CN101863085B - 卧式数控玻璃钻孔机 - Google Patents

Abstract

一种卧式数控玻璃钻孔机，其机械系统包括：前加工台、后加工台、龙门钻架以及上钻组件和下钻组件，前加工台包括一水平台架及多条前台输送带，前台输送带由前台伺服电机驱动，还设有玻璃进前台传感器、玻璃减速传感器及玻璃到位传感器；所述后加工台包括水平台架及后台输送带，后台输送带由后台伺服电机驱动，还设有玻璃出后台传感器；龙门钻架位于前、后加工台之间，其上装设有上下两条纵向导轨，上、下钻组件与之活动连接，上、下钻组件分别包括钻架、钻头、钻架伺服电机和钻头旋转电机，还设有玻璃到位传感器；其控制系统包括：中央控制单元，低压电器元件、多轴驱动装置和变频器；对机械系统进行控制。

Description

卧式数控玻璃钻孔机

技术领域

本发明涉及用于玻璃工件的钻床，特别是涉及一种卧式的数控玻璃钻孔机。

背景技术

玻璃钻孔机有卧式和立式两种类型。其中，卧式钻孔机需要复杂的控制和定位，因此，在国内只有小型简易台式玻璃钻孔机，其只能加工小块的玻璃，且没有钻孔定位系统，需要人工划线定位、无法加工大型玻璃。现有技术的大型玻璃钻孔机均为立式玻璃钻孔机，虽然不用人工划线定位、可以加工大型玻璃，但是上料困难、危险性高。同时国内仅有的这两种类型玻璃钻孔机都不能自动进出料，因其结构局限导致其效率低、无法作为现代化玻璃深加工流水生产线的配套设备。总之，目前国内在大型卧式玻璃钻孔机领域尚属空白，并无任何现有产品。

已知的钻孔机如公开号为CN2612482，名为“一种立式玻璃钻孔机”的实用新型专利，公开了应用于钻大块玻璃孔的立式玻璃钻孔机，包括转动电机与钻头、压紧机构、钻头推进机构以及机架和升降丝杠，转动电机分布在机架、升降丝杠的一侧，钻头、压紧机构和钻头推进机构对称分布在机架、升降丝杠的另一侧。该实用新型使用皮带传动钻头转动动力，钻孔机被提升部分垂心与滚珠升降丝杠轴线重合，升降导轨为直线导轨，采用PLC控制。其缺点在于，无法自动上料，且手动上料过程也十分困难，并仍需手动对玻璃的基准位置进行定位。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有技术的上述缺陷，提供一种能满足玻璃深加工流水生产线的需要，可实现从上料到打孔再到出料全部自动化的卧式玻璃钻孔机。

本发明的玻璃钻孔机是这样实现的：其包括机械系统和控制系统，其中，

所述机械系统包括：前加工台、后加工台、龙门钻架以及上钻组件和下钻组件，其中，所述前加工台位于玻璃钻孔机的进料侧，包括一水平台架及置于水平台架上的多条前台输送带，所述前台输送带由前台伺服电机驱动而水平运动，在前加工台设有玻璃进前台传感器，玻璃减速传感器和玻璃到位传感器；所述后加工台位于玻璃钻孔机的出料侧，包括一水平台架及置于水平台架上的多条后台输送带，所述后台输送带由后台伺服电机驱动而水平运动，在后加工台设有玻璃出后台传感器；所述龙门钻架位于所述前加工台和后加工台之间，其上装有上、下两条纵向导轨，所述上钻组件和下钻组件分别与所述上、下纵向导轨活动连接，且所述上钻组件包括上钻架、上钻头、上钻架伺服电机和上钻头旋转电机，所述下钻组件包括下钻架、下钻头、下钻架伺服电机和下钻头旋转电机；

