CN101941182B

CN101941182B - 磨床微机控制系统

Info

Publication number: CN101941182B
Application number: CN2010102400937A
Authority: CN
Inventors: 李勋; 付主木; 赵旎; 朱邦太; 刘珊中; 余雷
Original assignee: Henan University of Science and Technology
Current assignee: Henan University of Science and Technology
Priority date: 2010-07-29
Filing date: 2010-07-29
Publication date: 2013-04-03
Anticipated expiration: 2030-07-29
Also published as: CN101941182A

Abstract

本发明公开了一种磨床微机控制系统，包括差动电感式位移传感器、中央处理单元、步进电机及其驱动器，传感器通过接口电路与中央处理单元的信号输入端连接，中央处理单元的信号输出端通过步进电机驱动电路、步进电机驱动器、与步进电机连接，步进电机与减速机构连接用来带动砂轮加工工件；接口电路包括振荡供电电路、放大电路、相敏整流电路和放大限幅电路，振荡供电电路的输出端与差动电感式位移传感器连接，差动电感式位移传感器的输出端通过放大电路、相敏整流电路与放大限幅电路的信号输出端连接。本系统自动完成粗磨、精磨、光磨、复位等动作，控制精度在±2um以内，可靠性高；加工速度快，价格低，利于国内数控磨床的发展。

Description

磨床微机控制系统

技术领域

本发明涉及数控化磨床，尤其涉及一种磨床微机控制系统。

背景技术

目前, 磨床行业的发展趋势是磨削加工的高效化、直接驱动、在线测量与控制磨削过程、量仪在线监控。我国数控磨床在产品技术水平、数量、品种上还远远不能满足市场需求。据统计，目前国内磨床产量数控化率仅为6%～10％，产值数控化率为13.14%，品种的数控化率不足10%，数控磨床所配用的国产数控系统廖廖无几，即使有，也只是经济型的，精度及稳定性均不太理想，这样既不利于国内数控磨床的发展，又影响了工作效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种磨床微机控制系统，能够保证差动位移电感传感器的输出信号的精确度，从而确保磨削加工尺寸的精度，且稳定性好。

本发明采用下述技术方案：一种磨床微机控制系统，包括位移传感器、中央处理单元、步进电机及其驱动器，位移传感器通过接口电路与中央处理单元的信号输入端连接，中央处理单元的信号输出端通过步进电机驱动电路、步进电机驱动器与步进电机连接，步进电机与减速机构连接用来带动磨床传动机构；所述位移传感器为差动电感式位移传感器，所述接口电路包括振荡供电电路、放大电路、相敏整流电路和放大限幅电路，振荡供电电路的输出端与差动电感式位移传感器连接，差动电感式位移传感器的输出端与放大电路的信号输入端连接，放大电路的信号输出端与相敏整流电路的信号输入端连接，相敏整流电路的信号输出端与放大限幅电路的信号输出端连接。

所述的振荡供电电路包括三极管，三极管的基极通过第一电阻与电源连接，三极管的基极还通过第二电阻接地，第一电容并联在第一电阻的两端，三极管的集电极通过第二电容与电源连接，三极管的发射极通过第三电阻接地；三极管的集电极与差动电感式位移传感器的第一电感一端连接，第一电感另一端与电源连接。

所述的放大电路包括第一放大器，第一放大器的反相输入端通过第五电阻与差动式位移传感器的第一电感的一端连接，第一放大器的反相输入端通过第六电阻与差动式位移传感器的第一电感的滑动端连接；第一放大器的输出端通过第七电阻与第一放大器的反相输入端连接，第一放大器的同相输入端通过第八电阻接地。

所述的相敏整流电路包括第二放大器，第二放大器的反相输入端通过第十二电阻串联第九电阻与放大电路中放大器的输出端连接，第二放大器的同相输入端通过第十三电阻串联第十电阻后与放大器的输出端连接，第十二电阻与第九电阻之间还与第十一电阻的第一端连接，第十三电阻与第十电阻之间还与第十四电阻的第一端连接，其中第十四电阻的第一端与第十一电阻的第一端连接，第十四电阻与第十一电阻的第二端均接地；第二放大器的输出端通过第十六电阻与反相输入端和同相输入端连接，第二放大器的同相输入端通过第十五电阻接地。

