專利名稱：多軸彈簧機控制裝置及其操作設(shè)定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及彈簧制造機，尤其涉及一種多軸彈簧機控制裝置及其操作設(shè)定方法。
彈簧制造機是用以生產(chǎn)各種彈簧產(chǎn)品，由于彈簧產(chǎn)品種類繁多且為適應(yīng)各種工業(yè)場合，因此彈簧產(chǎn)品多具有多軸向的變化；就彈簧制造機而言，如英國專利UK Patent No 2245850(Universal automatic spring-making machine)，其具有二軸伺服驅(qū)動軸，其一即為用以驅(qū)動面盤上滑臺刀具直線進退的凸輪軸，其二為用以進給傳動加工彈簧鋼線的進給軸，其兩者之間須借助常用數(shù)字控制(NC)控制器來驅(qū)動刀具的工作順序、鋼絲線的進給以達嚴密配合，得以正確完成卷撓、折彎、沖切彈簧網(wǎng)線等工作；另有改良的彈簧制造機增設(shè)有一伺服控制的扇形心軸，用以提供鋼線出線的適當(dāng)?shù)闹渭氨苊馀c刀具產(chǎn)生干擾。
因此，在伺服控制驅(qū)動方面，除了上述的三軸伺服驅(qū)動外，由于上述彈簧制造機的滑臺刀具是分別以凸輪設(shè)定其動作順序且僅能行直線工作，除了需經(jīng)常配合不同彈簧的生產(chǎn)需求更換凸輪或調(diào)整凸輪轉(zhuǎn)角外，對復(fù)雜或精密度需求高的彈簧仍無法適應(yīng)，因此多軸計算機數(shù)字控制(CNC)彈簧機由此產(chǎn)生，它是將面盤某特定的滑臺刀具上加裝兩旋轉(zhuǎn)軸(即第四、五軸)，亦即該彈簧制造機具有凸輪軸、送線軸、扇形心軸、Y-Z平面旋轉(zhuǎn)的第四軸、X-Z平面旋轉(zhuǎn)的第五軸等五個伺服運動軸，亦即可增加該第四、五軸而具有兩個不同平面的卷撓或折彎工作，即可行3D彈簧的制作。
然而，上述工作軸數(shù)的增加雖然提升了彈簧機的加工能力，但卻也相對提高機械動作控制的復(fù)雜性，以及操作設(shè)定的困難度；而一般傳統(tǒng)計算機數(shù)字控制(CNC)控制器并無法彈性應(yīng)用于工作軸數(shù)的增減，而靈活度極低；而最使人不便的是其拙劣的操作設(shè)定方式；其設(shè)定方式是由控制器內(nèi)定詳多功能碼(NC CODE)，操作者必須了解各個功能碼(NC CODE)的定義后，再以條列式將其所需的加工條件輸入屏幕；對于較復(fù)雜的彈簧體進行加工時，其設(shè)定程序相當(dāng)復(fù)雜，且其條列式的功能碼(NC CODE)亦趨龐大而不易了解外，同時單一條列式的列出(LIST)不易針對各個伺服軸于同步動作進行了解及記憶，同時其功能碼(NC CODE)并無法顯示其物理意義，使得設(shè)定作業(yè)相當(dāng)費時并增加錯誤的可能。
本發(fā)明的主要目的乃在于提供一種多軸彈簧機控制裝置及其操作設(shè)定方法，其可提升驅(qū)動控制的適用范圍，可任意擴充伺服驅(qū)動的軸數(shù)，而相對提高加工的能力，靈活性佳。
本發(fā)明的再一目的乃在于提供一種多軸彈簧機控制裝置及其操作設(shè)定方法，具有物理意義的圖表式輸入方式，改善人機界面的適應(yīng)性而達簡易操作、降低調(diào)機時間，提高查錯與排除的效率。
