專利名稱：磨床微機控制系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及數控化磨床，尤其涉及一種磨床微機控制系統。
背景技術：
目前，磨床行業的發展趨勢是磨削加工的高效化、直接驅動、在線測量與控制磨削 過程、量儀在線監控。我國數控磨床在產品技術水平、數量、品種上還遠遠不能滿足市場需 求。據統計，目前國內磨床產量數控化率僅為6% 10%，產值數控化率為13. 14%，品種的 數控化率不足10%，數控磨床所配用的國產數控系統廖廖無幾，即使有，也只是經濟型的， 精度及穩定性均不太理想，這樣既不利于國內數控磨床的發展，又影響了工作效率。
發明內容
本發明的目的是提供一種磨床微機控制系統，能夠保證差動位移電感傳感器的輸 出信號的精確度，從而確保磨削加工尺寸的精度，且穩定性好。本發明采用下述技術方案一種磨床微機控制系統，包括位移傳感器、中央處理單 元、步進電機及其驅動器，位移傳感器通過接口電路與中央處理單元的信號輸入端連接，中 央處理單元的信號輸出端通過步進電機驅動電路、步進電機驅動器與步進電機連接，步進 電機與減速機構連接用來帶動磨床傳動機構；其中所述位移傳感器為差動電感式位移傳感 器，所述接口電路包括振蕩供電電路、放大電路、相敏整流電路和放大限幅電路，振蕩供電 電路的輸出端與差動電感式位移傳感器連接，差動電感式位移傳感器的輸出端與放大電路 的信號輸入端連接，放大電路的信號輸出端與相敏整流電路的信號輸入端連接，相敏整流 電路的信號輸出端與放大限幅電路的信號輸出端連接。所述的振蕩供電電路包括三極管，三極管的基極通過第一電阻與電源連接，三極 管的基極還通過第二電阻接地，第一電容并聯在第一電阻的兩端，三極管的集電極通過第 二電容與電源連接，三極管的發射極通過第三電阻接地；三極管的集電極與差動電感式位 移傳感器的第一電感一端連接，電感另一端與電源連接。所述的放大電路包括第一放大器，第一放大器的反相輸入端分別通過第五電阻和 第六電阻與差動式位移傳感器的第一電感的一端和滑動端連接；第一放大器的輸出端通過 第七電阻與第一放大器的反相輸入端連接，第一放大器的同相輸入端通過第八電阻接地。所述的相敏整流電路包括第二放大器，第二放大器的反相輸入端通過第十二電阻 串聯第九電阻與放大電路中放大器的輸出端連接，第二放大器的同相輸入端通過第十三電 阻串聯第十電阻后與放大器的輸出端連接，第十二電阻與第九電阻之間還與第十一電阻的 第一端連接，第十三電阻與第十電阻之間還與第十四電阻的第一端連接，其中第十四電阻 的第一端與第十一電阻的第一端連接，第十四電阻與第十一電阻的第二端均接地；第二放 大器的輸出端通過第十六電阻與反相輸入端和同相輸入端連接，第二放大器的同相輸入端 通過第十五電阻接地。所述的限幅放大電路包括第三放大器，第三放大器的反相輸入端通過第十八電阻與相敏整流電路中第二放大器的輸出端連接，第三放大器的同相輸入端通過第二十電阻接 地，第三放大器的輸出端通過第十九電阻與反相輸入端連接，此電阻還通過第十七電阻與 可調電阻的調節端連接，可調電阻的一端接地，另一端接電源；第三放大器的輸出端連接第 二十一電阻一端，第二十一電阻另一端連接第一二極管正極，第一二極管負極連接電源，第 二十一電阻另一端還連接第二二極管負極，第二二極管正極接地。本發明是以中央處理單元為核心的閉環數控系統，對外圓、曲軸等軸類自動完成 粗磨、精磨、光磨、復位等動作，系統設計、加工全部獨立完成。且差動電感式位移傳感器的 測量 精度較高，與中央處理單元之間的接口電路進一步保證了磨削加工尺寸的精度。控制 精度在士2um以內，可靠性高，成品率可達100% ；加工速度快，同改造前相比加工效率提高 2倍；價格低，利于國內數控磨床的發展。
圖1為本發明的電路框圖；圖2為本發明中接口電路的電路原理圖。