所述控制系统包括：中央控制单元，与之相连接的低压电器元件、多轴驱动装置和变频器；其中，所述机械系统的各个传感器与所述中央控制单元通信连接，所述多轴驱动装置分别控制驱动所述上、下钻架伺服电机和前、后台伺服电机，所述变频器为两个，分别控制驱动所述上、下钻头旋转电机。

本发明的有益效果在于，在可自动上料的同时，实现了对大型玻璃的精确钻孔加工。上料方便、定位精确，整个过程可以通过预先设定的程序全自动完成，可以连续作业。玻璃钻孔机是玻璃深加工企业特别是建筑玻璃加工企业的主要加工设备之一，本发明填补了国内玻璃预处理设备的一项空白。

附图说明

图1是本发明玻璃钻孔机控制部分的模块示意图；

图2是本发明玻璃钻孔机的侧视示意图；

图3是本发明玻璃钻孔机的俯视示意图。

具体实施方式

本发明的卧式数控玻璃钻孔机，包括机械系统和控制系统。下面分别进行介绍。

所述机械系统的一个优选实施例如图2、图3所示。其中，图2是本发明玻璃钻孔机的侧视示意图，图3是本发明玻璃钻孔机的俯视示意图。从图中可见，机械系统包括：前加工台60、后加工台80、龙门钻架40以及上钻组件和下钻组件。其中，所述前加工台60位于玻璃钻孔机的进料侧，包括一水平台架及置于水平台架上的多条前台输送带61，所述前台输送带61由前台伺服电机64驱动而水平运动，在前加工台的进料侧设有玻璃进前台传感器，例如该传感器为光电开关62，在前加工台60的出料侧设有玻璃减速传感器65，例如一玻璃减速光电开关65，以及一玻璃到位传感器，例如其为一光电开关66。所述后加工台80位于玻璃钻孔机的出料侧，包括一水平台架及置于水平台架上的多条后台输送带81，所述后台输送带81由后台伺服电机84驱动而水平运动，在后加工台的出料侧设有玻璃出后台传感器82。所述龙门钻架40位于所述前加工台60和后加工台80之间，并设有上下两条纵向导轨，所述上钻组件和下钻组件分别与所述上、下纵向导轨滑动连接。且所述上钻组件包括上钻架10、上钻头17、上钻架伺服电机18和上钻头旋转电机19，所述下钻组件包括下钻架20、下钻头27、下钻架伺服电机28和下钻头旋转电机29。

所述控制系统包括：中央控制单元，与之相连接的低压电器元件、多轴驱动装置和变频器；其中，所述机械系统的各个传感器与所述中央控制单元通信连接，所述多轴驱动装置分别控制驱动所述上、下钻架伺服电机和前、后台伺服电机，所述变频器为两个，分别控制驱动所述上、下钻头旋转电机。较佳的是，所述控制系统的中央控制单元由上位机和下位机构成，所述下位机用可编程控制器实现，所述上位机由带有触摸屏的嵌入式一体化工控机实现，上位机、下位机和多轴驱动装置之间通过总线进行通信。这里低压电器元件包括各种继电器、电磁阀等各种在本发明实施例中将用到的和可能用到的低压电器元件，显然本领域的技术人员可以根据实际需要对其进行增减和适当的选取，这将不会超出本发明的范围。

所述钻孔机还包括用以喷洒冷却水的水泵71，冷却水由所述水泵71和冷却水电磁阀控制，所述冷却水电磁阀与中央控制单元电性连接。

所述所述前加工台60和所述后加工台80还分别在其临近龙门钻架40的一侧设有前台压轮63和后台压轮83，所述上钻组件还包括位于其底侧的上压板16，所述下钻组件还包括位于其顶侧的下压板26。

并且，所述下钻组件还包括一可随下钻架一起移动的接料盒。

所述上钻组件还包括安置在所述上钻架上的上钻退回到位感应开关、上钻进给到位感应开关和上钻减速感应开关；所述下钻组件还包括安置在下钻架上的下钻退回到位感应开关、下钻进给到位感应开关和下钻减速感应开关，所述各个感应开关与控制系统的中央处理单元通信连接。