本發(fā)明的又一目的乃在于提供一種多軸彈簧機控制裝置及其操作設(shè)定方法，是以各伺服運動軸的物理量直接做為輸入條件，免除習(xí)用功能碼的輸入方式，可大幅降低操作的技術(shù)需求，使彈簧機的操作使用更為便利。
本發(fā)明的特征在于，其控制裝置為一開放式的以計算機程序控制為基礎(chǔ)的(pc-based)控制器結(jié)構(gòu)，具有一ISA總線(BUS)，其下平行分設(shè)有多數(shù)個功能板，該ISA總線(BUS)主要用以傳送各功能板的資料及命令，且該各功能板分別為一中央處理器(CPU)主機板、多數(shù)個運動控制板、一輸出輸入板及一手輪介面板；其中該主機板是外接一操作面板用以負責(zé)控制軟件的執(zhí)行運算；該各運動控制板是由伺服驅(qū)動器以連結(jié)各伺服運動軸馬達，以讀取各伺服運動馬達的位置，并用以傳遞運動命令至各該馬達驅(qū)動器，使馬達運轉(zhuǎn)；該輸出輸入板是用以負責(zé)數(shù)位或類比訊號的偵測與傳送；可由該ISA總線(BUS)擴充槽的功能可彈性增減功能板，即可自由適應(yīng)不同伺服運動軸數(shù)的彈簧加工機；更包含有一手輪介面板的功能板，該手輪介面板是連結(jié)一手輪，負責(zé)該手輪的轉(zhuǎn)動訊號轉(zhuǎn)換為可使控制程序可接受的運動指令；操作面板上連結(jié)有硬、軟式磁碟機；操作面板上連結(jié)有打印機；該操作面板的操作設(shè)定顯示畫面，是為圖表示輸入畫面，具有行列式劃分，其中每列代表一個運動區(qū)段，每行代表各個不同的伺服運動軸的初始、終止角度或進給長度及速度的物理量輸入值；其操作設(shè)定方法，為一圖表示的輸入方式，是為人機操作界面的操作設(shè)定顯示畫面上，具有行列式劃分，其中每列代表一個運動區(qū)段，每行代表各個不同的伺服運動的初始、終止角度或進給長度及速度的物理量輸入值；使用者在一定的加工條件下，將加工條件劃分為多數(shù)個運動區(qū)段，并在每一個運動區(qū)段，適當(dāng)選擇一特定的伺服運動軸為全量輸入的伺服運動軸而輸入其適當(dāng)且全部的物理量值，而其它各伺服運動軸僅需由使用者輸入部份的物理量或不輸入；而不輸入的物理量值則由控制裝置換算，使得其它伺服運動軸的動作得以配合該特定伺服運動軸的動作；其中該特定伺服運動軸的選擇，可在其加工條件允許下，適當(dāng)調(diào)變?yōu)槠渌我凰欧\動軸。
現(xiàn)列舉以下實施例并配合附圖詳細說明于后，其中
圖1是多軸彈簧機驅(qū)動軸的簡單示意圖。
圖2是本發(fā)明控制裝置硬件結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖3是本發(fā)明控制裝置的操作面板的畫面。
圖4是本發(fā)明操作面板上的操作設(shè)定顯示畫面。
圖5是本發(fā)明第一加工條件中，各運動軸加工動作的簡單示意圖。
圖6是本發(fā)明第一加工條件，各運動軸加工動作順序的圖表。
圖7是本發(fā)明第一加工條件，該操作設(shè)定顯示畫面的設(shè)定輸入示意圖。
圖8是本發(fā)明第一加工條件，該操作設(shè)定顯示畫面的另一設(shè)定輸入示意圖。
圖9是本發(fā)明第二加工條件，各運動軸加工動作順序的圖表。
圖10是本發(fā)明第三加工條件，各運動軸加工動作順序的圖表。