具體實施例方式本發明以下結合附圖和實施例作以詳細的描述如圖1所示，本發明磨床微機控制系統包括差動電感式位移傳感器、中央處理單 元(C8051F020)、步進電機及其驅動器，差動電感式位移傳感器通過接口電路與中央處理單 元的信號輸入端連接，中央處理單元的信號輸出端通過步進電機驅動電路、步進電機驅動 器與步進電機連接，步進電機與減速機構連接，減速機構和磨床的傳動機構機械連接，從而 帶動砂輪架移動來加工工件；中央處理單元還連接有按鍵電路及顯示電路。其中步進電機 為三相混合式步進電機(110BYG350BH-SAKSMA-0501)，功率4 6kw，精度30000步/轉； 步進電機驅動器，選擇與步進電機配套的驅動器。如圖2所示，接口電路包括振蕩供電電路、放大電路、相敏整流電路和放大限幅電 路。振蕩供電電路包括三極管Ql，三極管Ql的基極通過第一電阻Rl與電源+12V連接，三極 管Ql的基極還通過第二電阻R2接地，第一電容Cl并聯在第一電阻Rl的兩端，三極管Ql的 集電極通過第二電容C2與電源+12V連接，三極管Ql的發射極通過第三電阻R3接地；三極 管Ql的集電極用來與差動電感式位移傳感器的第一電感Ll 一端連接，第一電感Ll另一端 與電源+12V連接。放大電路包括第一放大器U2A (0P07)，第一放大器U2A的反相輸入端分別 通過第六電阻R6和第五電阻R5與差動式位移傳感器的第一電感的滑動端和固定端連接， 第一放大器U2A的輸出端通過第七電阻R7與第一放大器U2A的反相輸入端連接，第一放大 器U2A的同相輸入端通過第八電阻R8接地。相敏整流電路包括第二放大器U1A(LM6134，高 精度運算放大器)，第二放大器UlA的反相輸入端通過第十二電阻R12串聯第九電阻R9與 放大電路中第一放大器U2A的輸出端連接，第二放大器UlA的同相輸入端通過第十三電阻 R13串聯第十電阻RlO后與第一放大器U2A的輸出端連接，第十二電阻R12與第九電阻R9 之間還與第十一電阻Rll的第一端連接，第十三電阻R13與第十電阻RlO之間還與第十四 電阻R14的第一端連接，其中第十四電阻R14的第一端與第十一電阻Rll的第一端連接，第 十四電阻R14與第十一電阻Rll的第二端均接地；第二放大器UlA的輸出端通過第十六電阻R16與反相輸入端和同相輸入端連接，第二放大器UlA的同相輸入端通過第十五電阻R15接地。限幅放大電路包括第三放大器U2B(0P07)，第三放大器U2B的反相輸入端通過第十八 電阻R18與相敏整流電路中第二放大器UlA的輸出端連接，第三放大器U2B的同相輸入端 通過第二十電阻R20接地，第三放大器U2B的輸出端通過第十九電阻R19與反相輸入端連 接，此電阻還通過第十七電阻R17與可調電阻POTl的調節端連接，可調電阻POTl的一端接 地，另一端接電源-5V;第三放大器U2B的輸出端連接第二十一電阻R21—端，第二十一電 阻R21另一端連接第一二極管Dl正極，第一二極管Dl負極連接電源+5V，第二十一電阻R21 另一端還連接第二二極管D2負極，第二二極管D2正極接地。本電路中的第一放大器、第二 放大器、第三放大器均采用軍品，固定電阻采用高精度的繞線電阻，可變電阻在設計之初經 過計算，阻值也固定下來，也采用合適的高精度繞線電阻，保證了測量精度。
本發明中所采用的差動電感式位移傳感器為三點式測量傳感器，包括傳感器、測 量卡規及固定支架，為一整體，其中測量卡規卡在加工工件表面，固定支架固定在砂輪上設 置的砂輪罩上。如圖1、圖2所示，差動電感式位移傳感器由振蕩供電電路為其供電，保證其 正常工作和達到預期的測量精度。差動電感式位移傳感器實時檢測加工工件1的尺寸，輸 出的微弱的交流電壓信號通過放大電路進行放大為功率較強的交流電壓信號，然后再經相 敏整流電路轉換為直流電壓信號，此直流電壓信號還很微弱，帶負載能力很差，再經放大限 幅電路，使其進行功率的放大和對放大信號進行限幅，變成標準的電壓信號(0 5V)。此電 壓信號進入中央處理單元，中央處理單元經過內部A/D轉換后進行計算，根據已經設定好 的參數輸出控制信號通過步進電機驅動電路給步進電機驅動器，步進電機驅動器使步進電 機帶動其減速機構，從而帶動磨床的傳動機構和砂輪架對加工工件1進行加工，如改變砂 輪的進退和進給速度，形成完整的閉環控制；當加工工件1磨削至標準件后自動退回。本系 統能夠完成對加工工件1的擦邊、粗磨、精磨、光磨，控制精度在士2um以內，可靠性高，成品 率可達100% ；加工速度快，可靠性高，價格低，利于國內數控磨床的發展。