所述钻孔机还包括安置在所述上、下纵向导轨的上、下钻架移动零位感应开关和上、下钻架移动极限感应开关，所述上、下钻架移动零位感应开关和上、下钻架移动极限感应开关与控制系统的中央处理单元通信连接。

下面结合图1对本发明控制系统的一优选实施例进行说明。

本发明的设计目的是提供一种自动化的数控钻床。能由计算机控制来实现玻璃的自动进料、自动定位、自动钻孔、自动出料的水平式自动玻璃钻孔设备。为此，本实例的能实现，只要在钻孔前通过触摸屏输入孔的直径和位置坐标即可排版钻孔，一次最多可输入30个孔位坐标，且一次加工完成，可实现玻璃的连续加工。且钻孔精度高(±0.5mm)、钻孔效率高(传输速度27m/min)、加工玻璃尺寸大，可减少搬运工序，大大降低操作工人的劳动强度，还可避免玻璃对操作者造成的安全隐患，更主要的是可与卧式玻璃磨边机、卧式玻璃清洗机相配套构成玻璃磨、钻、洗自动加工线。

为此，本发明卧式数控玻璃钻孔机的优选实施例的主要参数和控制结构如下：

一、主要技术参数：

加工玻璃尺寸(ZK25型)：最大2500×3660mm

                      最小300×500mm

加工玻璃厚度：4～19mm

钻孔直径：    5～80mm

玻璃输送速度：27m/min

钻头移动速度：60m/min

钻头旋转速度：500～5600rpm

钻孔孔距误差：±0.25mm

钻孔对角线误差：±0.3mm

总功率(ZK25型)：11.5kw

外形尺寸(ZK25型)：6500×4700×1700mm(长×宽×高)

总重量(ZK25型)：5000kg

二、主要传动结构配置：

a)X轴传动(玻璃进给)：

前加工台：伺服电机+减速机+双面齿同步带；

后加工台：伺服电机+减速机+双面齿同步带；

b)Y轴传动(钻头移动)：

上钻移动：伺服电机+减速机+齿轮、齿条+直线导轨；

下钻移动：伺服电机+减速机+齿轮、齿条+直线导轨；

c)Z轴传动(钻头旋转)：

上钻旋转：变频电机+同步带+带轮+上钻头装置；

下钻旋转：变频电机+同步带+带轮+下钻头装置；

d)Z轴进给(钻头进给)：

上钻进给：上气液缸+上钻头装置；

下钻进给：下气液缸+下钻头装置；

e)压玻璃机构：

前台压轮排+后台压轮排+上压板+下压板

f)接料机构：接料盒

g)气动系统和水循环系统：水泵+电磁阀+汽缸

h)数控系统

电控柜+操作台+控制元件+伺服电机+变频电机+执行元件等

其中，前加工台和后加工台的作用是利用同步齿形带传送玻璃和按照要钻孔的位置实现玻璃进给(X轴方向传动定位)；玻璃压紧机构的作用是增大玻璃与传送带间的磨擦力，防止玻璃打滑影响钻孔精度；龙门钻架总成的上、下钻架沿纵向导轨移动的作用是实现钻头Y轴方向移动定位；气动系统和水循环系统分别提供气缸动作所需的气源和钻头钻孔时所需的冷却水；数控系统的作用是控制电机和各执行元件的动作。

本实施例控制系统框图如下图1，由SINAMICS S120实现多轴驱动、CPU314C-2DP PLC作为下位机，带有触摸屏的嵌入式一体化工控机作为上位机。其中触摸屏采用10.4英寸高亮度TFT液晶显示屏，上位机是系统大脑；CPU314C-2DP PLC是核心部件(通过编写PLC程序由PLC来实现运动控制)；SINAMICS S120则是西门子公司的新一代驱动产品，它是集V/F控制、矢量控制、伺服控制为一体的具有模块化设计的多轴驱动系统，1个双轴电机模块驱动2台伺服电机，因而整个系统占用的空间较小，结构紧凑、连接简单，使用灵活、操作方便，质量可靠，性能稳定。