首先請參閱圖1所示，本發(fā)明多軸彈簧機在機械結(jié)構(gòu)方面包含有一機臺1及由內(nèi)部齒輪連動凸輪軸2而具有的八組刀具滑臺(3A～3H)，可受各凸輪軸2驅(qū)動而做直線進退路徑(P-P)運動，使得凸輪軸2形成第一伺服運動軸；又機臺1背后設(shè)有一用以進給傳動加工彈簧鋼線的進給軸4(如圖5所示)以形成第二伺服運動軸；且該機臺1前的鋼線出線處設(shè)有一可旋轉(zhuǎn)定位的扇形心軸5，提供出線適當(dāng)?shù)闹渭氨苊馀c刀具產(chǎn)生干涉并形成第三伺服運動軸；另外在八組刀具滑臺(3A-3H)中的第三組刀具滑臺3C上加設(shè)有一伺服馬達6，使得刀具具有Y-Z平面旋轉(zhuǎn)加工能力而形成第四伺服運動軸，及第五組刀具滑臺3E加設(shè)有一伺服馬達7，使得刀具具有X-Z平面旋轉(zhuǎn)加工能力而形成第五伺服運動軸；換言之，本發(fā)明具有五個伺服運動軸，其是由一控制裝置8進行伺服控制。
該控制裝置8，如圖2所示，為一開放式的以計算機程序控制為基礎(chǔ)的(pc-based)控制器結(jié)構(gòu)，具有一ISA總線(BUS)81，其下平行分設(shè)有多數(shù)個功能板，該ISA總線(BUS)81主要是用以傳送各功能板的資料及命令，且該各功能板分別為一中央處理器(CPU)主機板82、多數(shù)個運動控制板83、一輸出輸入板84及一手輪介面板85；其中該主機板82系外接一操作面板821并連結(jié)硬軟式磁機822及打印機823等外圍設(shè)備等，用以負責(zé)控制軟件的執(zhí)行運算；該各運動控制板83是由伺服驅(qū)動器831以連結(jié)各伺服運動軸馬達832，是以讀取各伺服運動馬達832的位置編碼器脈沖(ENCODER PULSE)并借以傳遞運動命令至各該馬達832驅(qū)動器，使馬達運轉(zhuǎn)；該輸出輸入板84用以負責(zé)數(shù)位或類比訊號的檢測與傳送；該手輪介面板85是連結(jié)一手輪851，是負責(zé)該手輪851的轉(zhuǎn)動訊號轉(zhuǎn)換為可使控制程式可接受的運動指令；是依靠該ISA總線(BUS)81擴充槽的功能可適當(dāng)增減功能板而可自由適應(yīng)不同伺服運動軸數(shù)的彈簧加工機，如伺服動軸數(shù)的增加可增設(shè)運動控制板83；當(dāng)然此種開放式控制結(jié)構(gòu)是配合完善軟件規(guī)劃，各訊號的傳送、資料的存取等而可予以精確控制；此外，該中央處理器(CPU)主機板(82)可周邊連結(jié)工作資料儲存、打印、連線管理等設(shè)備。
再請參閱圖3所示，是為本發(fā)明的人機操作設(shè)定界面的操作面板821畫面，其上方為操作設(shè)定顯示畫面821A，下方按鍵包括功能按鍵區(qū)821B、數(shù)值輸入?yún)^(qū)821C、游標位置控制區(qū)821D、各軸運動控制區(qū)821E(本控制區(qū)是直列設(shè)有6個運動軸控制)、其它還有啟動按鍵821F、馬達調(diào)速旋鈕821G、緊急停止開關(guān)821H及一動作手輪821I等。
