CN101034293A - 滑块运动数控方法及数控滑块装置 - Google Patents

Abstract

滑块运动数控方法及数控滑块装置，属于机械设备领域，包括输入运行数据、工控微计算机控制电动机运行，其特征在于：电动机采用开关磁阻调速电动机，根据输入设备提供的数据，经过工控微计算机运算，控制开关磁阻调速电动机动作，开关磁阻调速电动机驱动螺杆与滑块动作。由开关磁阻调速电动机驱动，可以数控电动机的角位移和角速度，使得实现上述方法的滑块运动装置具有位移、速度可数字化无级调控、可靠性高等优点。

Description

滑块运动数控方法及数控滑块装置

技术领域

本发明涉及一种滑块运动数控方法及数控滑块装置，属于机械设备领域。

背景技术

滑块直线运动的驱动有气动、液压、电动机等方式，把电动机的转动通过螺旋副传动转化为滑块的直线运动是目前的实用方法。但因电动机不能控制角位移与角速度，使得螺旋副传动需要附带许多其他的控制系统，存在价格昂贵，控制方式复杂，易损，不容易维修等缺点。如何使滑块位移、速度准确可控，且可以频繁起停、频繁往复移动，这成为本领域难以解决的技术难题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种滑块运动数控方法，易实现滑块运动时间、位移、速度的数字化控制，解决本领域长期以来难以解决的技术难题。

本发明要解决的另一技术问题是提供具有结构简单、成本低，工作效率高，实现上述数控的数控滑块装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该滑块运动数控方法，包括输入运行数据、工控微计算机控制电动机运行，其特征在于：电动机采用开关磁阻调速电动机，根据输入设备提供的数据，经过工控微计算机运算，控制开关磁阻调速电动机动作，开关磁阻调速电动机驱动螺杆与滑块动作。

所述的开关磁阻调速电动机包括电动机和控制器，电动机安装有角位移传感器，电动机依靠脉冲供电方式工作，控制器给出控制指令，控制电动机的角位移、角速度以及起动、停止、正转、反转、加速、减速、点动和位置保持，控制器带有通讯接口，可以通过工控微计算机进行控制。

所述的输入设备提供的数据，包括在工控微计算机上分段或不分段输入和设定滑块位移s、速度v的工作参数数值，以及开关磁阻调速电动机控制器数据信息。

所述的工控微计算机运算，根据公式 $\mathrm{\α}=2\mathrm{\π}\frac{s}{h},$ $\mathrm{\ω}=2\mathrm{\π}\frac{v}{h}$ 等，由输入值滑块位移s和速度v计算出开关磁阻调速电动机角位移α和角速度ω；α为角位移，ω为角速度，s为直线位移，v为直线速度，h为螺杆螺纹的导程。

根据本发明滑块运动数控方法设计的数控滑块装置，其特征在于：设置开关磁阻调速电动机，开关磁阻调速电动机通过传动机构连接螺杆，螺杆与螺母螺旋副传动，螺母通过传动机构连接滑块，开关磁阻调速电动机连接电动机控制器，电动机控制器连接工控微计算机。

所述的开关磁阻调速电动机通过传动机构连接螺杆，其传动机构是指联轴器，也可以是齿轮传动、皮带传动、链轮传动、蜗轮蜗杆传动或花键传动中的一种。

所述的螺母通过传动机构连接滑块是指螺母通过四柱销肘杆机构连接滑块，也可以是螺母通过五柱销肘杆机构连接滑块，也可以是螺母直接连接滑块中的一种。

所述的螺母通过五柱销肘杆机构连接滑块是指螺母与十字头连接为一体，十字头与中间杆通过铰销连接，中间杆通过铰销连接后连杆，后连杆通过铰销连接前连杆的一端，前连杆的另一端通过铰销连接滑块。