工艺配方(包括玻璃钻孔孔数、孔径和各孔位置座标数据、玻璃长度、玻璃宽度、需要钻孔的玻璃块数、玻璃机械零位补偿值、玻璃传送速度和钻孔定位速度等)借助上位机触摸屏通过MPI总线发送给PLC，PLC和SINAMICS S120之间通过PROF1BUS-DP总线进行快速的数据交换，S120电机模块与其控制模块和电机编码器均通过高速驱动接口DRIVE-CLiQ接口相互相连进行数据通讯，使伺服电机按照工艺的要求准确定位运行，借助S120多轴驱动平台完成钻孔4轴运动控制，各伺服电机具有点动运行、回零运行、绝对定位运行及停止运行等运行方式。上、下钻头速度调节通过改变变频器输出频率来实现。

下面说明本发明的钻孔机的优选运行过程，这一过程的说明中将涉及一些前文所未涉及的元件，这些新增的元件可视为为实现此优选过程而增设。

机器可以自动或手动模式运转，自动运转由控制程序控制每个状态，是机器的正常运转模式；只有在调整或维护或测试机器时，才使用手动运转模式。

自动运转模式操作和运转过程：

启动机器前，应检查机器的气体压力值是否达到规定值。

1.打开主电源开关，在控制面板上起动水泵(此时水泵工作指示灯亮)；点击触摸屏进入上位机主界面；

2.将系统工作模式旋钮开关拨到右边选择手动模式调整机器(此时钻架上方黄色警灯亮)，按下系统复位按钮确保上下钻架回到零位；

3.将钻架工作旋钮开关拨到右边准备钻孔；

4.将允许继续钻孔旋钮开关拨到右边等待钻孔；

5.系统工作模式旋钮开关拨到左边选择自动模式(此时钻架上方黄色警灯闪烁)；

6.把必要的运行参数通过触摸屏输入NC(如玻璃长度、玻璃宽度、需要钻孔的玻璃块数、玻璃机械零位补偿值、玻璃传送速度和钻孔定位速度等)，并选择符合玻璃钻孔要求的版面(玻璃钻孔孔数、孔径和各孔位置座标数据)。

7.按下系统起动按钮，钻架上方黄色警灯灭，系统起动按钮绿色灯亮，前加工台的前台输送带的伺服电机64启动(ON)。这时，如果前加工台60上入端没有玻璃，玻璃进前台光电开关62无感应信号(OFF)，允许钻孔机前端设备起动，将玻璃自动送到前加工台上。这时，玻璃在同步带上运动，其中一个侧面靠在一排处在同一条直线上的随动定位轮上，定位轮的侧面母线方向与同步带传动方向有一定的夹角，玻璃在前进时始终压在定位轮上，从而保证玻璃沿直线方向进给。这条玻璃边为Y轴方向的基准边。玻璃接近钻头(定值)时，前加工台上的玻璃减速光电开关66感应到玻璃接通(ON)，玻璃减速光电开关65(ON)信号输入到PLC，皮带输送机构减速运行，这时，前加工台上前压轮气缸电磁阀接通(ON)，一前排(Y向)玻璃压轮(靠气缸作用)自上而下落下，压在靠近玻璃前沿的玻璃上。当玻璃到位光电开关检测到玻璃(前沿)时接通(ON)，玻璃到位光电开关(ON)信号一方面输入到PLC，使前台输送皮带伺服电机停止(OFF)，这时玻璃的前沿为X轴方向的基准边；同时璃璃到位光电开关(ON)信号输入到SINAMICS S120多轴伺服驱动系统做X轴方向电气清零，设置X轴方向电气钻孔零位(S120多轴伺服驱动系统记忆玻璃到位光电开关(ON)信号上升沿出现到前台伺服电机停止期间玻璃移动距离做为X轴定位电气零位补偿值)。此时已完成玻璃的定位过程(X轴方向的基准边、Y轴方向的基准边已定)。

