一種數顯型搖臂鉆床的數顯控制系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及機械加工行業中的一種數顯型搖臂鉆床的數顯控制系統。
【背景技術】
[0002]目前，在機械加工行業中搖臂鉆床是用于單件或批量生產帶有多孔大型零件的孔加工的一種機床。一般主軸箱可在搖臂上移動，并隨搖臂繞立柱回轉的鉆床。搖臂沿立柱上下移動，以適應加工不同高度的工件。較小的工件安裝在工作臺上，較大的工件直接放在機床底座或地面上。搖臂鉆床廣泛應用于單件和中小批生產中，加工體積和重量較大的工件的孔。搖臂鉆床的主要變型有滑座式和萬向式兩種。滑座式搖臂鉆床是將基型搖臂鉆床的底座改成滑座而成，滑座沿床身導軌移動，以擴大加工范圍，適用于鍋爐、橋梁、機車車輛和造船等行業。萬向搖臂鉆床的搖臂除作垂直和回轉運動外，并作水平移動，主軸箱在搖臂上作傾斜調整，以適應工件各部位的加工。此外，還有車式、壁式和數字控制搖臂鉆床等。搖臂鉆床是一種孔加工設備，用來鉆孔、擴孔、鉸孔、攻絲及修刮端面等多種形式的加工。按用途和結構分類，鉆床分為立式鉆床、臺式鉆床、多孔鉆床、搖臂鉆床及其他專用鉆床等。在各類鉆床中，搖臂鉆床操作方便、靈活，適用范圍廣，具有典型性，特別適用于單件或批量生產帶有多孔大型零件的孔加工，是一般機械加工車間常見的機床。
[0003]搖臂鉆床的數顯控制系統還存在很多不足，主軸在不停車的情況下還不能實現無極變速，工作位置不能實現圖形和數字的顯示，在主軸變速時不能直接旋轉變速旋鈕，不能利用數顯屏上直接顯示主軸的轉數；主軸進給變速時，也不能直接旋轉變速旋鈕，不能利用數顯屏上直接顯示主軸的進給量；由于該變速不能實現不停車變速，且需要選擇轉數，操作控制系統比較落后，有些操作難于實現，功能差，故障率高。因此，研制開發一種數顯型搖臂鉆床的數顯控制系統是一個急待解決的新課題。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是提供一種數顯型搖臂鉆床的數顯控制系統，該發明主軸在不停車的情況下能實現無極變速，工作位置能實現圖形和數字的顯示，在主軸變速時直接旋轉變速旋鈕，數顯屏上直接顯示主軸的轉數，主軸進給變速時直接旋轉變速旋鈕，數顯屏上直接顯示主軸的進給量，控制系統先進，功能齊全可靠，操作方便快捷，工作效率高。
[0005]本發明的目的是這樣實現的:一種數顯型搖臂鉆床的數顯控制系統，包括微控制單元、可編程邏輯器件、分線器，微控制單元進行綜合分析計算，發出模擬量給主軸變頻器及與可編程邏輯器件結合完成發送脈沖并記錄脈沖個數，微控制單元需要與可編程邏輯器件進行總線通信，可編程邏輯器件作為微控制單元的存儲器來進行讀寫；通過對可編程邏輯器件編寫程序處理增量式信號的反饋包括進給伺服驅動器反饋回來的進給伺服電機和編碼器的編碼器信號、矩形導軌方外柱上的旋轉編碼器信號、主軸變頻電機上的編碼器信號、搖臂上的光柵尺信號，并且通過并行方式采集和發送分線器上的10信號；分線器采用光耦將數顯型搖臂鉆床上輸入輸出信號轉換為可編程邏輯器件直接讀取和控制的信號量;
所述的一種數顯型搖臂鉆床的數顯控制系統實現的功能包括主軸無極變速和不停車變速功能、自動將數顯型搖臂鉆床的極坐標轉換為直角坐標并且通過圖形顯示功能、刀具移動到相關位置時能夠自動鎖緊矩形導軌方外柱和變速箱功能、鉆孔深度定程和轉進給功能、手動控制和操作安全功能；
(1)主軸無極變速和不停車變速功能，一是，主軸采用主軸變頻器和主軸變頻電機驅動方式，通過旋轉主軸變速旋鈕直接調整觸摸屏上的主軸速度指令或通過觸摸屏上的觸摸鍵盤輸入主軸速度指令，觸摸屏通過RS485串口線把數據傳送給微控制單元，微控制單元根據輸入的數值計算出需要給主軸變頻器的模擬量所對應的數值，通過給主軸變頻器輸出合適的模擬量來達到需要的任意主軸速度即實現主軸無極變速的功能，數顯控制系統不需要停止主軸再變速用戶直接輸入所需的主軸轉速，微控制單元自動計算出對應需要速度的模擬量給主軸變頻器，主軸變頻器再控制主軸電機旋轉驅動主軸旋轉來達到需要的速度；通過微控制單元輸出相應的模擬量給主軸變頻器來驅動主軸變頻電機同時分線器控制主軸高檔電磁閥和主軸低檔電磁閥的狀態來實現相應的轉速，低速范圍是0-200轉/分，高速范圍是125-1600轉/分；二是，使用時通過旋轉主軸變速旋鈕或者利用觸摸屏上觸摸鍵盤設定需要的主軸速度，再按主軸正轉按鈕或者主軸反轉按鈕，分線器當前輸入的信號發送給可編程邏輯器件，可編程邏輯器件再將發送給微控制單元，微控制單元根據輸入需要主