所述的花键传动是指花键轴套在螺杆一端内，花键轴与螺杆花键滑动配合，螺母与螺杆螺旋副传动螺母固定。

与现有技术相比，该滑块运动数控方法及数控滑块装置所具有的有益效果是：通过设置开关磁阻调速电动机提供滑块运动的动力，工控微计算机通过设定的计算方式，将计算结果通过电动机控制器即时控制开关磁阻调速电动机的角位移和角速度，实现滑块运动位移速度输出特性的微机智能柔性化、数字化无级调控。本发明的数控滑块装置还可以达到起动性能好，对电网无冲击，传动安全可靠，稳定性高，使用寿命长，保护可靠，低速运行不发热，效率高，节能；清洁，安装和维修方便。同时，还具有运动过程数字化，具有操作直观方便，在线设定、修改参数、人机会话方式、文字提示等功能。工控微计算机支撑软件丰富，联网极为方便，适合远程控制和制造业信息化的需求。

附图说明

图1是本发明数控滑块装置的剖示结构示意图。

图2是数控滑块装置的电路原理框图。

图3是数控滑块装置的电路原理图。

图4是本发明实施例2结构示意图。

图5是本发明施例3结构示意图。

图6是本发明实施例4结构示意图。

图7是本发明实施例5结构示意图。

图8是本发明实施例6结构示意图。

图1-3是本发明滑块运动数控方法及数控滑块装置的最佳实施例，图1-8中：

2、18联轴器  3、21、41螺杆  4、19、37轴承  5、20、40轴承座  6、22、43螺母  7、16、38滑块  8、15导轨  9、14、39机身  10拖板  11连接板  12大齿轮  13小齿轮  42花键轴  17、36支架  23十字头  24固定横梁25、27、29、31、33铰销  26中间杆  28撑座  30、34后连杆  32前连杆  35连接板。

U1(1)开关磁阻调速电动机  U2控制器  U3工控微计算机  U4键盘  U5显示屏。

具体实施方式

下面结合图1-8对本发明滑块运动数控方法及装置作进一步说明：

实施例1：

如图1所示：开关磁阻调速电动机1输出轴通过联轴器2与螺杆3连接，螺母6与螺杆3螺旋副传动，螺母6与滑块7联结为一体，滑块7与导轨8滑动配合，滑块7与拖板10联结为一体，螺杆3与轴承4相连接，轴承4与轴承座5连接。

如图2所示：工控微计算机连接键盘和显示屏、控制器，控制器连接开关磁阻调速电机，开关磁阻调速电机连接传动机构1，传动机构1是指联轴器，也可以是齿轮传动、皮带传动、链轮传动、蜗轮蜗杆传动或花键传动中的一种。传动机构1连接螺杆，螺杆与螺母螺旋副传动，螺母通过传动机构2连接滑块。传动机构2连接滑块是指螺母通过四柱销肘杆机构连接滑块，也可以是螺母通过五柱销肘杆机构连接滑块，也可以是螺母直接连接滑块中的一种。

如图3所示：开关磁阻调速电机U1的A1、A2、B1、B2、C1、C2端连接控制器U2的A1、A2、B1、B2、C1、C2端，开关磁阻调速射座电机U1的角度位置信号ANG端连接控制器U2的ANG1端，控制器U2的RS232信号端连接工控微计算机U3的RS232端。键盘U4和显示屏U5连接工控微计算机U3。三相电源A、B、C通过开关S连接L1、L2、L3。

实施例2：

如图4所示：与实施例1不同的是开关磁阻调速电机1通过齿轮12、13传动连接螺杆3。

实施例3：

如图5所示：与实施例1不同的是开关磁阻调速电动机通过联轴器18连接螺杆21，螺母22与螺杆21螺旋副传动，螺母22通过四柱销肘杆机构连接滑块。四柱销肘杆机构是指螺母22与十字头23连接为一体，十字头23与中间杆26通过铰销25连接，中间杆26通过铰销31连接后连杆30，后连杆30通过铰销29连接撑座28，撑座28与固定横梁24连接为一体，后连杆30通过铰销31连接前连杆32的一端，前连杆32的另一端通过铰销33连接滑块16。

实施例4：

如图6所示：与实施例3不同的是螺母通过五柱销肘杆机构连接滑块。五柱销肘杆机构是指螺母22与十字头23连接为一体，十字头23与中间杆26通过铰销25连接，中间杆26通过铰销27连接后连杆34，后连杆34通过铰销29连接撑座28，撑座28与固定横梁24连接为一体，后连杆34通过铰销31连接前连杆32的一端，前连杆32的另一端通过铰销33连接滑块16。