第一块玻璃在前台上传送到位停止后，玻璃到位指示灯闪烁。

按下钻孔开始按钮，依据上位机设定的孔位开始钻孔(后面传送来的玻璃到位后自动开始钻孔不用再按钻孔开始按钮)。X轴进(玻璃前移)和Y轴进(钻头架前移)同时进行。其中，X轴进：包括前加工台的输送带伺服电机64启动(ON)和后加工台的输送带伺服电机84启动(ON)(此时要求前后台伺服电机同步起停)，Y轴进：包括上钻架移动伺服电机18启动(ON)下钻架移动伺服电机28启动(ON)(要求上下钻架移动伺服电机同步起停)。钻头到位(到钻孔位置)后伺服电机停止，同时下压板电磁阀接通，下压板26(由气缸驱动)升起在玻璃钻孔位置下面托住玻璃；延时1秒上压板电磁阀接通，上压板16压在玻璃钻孔位置的上面。然后，下钻进给电磁阀接通，下钻进给，同时下钻旋转电机29启动(变频调速)，下冷却水电磁阀接通喷水，当下钻头到靠近玻璃时，下钻减速感应开关25接通(ON)，下钻头慢速进给，当下钻头进给至玻璃厚度一半时，下钻进给到位感应开关24接通(ON)，下钻进给电磁阀断开，下钻头退回。下钻退回到位后，下钻退回到位感应开关23接通(ON)，下钻旋转电机停转，下冷却水电磁阀断开停止喷水，延时0.1秒接料电磁阀接通，接料气缸伸出接料盒30接料。再延时0.2秒上钻进给电磁阀接通，上钻进给，同时上钻旋转电机19启动(变频调速)，上冷却水电磁阀接通喷水，当上钻头靠近玻璃时，上钻减速感应开关15接通(ON)，上钻头慢速进给，上钻头进给超过玻璃厚度一半时，上钻进给到位感应开关14接通(ON)，上钻进给电磁阀断开，上钻头退回。上钻退回到位后上钻退回到位感应开关13接通(ON)，上钻旋转电机19停转，上冷却水电磁阀断开停止喷水，接料电磁阀断开，接料气缸收回接料盒30，同时上压板电磁阀断开，上压板16自动退回。再延时1秒下压板电磁阀断开，下压板26退回。一个完整的钻孔过程完成。

根据设定的下一个孔的坐标，X轴进(玻璃前移)或Y轴进(钻头架移动)按照以上同样的过程钻下一个孔。钻孔过程中当玻璃前沿到达后加工台上玻璃压轮位置时，SINAMICS S120多轴伺服驱动系统将玻璃移动距离值反馈给PLC，PLC输出控制后压轮电磁阀接通，后排(Y向)玻璃压轮(靠气缸作用)自上而下落下，压在靠近玻璃前沿的玻璃上；玻璃后沿离开前台玻璃减速开关前，SINAMICS S120多轴伺服驱动系统将另一玻璃移动距离值反馈给PLC，PLC输出控制前压轮电磁阀断开，前台压轮自动抬起。玻璃上全部孔钻完后PLC输出控制后压轮电磁阀断开，后台玻璃压轮抬起；上钻架移动伺服电机启动和下钻架移动伺服电机启动上、下钻架返回零点；同时前后加工台的输送皮带伺服电机启动将玻璃送出。接着重复上述过程连续自动加工下一块玻璃。

钻孔过程中一个孔钻完后若计算机检测到下一个孔的孔径不同于刚钻过的上一个孔的孔径，则上下钻架自动回到零位等待换钻头；操作者把允许继续钻孔旋钮开关拨到左边防止钻架移动；换完钻头人员离开机器后再把允许继续钻孔旋钮开关拨到右边允许钻架移动；按下钻孔继续按钮，机床开始继续钻孔。每块玻璃上孔全部钻完上下钻架自动回到零位等待下一块玻璃。设定钻孔的玻璃块数加工完成后，前台自动停止转动；在确定不再钻孔的前提下，按下系统停止按钮后台自动停止转动(若想继续钻孔，重新输入玻璃长度、玻璃宽度、需要钻孔的玻璃块数等，并选择符合玻璃钻孔要求的版面，按下系统启动按钮即可)。