權利要求
一種磨床微機控制系統，包括位移傳感器、中央處理單元、步進電機及其驅動器，位移傳感器通過接口電路與中央處理單元的信號輸入端連接，中央處理單元的信號輸出端通過步進電機驅動電路、步進電機驅動器與步進電機連接，步進電機與減速機構連接用來帶動磨床傳動機構；其特征在于所述位移傳感器為差動電感式位移傳感器，所述接口電路包括振蕩供電電路、放大電路、相敏整流電路和放大限幅電路，振蕩供電電路的輸出端與差動電感式位移傳感器連接，差動電感式位移傳感器的輸出端與放大電路的信號輸入端連接，放大電路的信號輸出端與相敏整流電路的信號輸入端連接，相敏整流電路的信號輸出端與放大限幅電路的信號輸出端連接。
2.根據權利要求1所述的磨床微機控制系統，其特征在于所述的振蕩供電電路包括 三極管，三極管的基極通過第一電阻與電源連接，三極管的基極還通過第二電阻接地，第一 電容并聯在第一電阻的兩端，三極管的集電極通過第二電容與電源連接，三極管的發射極 通過第三電阻接地；三極管的集電極與差動電感式位移傳感器的第一電感一端連接，電感 另一端與電源連接。
3.根據權利要求2所述的磨床微機控制系統，其特征在于所述的放大電路包括第一 放大器，第一放大器的反相輸入端分別通過第五電阻和第六電阻與差動式位移傳感器的第 一電感的一端和滑動端連接；第一放大器的輸出端通過第七電阻與第一放大器的反相輸入 端連接，第一放大器的同相輸入端通過第八電阻接地。
4.根據權利要求3所述的磨床微機控制系統，其特征在于所述的相敏整流電路包括 第二放大器，第二放大器的反相輸入端通過第十二電阻串聯第九電阻與放大電路中放大器 的輸出端連接，第二放大器的同相輸入端通過第十三電阻串聯第十電阻后與放大器的輸出 端連接，第十二電阻與第九電阻之間還與第十一電阻的第一端連接，第十三電阻與第十電 阻之間還與第十四電阻的第一端連接，其中第十四電阻的第一端與第十一電阻的第一端連 接，第十四電阻與第十一電阻的第二端均接地；第二放大器的輸出端通過第十六電阻與反 相輸入端和同相輸入端連接，第二放大器的同相輸入端通過第十五電阻接地。
5.根據權利要求4所述的磨床微機控制系統，其特征在于所述的限幅放大電路包括 第三放大器，第三放大器的反相輸入端通過第十八電阻與相敏整流電路中第二放大器的 輸出端連接，第三放大器的同相輸入端通過第二十電阻接地，第三放大器的輸出端通過第 十九電阻與反相輸入端連接，此電阻還通過第十七電阻與可調電阻的調節端連接，可調電 阻的一端接地，另一端接電源；第三放大器的輸出端連接第二十一電阻一端，第二十一電 阻另一端連接第一二極管正極，第一二極管負極連接電源，第二十一電阻另一端還連接第 二二極管負極，第二二極管正極接地。
全文摘要
本發明公開了一種磨床微機控制系統，包括差動電感式位移傳感器、中央處理單元、步進電機及其驅動器，傳感器通過接口電路與中央處理單元的信號輸入端連接，中央處理單元的信號輸出端通過步進電機驅動電路、步進電機驅動器、與步進電機連接，步進電機與減速機構連接用來帶動砂輪加工工件；接口電路包括振蕩供電電路、放大電路、相敏整流電路和放大限幅電路，振蕩供電電路的輸出端與差動電感式位移傳感器連接，差動電感式位移傳感器的輸出端通過放大電路、相敏整流電路與放大限幅電路的信號輸出端連接。本系統自動完成粗磨、精磨、光磨、復位等動作，控制精度在±2um以內，可靠性高；加工速度快，價格低，利于國內數控磨床的發展。
文檔編號B24B49/00GK101941182SQ20101024009
公開日2011年1月12日 申請日期2010年7月29日 優先權日2010年7月29日
發明者付主木, 余雷, 劉珊中, 朱邦太, 李勛, 趙旎 申請人:河南科技大學