实施例5：

如图7所示：与实施例3不同的是螺母22通过四柱销单肘杆机构连接滑块。四柱销单肘杆机构是指螺母22与连接板35连接为一体，连接板35与中间杆26通过铰销25连接，中间杆26通过铰销31连接后连杆30，后连杆30通过铰销29连接固定横梁24，后连杆30通过铰销31连接前连杆32的一端，前连杆32的另一端通过铰销33连接滑块16。

实施例6：

如图8所示：与实施例1不同的是开关磁阻调速电机1通过花键传动连接螺杆。花键轴42套在螺杆41一端内，花键轴42与螺杆41花键滑动配合，螺母43与螺杆41螺旋副传动，螺母43固定于机身39上，滑块38与螺杆41连接为一体。

本发明的数控方法，主要有：

在工控微计算机上分段或不分段输入和设定滑块运动时间t、位移s、速度v的三个参数中的任两个的数值，工控微计算机根据公式(1)-(7)计算出开关磁阻调速电动机的角位移α和角速度ω；

$\mathrm{\α}=2\mathrm{\π}\frac{s}{h},\·\·\·\left(1\right)$

$v=\frac{s}{t}\·\·\·\left(2\right)$

$\mathrm{\ω}=\frac{2\mathrm{\π}}{h}v=2\mathrm{\π}\frac{s}{\mathrm{ht}}\·\·\·\left(3\right)$

ω₀＝iω                                      (4)

$s=L_1\cos \mathrm{\θ}+L_2\sqrt{1-{\mathrm{\λ}}^2{\sin }^2\mathrm{\θ}}\·\·\·\left(5\right)$

式中α为螺杆角位移的位置(rad)；ω为螺杆角速度(rad/s)；s为滑块运动位移(m)；v为滑块运动速度(m/s)；h为螺杆螺纹的导程(m)；i为传动比，ω₀为开关磁阻调速电动机角速度，h为螺杆螺纹的导程，t为运动时间，L₁为后连杆的长度，L₂为前连杆的长度，L₃为中间杆长度，L₄为柱销27、29之间的连杆长度，λ为连杆系数， $\mathrm{\λ}=\frac{L_1}{L_2},$ θ为后连杆与柱销29、33连线之间的夹角，γ为后连杆上柱销27、31相对柱销29的夹角，为中间杆相对于柱销29、33连线之间的夹角，e为柱销25、29之间垂直于柱销29、33连线的距离，s_A为螺母位移。

在键盘和触摸屏上设置：(1)点动按钮，(2)手动按钮，(3)自动按钮。

以实施例1为例，其工作原理和过程如下：

在工控微计算机上输入和设定滑块运动的时间t、位移s或速度v的数值，工控微计算机根据公式 $\mathrm{\α}=2\mathrm{\π}\frac{s}{h},$ $\mathrm{\ω}=2\mathrm{\π}\frac{s}{\mathrm{ht}},$ 计算出开关磁阻调速电动机的角位移和角速度，按下点动按钮，电动机启动点动状态，滑块慢速运动，松开按钮，动作停止。按下手动按钮，当按下手动按钮时，滑块慢速运动，直到完成位移量s为止，动作停止。按下自动按钮，滑块按设定时间t、位移s或速度v值一个工作循环接一个工作循环自动进行下去。

实施例3、实施例4的工作原理和过程与实施例1的工作原理和过程类似。不同的是工控微计算机根据公式(1)、(2)、(3)、(5)、(6)、(7)，计算出开关磁阻调速电动机的角位移和角速度。

屏幕通过图形动画及菜单显示输入运行数据所设定的参数和过程参数及过程变化曲线，显示屏的级联菜单实时显示开关磁阻调速的运动时间和角位移量、角速度，滑块运动时间和位移量、速度。