所述的放大限幅电路包括第三放大器，第三放大器的反相输入端通过第十八电阻与相敏整流电路中第二放大器的输出端连接，第三放大器的同相输入端通过第二十电阻接地，第三放大器的输出端通过第十九电阻与反相输入端连接，第十九电阻还通过第十七电阻与可调电阻的调节端连接，可调电阻的一端接地，另一端接电源；第三放大器的输出端连接第二十一电阻一端，第二十一电阻另一端连接第一二极管正极，第一二极管负极连接电源，第二十一电阻另一端还连接第二二极管负极，第二二极管正极接地。

本发明是以中央处理单元为核心的闭环数控系统，对外圆、曲轴等轴类自动完成粗磨、精磨、光磨、复位等动作，系统设计、加工全部独立完成。

且差动电感式位移传感器的测量精度较高，与中央处理单元之间的接口电路进一步保证了磨削加工尺寸的精度。控制精度在±2um以内，可靠性高，成品率可达100％；加工速度快，同改造前相比加工效率提高2倍；价格低，利于国内数控磨床的发展。

附图说明

图1为本发明的电路框图；

图2为本发明中接口电路的电路原理图。

具体实施方式

本发明以下结合附图和实施例作以详细的描述：

如图1所示，本发明磨床微机控制系统包括差动电感式位移传感器、中央处理单元（C8051F020）、步进电机及其驱动器，差动电感式位移传感器通过接口电路与中央处理单元的信号输入端连接，中央处理单元的信号输出端通过步进电机驱动电路、步进电机驱动器与步进电机连接，步进电机与减速机构连接，减速机构和磨床的传动机构机械连接，从而带动砂轮架移动来加工工件；中央处理单元还连接有按键电路及显示电路。其中步进电机为三相混合式步进电机（110BYG350BH-SAKSMA-0501），功率4~6kw, 精度：30000步/转；步进电机驱动器，选择与步进电机配套的驱动器。

如图2所示，接口电路包括振荡供电电路、放大电路、相敏整流电路和放大限幅电路。振荡供电电路包括三极管Q1，三极管Q1的基极通过第一电阻R1与电源+12V连接，三极管Q1的基极还通过第二电阻R2接地，第一电容C1并联在第一电阻R1的两端，三极管Q1的集电极通过第二电容C2与电源+12V连接，三极管Q1的发射极通过第三电阻R3接地；三极管Q1的集电极用来与差动电感式位移传感器的第一电感L1一端连接，第一电感L1另一端与电源+12V连接。放大电路包括第一放大器U2A（OP07），第一放大器U2A的反相输入端分别通过第六电阻R6和第五电阻R5与差动式位移传感器的第一电感的滑动端和固定端连接，第一放大器U2A的输出端通过第七电阻R7与第一放大器U2A的反相输入端连接，第一放大器U2A的同相输入端通过第八电阻R8接地。相敏整流电路包括第二放大器U1A（LM6134，高精度运算放大器），第二放大器U1A的反相输入端通过第十二电阻R12串联第九电阻R9与放大电路中第一放大器U2A的输出端连接，第二放大器U1A的同相输入端通过第十三电阻R13串联第十电阻R10后与第一放大器U2A的输出端连接，第十二电阻R12与第九电阻R9之间还与第十一电阻R11的第一端连接，第十三电阻R13与第十电阻R10之间还与第十四电阻R14的第一端连接，其中第十四电阻R14的第一端与第十一电阻R11的第一端连接，第十四电阻R14与第十一电阻R11的第二端均接地；第二放大器U1A的输出端通过第十六电阻R16与反相输入端和同相输入端连接，第二放大器U1A的同相输入端通过第十五电阻R15接地。放大限幅电路包括第三放大器U2B（OP07），第三放大器U2B的反相输入端通过第十八电阻R18与相敏整流电路中第二放大器U1A的输出端连接，第三放大器U2B的同相输入端通过第二十电阻R20接地，第三放大器U2B的输出端通过第十九电阻R19与反相输入端连接，第十九电阻R19还通过第十七电阻R17与可调电阻POT1的调节端连接，可调电阻POT1的一端接地，另一端接电源-5V；第三放大器U2B的输出端连接第二十一电阻R21一端，第二十一电阻R21另一端连接第一二极管D1正极，第一二极管D1负极连接电源+5V，第二十一电阻R21另一端还连接第二二极管D2负极，第二二极管D2正极接地。本电路中的第一放大器、第二放大器、第三放大器均采用军品，固定电阻采用高精度的绕线电阻，可变电阻在设计之初经过计算，阻值也固定下来，也采用合适的高精度绕线电阻，保证了测量精度。