就操作設(shè)定顯示畫面821A而言，如圖4所示，是為圖表示的輸入設(shè)定方式，其中最左邊欄位N代表各工序(STEP)的設(shè)定條件，而每一個工序(STEP)可同時對所有伺服運動軸設(shè)定其運動條件，在本發(fā)明中畫面的上行各列采用六個伺服運動軸的畫面，即凸輪軸2為第一運動軸凸輪(CAM)，進給軸4為第二驅(qū)動軸進給(FEED)，扇形心軸為第三運動軸套筒軸(QUILL)，第三組刀具滑臺3C的伺服馬達6為第四運動軸軸線(AXIS4)，第五組刀具滑臺3E的伺服馬達7為第五運動軸軸線(AXIS5)，畫面上最右邊的軸線(AXIS6)是若為擴充第六運動軸的預(yù)設(shè)畫面；在設(shè)定運動條件；在凸輪(CAM)列的下行具有三個輸入格，其中最左邊為初始角度，中央為轉(zhuǎn)速，最右邊為終止角度；在進給(FEED)列下行具有二個輸入格，其中左邊為速度，右邊為進給長度；在套筒軸(QUILL)列下行具有三個輸入格，其中左邊為初始角度，中央為轉(zhuǎn)速，最右邊為終止角度；在軸線(AXIS4，5，6)列各下行具有二個輸入格，其中左邊為速度，右邊為角度；也就是說，各輸入格均為對應(yīng)該各運動軸的運動轉(zhuǎn)角(或進給長度)及其速度的物理意義輸入，其輸入的單位可為角度，長度等，而本發(fā)明則采用編碼器脈沖(ENCODER PULSE)數(shù)做分割而為直接控制的參考。
就本發(fā)明操作設(shè)定方法而言，首先要說明的，多軸彈簧加工機的加工動作，若主要驅(qū)動是以各滑臺刀具利用凸輪軸的順序傳動安排外，其它各伺服運動軸亦得回應(yīng)所需的加工條件做同動或順序動作等控制；若其它伺服運轉(zhuǎn)軸運動，則該各凸輪軸所驅(qū)動滑臺刀具則亦得回應(yīng)配合而處停頓或同動狀態(tài)；換言之，本發(fā)明多軸彈簧加工機的加工動作，必須以其中一個伺服運動軸為主要依歸而設(shè)定全部物理量，而其它伺服運動軸適應(yīng)配合而設(shè)定其中一部份的物理量；因此在操作設(shè)定方法，是由使用者于人機操作界面上的操作面板上的操作設(shè)定畫面821A，對某一特定的伺服運動軸設(shè)定全部的物理量輸入值，而其它的伺服運動軸則因動作配合或停頓而設(shè)定其中一部份物理量輸入值或不輸入，而各運動軸不輸入的物理量則由控制裝置換算決定其配合的對應(yīng)值而決定；因此在操作設(shè)定上，每一工序(STEP)僅由使用者對某一特定伺服運動軸做全部具物理意義的輸入處進行輸入，再對其它各伺服運動軸做部份物理意義的輸入處做輸入，因此此種圖表式的各運動軸物理意義的輸入方式，增加入機界面的適應(yīng)性；且減少調(diào)機時間，提高查錯與排除效率，同時大幅降低操作者的技術(shù)需求。
再請參閱圖5至圖7所示，是為本發(fā)明第一加工條件，其中圖5為彈簧鋼線100加工卷撓的各運動軸的加工示意圖，其中圖5A為頂視圖，圖5B為正視圖，設(shè)若其卷撓工作是于第一組刀具3A上完成，假設(shè)刀具進給與后退相對應(yīng)凸輪軸轉(zhuǎn)角均10°，而加工期的對應(yīng)角度為25°，卷撓圓直徑為d，卷撓所需卷數(shù)為n，則其動作順序如圖6所示，可分為3個工序(STEP)，其第一工序(STEP)為第一組刀具3A進刀至定位期，則凸輪軸2為使用者特定控制的伺服運動軸，而進給軸4及扇形心軸5為配合的伺服運動軸，其中該進給軸4在此工序(STEP)并不供給鋼線而無動作，而該扇形心軸5則必需配合該刀具3A于定位同時轉(zhuǎn)至某特定角度定位，以利第一組刀具3A加工時支撐鋼線及避開該刀具；第二工序(STEP)則為進給軸4進給鋼線的加工期，則進給軸4為使用者特定控制的伺服運動軸，而凸輪軸2在此工序(STEP)則相對旋角度為25°，另外該扇形心軸5則不動作；第三工序(STEP)則為