊輸出的直線編碼器信號和開關輸入信號通過誤差檢測以及計算處理，輸出誤差調節量和差補脈衝；所述鎖頻鎖相模塊根據接收到的砂輪反饋信號、工件反饋信號和差補脈衝處理輸出主控制量；所述功率驅動放大模塊根據接收到的誤差調節量和主控制量，通過對系統主控制量進行適當的增益放大，輸出用以驅動工具機的參數信號。
2.根據權利要求1的蝸杆砂輪磨齒機數控系統，其特徵在於，所述工具機反饋信號包括砂輪電機編碼器信號、工件電機編碼器信號、Z軸編碼器信號以及Y軸編碼器信號。
3.根據權利要求1的蝸杆砂輪磨齒機數控系統，其特徵在於，所述電機編碼器信號包括砂輪脈衝信號、工件脈衝信號。
全文摘要
本發明公開了一種蝸杆砂輪磨齒機數控系統。該系統包括一立櫃式機艙，所述機艙內包括AC交流電源模塊、DC直流電源模塊、主控制單元、功率驅動單元。所述主控制單元和功率驅動單元包括信號接收處理模塊、電子齒輪比模塊、差補模塊、鎖頻鎖相模塊、以及功率驅動放大模塊。該系統作為磨齒機專用的數控系統，採用直流伺服技術控制工件旋轉軸，同時由於系統本身採用大規模硬體集成電路，並應用鎖頻鎖相技術，使得在該系統控制下的磨齒機能達到同類型工具機無法達到的磨削精度。平均精度比同類型產品高一至二級。
文檔編號G05B19/18GK102339033SQ201110201570
公開日2012年2月1日 申請日期2011年7月19日 優先權日2011年7月19日
發明者孫珉 申請人:無錫星月科技有限公司