本发明中所采用的差动电感式位移传感器为三点式测量传感器，包括传感器、测量卡规及固定支架，为一整体，其中测量卡规卡在加工工件表面，固定支架固定在砂轮上设置的砂轮罩上。如图1、图2所示，差动电感式位移传感器由振荡供电电路为其供电，保证其正常工作和达到预期的测量精度。差动电感式位移传感器实时检测加工工件1的尺寸，输出的微弱的交流电压信号通过放大电路进行放大为功率较强的交流电压信号，然后再经相敏整流电路转换为直流电压信号，此直流电压信号还很微弱，带负载能力很差，再经放大限幅电路，使其进行功率的放大和对放大信号进行限幅，变成标准的电压信号（0～5V）。此电压信号进入中央处理单元，中央处理单元经过内部A/D转换后进行计算，根据已经设定好的参数输出控制信号通过步进电机驱动电路给步进电机驱动器，步进电机驱动器使步进电机带动其减速机构，从而带动磨床的传动机构和砂轮架对加工工件1进行加工，如改变砂轮的进退和进给速度，形成完整的闭环控制；当加工工件1磨削至标准件后自动退回。本系统能够完成对加工工件1的擦边、粗磨、精磨、光磨，控制精度在±2um以内，可靠性高，成品率可达100％；加工速度快，可靠性高，价格低，利于国内数控磨床的发展。

Claims

1.一种磨床微机控制系统，包括位移传感器、中央处理单元、步进电机及其驱动器，位移传感器通过接口电路与中央处理单元的信号输入端连接，中央处理单元的信号输出端通过步进电机驱动电路、步进电机驱动器与步进电机连接，步进电机与减速机构连接用来带动磨床传动机构；其特征在于：所述位移传感器为差动电感式位移传感器，所述接口电路包括振荡供电电路、放大电路、相敏整流电路和放大限幅电路，振荡供电电路的输出端与差动电感式位移传感器连接，差动电感式位移传感器的输出端与放大电路的信号输入端连接，放大电路的信号输出端与相敏整流电路的信号输入端连接，相敏整流电路的信号输出端与放大限幅电路的信号输出端连接。

2.根据权利要求1所述的磨床微机控制系统，其特征在于：所述的振荡供电电路包括三极管，三极管的基极通过第一电阻与电源连接，三极管的基极还通过第二电阻接地，第一电容并联在第一电阻的两端，三极管的集电极通过第二电容与电源连接，三极管的发射极通过第三电阻接地；三极管的集电极与差动电感式位移传感器的第一电感一端连接，第一电感另一端与电源连接。

3.根据权利要求2所述的磨床微机控制系统，其特征在于：所述的放大电路包括第一放大器，第一放大器的反相输入端通过第五电阻与差动式位移传感器的第一电感的一端连接，第一放大器的反相输入端通过第六电阻与差动式位移传感器的第一电感的滑动端连接；第一放大器的输出端通过第七电阻与第一放大器的反相输入端连接，第一放大器的同相输入端通过第八电阻接地。

4.根据权利要求3所述的磨床微机控制系统，其特征在于：所述的相敏整流电路包括第二放大器，第二放大器的反相输入端通过第十二电阻串联第九电阻与放大电路中放大器的输出端连接，第二放大器的同相输入端通过第十三电阻串联第十电阻后与放大器的输出端连接，第十二电阻与第九电阻之间还与第十一电阻的第一端连接，第十三电阻与第十电阻之间还与第十四电阻的第一端连接，其中第十四电阻的第一端与第十一电阻的第一端连接，第十四电阻与第十一电阻的第二端均接地；第二放大器的输出端通过第十六电阻与反相输入端和同相输入端连接，第二放大器的同相输入端通过第十五电阻接地。

5.根据权利要求4所述的磨床微机控制系统，其特征在于：所述的放大限幅电路包括第三放大器，第三放大器的反相输入端通过第十八电阻与相敏整流电路中第二放大器的输出端连接，第三放大器的同相输入端通过第二十电阻接地，第三放大器的输出端通过第十九电阻与反相输入端连接，第十九电阻还通过第十七电阻与可调电阻的调节端连接，可调电阻的一端接地，另一端接电源；第三放大器的输出端连接第二十一电阻一端，第二十一电阻另一端连接第一二极管正极，第一二极管负极连接电源，第二十一电阻另一端还连接第二二极管负极，第二二极管正极接地。