根据相应的程序设计，本发明的钻孔机可具备自动加工和手动调整功能，生产时间和加工玻璃数量统计功能，故障自诊断并显示功能及加工过程图形动态显示功能。

以上对本发明的描述是说明性的，而非限制性的，本专业技术人员理解，在权利要求限定的精神与范围之内可对其进行许多修改、变化或等效，但是它们都将落入本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种卧式数控玻璃钻孔机，包括机械系统和控制系统，其特征在于，

所述机械系统包括：前加工台、后加工台、龙门钻架以及上钻组件和下钻组件，其中，所述前加工台位于玻璃钻孔机的进料侧，包括一水平台架及置于水平台架上的多条前台输送带，所述前台输送带由前台伺服电机驱动而水平运动，在前加工台设有玻璃进前台传感器，玻璃减速传感器和玻璃到位传感器；所述后加工台位于玻璃钻孔机的出料侧，包括一水平台架及置于水平台架上的多条后台输送带，所述后台输送带由后台伺服电机驱动而水平运动，在后加工台设有玻璃出后台传感器；所述龙门钻架位于所述前加工台和后加工台之间，其上装有上、下两条纵向导轨，所述上钻组件和下钻组件分别与所述上、下纵向导轨活动连接，且所述上钻组件包括上钻架、上钻头、上钻架伺服电机和上钻头旋转电机，所述下钻组件包括下钻架、下钻头、下钻架伺服电机和下钻头旋转电机；

所述控制系统包括：中央控制单元，与之相连接的低压电器元件、多轴驱动装置和变频器；其中，所述机械系统的各个传感器与所述中央控制单元通信连接，所述多轴驱动装置分别控制驱动所述上、下钻架伺服电机和前、后台伺服电机，所述变频器为两个，分别控制驱动所述上、下钻头旋转电机，其中：所述控制系统的中央控制单元由上位机和下位机构成，所述下位机用可编程控制器实现，所述上位机由带有触摸屏的嵌入式一体化工控机实现，上位机、下位机和多轴驱动装置之间通过总线进行通信。

2.根据权利要求1所述的卧式数控玻璃钻孔机，其特征在于，所述钻孔机还包括用以喷洒冷却水的水泵，冷却水由所述水泵和冷却水电磁阀控制，所述冷却水电磁阀控制与中央控制单元电性连接。

3.根据权利要求1所述的卧式数控玻璃钻孔机，其特征在于，所述前加工台和所述后加工台还分别在其临近龙门钻架的一侧设有前台压轮和后台压轮，所述上钻组件还包括位于其底侧的上压板，所述下钻组件还包括位于其顶侧的下压板。

4.根据权利要求1所述的卧式数控玻璃钻孔机，其特征在于，所述下钻组件还包括一可随下钻架一起移动的接料盒。

5.根据权利要求1所述的卧式数控玻璃钻孔机，其特征在于，所述上钻组件还包括安置在所述上钻架上的上钻退回到位感应开关、上钻进给到位感应开关和上钻减速感应开关；所述下钻组件还包括安置在下钻架上的下钻退回到位感应开关、下钻进给到位感应开关和下钻减速感应开关，所述各个感应开关与控制系统的中央处理单元通信连接。

6.根据权利要求1所述的卧式数控玻璃钻孔机，其特征在于，所述钻孔机还包括安置在所述上、下纵向导轨的上、下钻架移动零位感应开关和上、下钻架移动极限感应开关，所述上、下钻架移动零位感应开关和上、下钻架移动极限感应开关与控制系统的中央处理单元通信连接。

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