第一組刀具3A退刀期，則凸輪軸2為使用者特定控制的伺服運動軸，而進給軸4及扇形心軸5為配合的伺服運動軸，該進給軸4在此工序(STEP)并不供給鋼線而無動作，而該扇形心軸5則必須下一個加工條件上供第二或下一個任意刀具進給時的特定定位角度上而定位者；因此在操作設(shè)定時，如圖7所示，于操作設(shè)定顯示畫面821A上，在工序(STEP1)是由使用者針對該凸輪軸2設(shè)定初始、終止角度及速度等全部物理量做輸入，而扇形心軸5則以配合的速度于0°轉(zhuǎn)至θ1度而定位，故使用者僅需設(shè)定扇形心軸5的初始、終止角度而不需由使用者設(shè)定速度，而由控制裝置換算速度；于工序(STEP2)時，由使用者針對該進給軸4的進給長度及速度等全部物理量做輸入，而該凸輪軸2則以配合速度由10°轉(zhuǎn)至35°，故使用者僅需設(shè)定該凸輪軸2的初始、終止角度而不需設(shè)定速度而由控制裝置換算速度；于工序(STEP3)時，由使用者針對該凸輪軸2設(shè)定初始，終止角度及速度等全部物理量做輸入，而扇形心軸5則以配合速度于θ1度轉(zhuǎn)至0°，故使用者僅需設(shè)定該扇形心軸5的初始、終止速度而不需設(shè)定速度而由控制裝置換算速度，就如圖7所示，其輸入量為使易于了解而在本圖中以角度及長度單元表示，事實上，本發(fā)明則以編碼器脈沖(ENCODER PULSE)做分割的參數(shù)輸入者；必需再加以說明的是，上述加工條件的工序(STEP2)，事實上亦可以該凸輪軸2為使用者全量控制對象，亦即由使用者針對該凸輪軸2設(shè)定初始、終止角度及速度全部物理量做輸入，而進給軸4則需設(shè)定供給長度而不需由使用者設(shè)定速度而由控制裝置換算者，其設(shè)定方式如圖8所示；換言之，在加工條件允許下，可適當(dāng)調(diào)變各伺服運動軸為一使用者特定全量控制的對象而具有彈性設(shè)定。
再請參閱圖9所示，是為本發(fā)明第二加工條件，其在輸入條件時可細分為24工序(STEPS)，其中第四軸于第11工序(STEP)至第14工序(STEP)動作，第五軸則第17工序(STEP)至第20工序(STEP)動作，如此諸多動作的分割，以傳統(tǒng)習(xí)用的功能碼(NC CODE)的條列式命令下達，勢必造成一龐大的工作程式；而本發(fā)明的設(shè)定僅需設(shè)定24工序(STEPS)；再者請參閱圖10所示，是為本發(fā)明第三加工條件，其在輸入調(diào)變方面，僅需改變第四軸數(shù)值設(shè)定由第10工序(STEP)至第13工序(STEP)，操作設(shè)定時僅針對此段的數(shù)個工序(STEPS)作變動，反觀傳統(tǒng)的功能碼(NC CODE)在調(diào)變上相當(dāng)不易，故本發(fā)明的操作設(shè)定方法確具有適應(yīng)性，且簡便并具物理量的輸入；易懂、易查錯及故障排除的功用。
權(quán)利要求