軸正轉或者主軸反轉信息進行處理，輸出相應的模擬量給給主軸變頻器，將需要分線器上輸出的信息發送給可編程邏輯器件，可編程邏輯器件再將信息發送給分線器，分線器接到信息后會輸出主軸正轉或者主軸反轉端子，主軸變頻器接收到正轉信號或者反轉信號，主軸變頻器開始按照接收到微控制單元發送過來的模擬量和分線器發出正轉或者反轉信號來控制主軸變頻電機按照相應的轉速正轉或者反轉；需要主軸停止時，按下主軸停止按鈕，分線器輸入的信號發送給可編程邏輯器件，可編程邏輯器件將發送給微控制單元，微控制單元根據輸入需要主軸停止信息進行處理，給主軸變頻器輸出的模擬量為0V，將需要分線器上輸出的信息發送給可編程邏輯器件，可編程邏輯器件再將信息發送給分線器，分線器接到信息后會關閉主軸正轉或者主軸反轉的輸出，主軸變頻器接收到微控制單元發送過來的0V模擬量和正轉或者反轉信息的消失控制主軸變頻電機停止；
(2)自動將數顯型搖臂鉆床的極坐標轉換為直角坐標并且通過圖形顯示功能，一是，刀具的移動位置是通過可編程邏輯器件接收矩形導軌方外柱上的旋轉編碼器和搖臂上的光柵尺的信號，得到刀具在以矩形導軌方外柱旋轉中心為極點，再以搖臂上的導軌為極軸的極坐標系里的極坐標值，由于矩形導軌方外柱上的旋轉編碼器和搖臂上的光柵尺的反饋信號為差分信號通過芯片接收，到可編程邏輯器件進行計數，得到刀具在數顯型搖臂鉆床上的極坐標系里的坐標值；在使用的時候直接輸入需要加工工件所在直角坐標系里的數值，通過對刀方式在觸摸屏上輸入相應的對刀點上的數值，微控制單元計算出數顯型搖臂鉆床的極坐標系和工件的直角坐標系的對應關系，顯示出相應的工件上需要加工的孔的位置在數顯型搖臂鉆床坐標系里的數值，直接計算出矩形導軌方外柱需要旋轉的角度和變速箱在搖臂上的位置；二是，微控制單元不僅能夠分析和計算出直角坐標系的值還能將數據傳給觸摸屏并且在觸摸屏上顯示出要加工孔的位置和刀具的實時運動軌跡，方便在移動刀具的過程中觀看，當刀具接近相關孔時能夠自動放大刀具與要加工孔之間的距離，方便準確的移動刀具；
(3)刀具移動到相關位置時能夠自動鎖緊矩形導軌方外柱和變速箱功能，將所需要的尺寸輸入到系統里后，先按下變速箱和矩形導軌方外柱松開按鈕，分線器將變速箱和矩形導軌方外柱需要松開信息送給微控制單元，微控制單元經過分析后發送變速箱和矩形導軌方外柱松開信息給分線器，分線器置位變速箱松開電磁閥和矩形導軌方外柱松開電磁閥輸出端子同時復位變速箱夾緊電磁閥和矩形導軌方外柱夾緊電磁閥輸出端子，再通過手動移動矩形導軌方外柱旋轉時，可編程邏輯器件通過對矩形導軌方外柱上的旋轉編碼器進行計數，得到實時的矩形導軌方外柱旋轉角度，微控制單元通過FSMC總線讀取到任意時刻的矩形導軌方外柱的角度，將矩形導軌方外柱的旋轉角度與輸入的孔位置對應的角度對比，當它們之間的差值小于允許誤差角度時，微控制單元發送相應的命令給可編程邏輯器件，可編程邏輯器件根據接收到指令直接置位分線器上的相應的輸出端矩形導軌方外柱夾緊電磁閥同時復位矩形導軌方外柱松開電磁閥，當矩形導軌方外柱被夾緊以后，再移動搖臂上的變速箱，可編程邏輯器件通過對搖臂上的光柵尺進行計數，得到實時的變速箱在搖臂上的位置，微控制單元通過總線讀取到任意時刻可編程邏輯器件記錄的變速箱在搖臂上的位置，將變速箱的位置與需要移動到的位置值進行比較，當它們的誤差值小于允許誤差值時微控制單元發送相應的命令給可編程邏輯器件，可編程邏輯器件根據接收到指令直接置位分線器上的相應的輸出端變速箱夾緊電磁閥同時復位變速箱松開電磁閥，刀具當前的位置是所需要鉆孔的位置，設定好主軸速度鉆孔；
(4)鉆孔深度定程和轉進給功能，一是，當需要的孔定位完成需要刀具向下移動開始鉆孔，數顯控制系統采用的主軸變頻器控制主軸變頻電機來帶動的，主軸采用進給伺服驅動器和進給伺服電機和編碼器來實現的，可編程邏輯器件通過不斷的采集主軸變頻電機上的編碼器反饋回來的信號，微控制單元不斷的讀取可編程邏輯器件采集來的主軸變頻電機上的編碼器信號，根據設定的轉進給值計算出進給伺服驅動器需要的脈沖頻率和當前脈沖個數，實時的通過FSMC總線發送給可編程邏輯器件，可編程邏輯器件會根據微控制單元發送過來的數據輸出相應頻率的脈沖以及脈沖個數實現轉進給功能；二是，當鉆盲孔時還需要機器能夠定程，將需要的定程值輸入到觸摸屏里再通過觸摸鍵盤或者主軸變速旋鈕和主軸進給旋鈕設定好主軸轉速和轉進給值，先按下主軸正轉按鈕或者主軸反轉按鈕，再按下啟動按鈕，微控制單元接收到觸摸屏發送過來的定程值和主軸轉速值，也接收到分線器通過可編程邏輯器件發送過來的主軸正轉或者主軸反轉信