控制器U2选用为SRD系列。工控微计算机U3可选用IPC610-P4 2.0/256M/40G工作平台，也可用微处理器(CPU)、单片机、可编程计算机、可编程控制器(PLC)等具有计算处理功能的单元来代替。显示屏U5可选用触摸式显示屏。当电机控制器的显示屏和键盘改为通用显示屏和键盘时，数据采集系统与电机控制器可集成在一箱体内，即把数据采集卡、显示屏、键盘、工控微计算机和控制器集成为一箱体。螺杆可选用滚珠丝杠式螺杆。联轴器可选用刚性联轴器。也可用行程开关和时间继电器来辅助控制。

本发明的滑块运动数控方法和数控滑块装置可用于注射机、注射成型机、注塑机、压制成型机、压铸机、压力机和机床等。

Claims (10)

1、滑块运动数控方法，包括输入运行数据、工控微计算机控制电动机运行，其特征在于：电动机采用开关磁阻调速电动机，根据输入设备提供的数据，经过工控微计算机运算，控制开关磁阻调速电动机动作，开关磁阻调速电动机驱动螺杆与滑块动作。

2、根据权利要求1所述的滑块运动数控方法，其特征在于：所述的开关磁阻调速电动机包括电动机和控制器，电动机安装有角位移传感器，电动机依靠脉冲供电方式工作，控制器给电动机控制指令，控制电动机的角位移、角速度以及起动、停止、正转、反转、加速、减速、点动和位置保持。

3、根据权利要求1所述的滑块运动数控方法，其特征在于：所述的输入设备提供的数据，包括在工控微计算机上分段或不分段输入和设定滑块位移s、速度v的工作参数数值，以及开关磁阻调速电动机控制器数据信息。

4、根据权利要求1所述的滑块运动数控方法，其特征在于：所述的工控微计算机运算，根据公式 $\mathrm{\α}=2\mathrm{\π}\frac{s}{h},\mathrm{\ω}=2\mathrm{\π}\frac{v}{h}$ 等，由输入值滑块位移s和速度v计算出开关磁阻调速电动机角位移α和角速度ω；α为角位移，ω为角速度，s为直线位移，v为直线速度，h为螺杆螺纹的导程。

5、根据权利要求1所述数控方法的数控滑块装置，其特征在于：设置开关磁阻调速电动机，开关磁阻调速电动机通过传动机构连接螺杆，螺杆与螺母螺旋副传动，螺母通过传动机构连接滑块，开关磁阻调速电动机连接电动机控制器，电动机控制器连接工控微计算机。

6、根据权利要求5所述的数控滑块装置，其特征在于：所述的开关磁阻调速电动机通过传动机构连接螺杆，其传动机构是指联轴器、齿轮传动、皮带传动、链传动、蜗轮蜗杆传动或花键传动中的一种。

7、根据权利要求5所述的数控滑块装置，其特征在于：所述的螺母通过传动机构连接滑块是指螺母通过四柱销肘杆机构连接滑块、螺母通过五柱销肘杆机构连接滑块或螺母直接连接滑块中的一种。

8、根据权利要求7所述的数控滑块装置，其特征在于：所述的螺母通过五柱销肘杆机构连接滑块是指螺母与十字头(23)连接为一体，十字头(23)与中间杆(26)通过铰销(25)连接，中间杆(26)通过铰销(27)连接后连杆(34)，后连杆(34)通过铰销(31)连接前连杆(32)的一端，后连杆(34)通过铰销(29)连接撑座(28)的一端，前连杆(32)的另一端通过铰销(33)连接滑块(16)。

9、根据权利要求7所述的数控滑块装置，其特征在于：所述的螺母通过四柱销肘杆机构连接滑块是指中间杆(26)通过铰销(25)连接十字头，中间杆(26)通过铰销(31)连接后连杆(30)，后连杆(30)通过铰销(31)连接前连杆(32)的一端，后连杆(30)通过铰销(29)连接撑座(28)的一端，前连杆(32)的另一端通过铰销(33)连接滑块(16)。

10、根据权利要求6所述的数控滑块装置，其特征在于：所述的花键传动是指花键轴(42)套在螺杆(41)一端内，花键轴(42)与螺杆(41)花键滑动配合，螺母(43)与螺杆(41)螺旋副传动，螺母固定在机身(39)上。

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