1.一種多軸彈簧機控制裝置及其操作設(shè)定方法，其特征在于其控制裝置為一開放式的以計算機程序控制為基礎(chǔ)的(pc-based)控制器結(jié)構(gòu)，具有一ISA總線(BUS)，其下平行分設(shè)有多數(shù)個功能板，該ISA總線(BUS)主要用以傳送各功能板的資料及命令，且該各功能板分別為一中央處理器(CPU)主機板、多數(shù)個運動控制板、一輸出輸入板及一手輪介面板；其中該主機板是外接一操作面板用以負責(zé)控制軟件的執(zhí)行運算；該各運動控制板是由伺服驅(qū)動器以連結(jié)各伺服運動軸馬達，以讀取各伺服運動馬達的位置，并用以傳遞運動命令至各該馬達驅(qū)動器，使馬達運轉(zhuǎn)；該輸出輸入板是用以負責(zé)數(shù)位或類比訊號的偵測與傳送；可由該ISA總線(BUS)擴充槽的功能可彈性增減功能板，即可自由適應(yīng)不同伺服運動軸數(shù)的彈簧加工機。
2.依據(jù)權(quán)利要求1所述的多軸彈簧機控制裝置及其操作設(shè)定方法，其特征在于，更包含有一手輪介面板的功能板，該手輪介面板是連結(jié)一手輪，負責(zé)該手輪的轉(zhuǎn)動訊號轉(zhuǎn)換為可使控制程序可接受的運動指令。
3.依據(jù)權(quán)利要求1所述的多軸彈簧機控制裝置及其操作設(shè)定方法，其特征在于，該操作面板上連結(jié)有硬、軟式磁碟機。
4.依據(jù)權(quán)利要求1所述的多軸彈簧機控制裝置及其操作設(shè)定方法，其特征在于，該操作面板上連結(jié)有打印機。
5.依據(jù)權(quán)利要求1所述的多軸彈簧機控制裝置及其操作設(shè)定方法，其特征在于，該操作面板的操作設(shè)定顯示畫面，是為圖表示輸入畫面，具有行列式劃分，其中每列代表一個運動區(qū)段，每行代表各個不同的伺服運動軸的初始、終止角度或進給長度及速度的物理量輸入值。
6.一種多軸彈簧機控制裝置及其操作設(shè)定方法，其特征在于，其操作設(shè)定方法，為一圖表示的輸入方式，是為人機操作界面的操作設(shè)定顯示畫面上，具有行列式劃分，其中每列代表一個運動區(qū)段，每行代表各個不同的伺服運動的初始、終止角度或進給長度及速度的物理量輸入值；使用者在一定的加工條件下，將加工條件劃分為多數(shù)個運動區(qū)段，并在每一個運動區(qū)段，適當(dāng)選擇一特定的伺服運動軸為全量輸入的伺服運動軸而輸入其適當(dāng)且全部的物理量值，而其它各伺服運動軸僅需由使用者輸入部份的物理量或不輸入；而不輸入的物理量值則由控制裝置換算，使得其它伺服運動軸的動作得以配合該特定伺服運動軸的動作。
7.依據(jù)權(quán)利要求6所述的多軸彈簧機控制裝置及其操作設(shè)定方法，其特征在于，其中該特定伺服運動軸的選擇，可在其加工條件允許下，適當(dāng)調(diào)變?yōu)槠渌我凰欧\動軸。
全文摘要
本發(fā)明是以開放式的以計算機程序控制為基礎(chǔ)的(pc－based)控制配合獨創(chuàng)的操作設(shè)定人機界面,使多軸彈簧機的運動軸數(shù)可彈性擴充,并通過圖表式的資料輸入設(shè)定方法取代傳統(tǒng)條例式的功能碼(NC CODE)輸入方式,使得彈簧的加工成型易于實現(xiàn),其設(shè)定的參數(shù)更可直接對應(yīng)各伺服運動軸的物理意義,使用者僅需對某特定伺服運動軸的物理量做全量輸入,對其它各伺服運動軸的物理量做部分輸入或不輸入,不但使誤動作易于檢測,且可增進操作的適應(yīng)性。
文檔編號B21F35/00GK1182651SQ9612067
公開日1998年5月27日 申請日期1996年11月19日 優(yōu)先權(quán)日1996年11月19日
發(fā)明者吳金涂, 楊宏智, 彭志誠, 何奇旺, 林淑惠, 廖清恩 申請人:吳金涂, 楊宏智, 彭志誠, 何奇旺