CN102785169A - 一种数控外圆磨床的双测速安全保护方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种数控外圆磨床的双测速安全保护方法及装置，包括与砂轮同轴安装的第一发信凸轮及与第一发信凸轮对应的第一测速传感器，与工件同轴安装的第二发信凸轮及与第二发信凸轮对应的第二测速传感器；第一测速传感器和第二测速传感器分别与第一转速监控器和第二转速监控器连接，第一转速监控器和第二转速监控器通过各自的IO接口与逻辑控制器连接，逻辑控制器与控制砂轮移动伺服电机的NC控制系统连接。所述的第一测速传感器和第二测速传感器是感应式接近开关。本发明通过两套发信凸轮和测速传感器同时对砂轮主轴和工件两者的转速进行监控，当数控外圆磨床在加工过程中，任何一个转速过低时，控制系统会自动将砂轮主轴快退至安全位置，保障设备和操作人员的安全。

Description

一种数控外圆磨床的双测速安全保护方法及装置

技术领域

本发明涉及一种数控外圆磨床的双测速安全保护方法及装置，属于数控机床在轴类工件加工过程中的防闷车技术领域，特别是在数控外圆磨床上用来防止闷车的一种双测速结构及方法。

背景技术

数控外圆磨床是用于磨削轴类工件轴颈外圆的加工设备，在制造行业被广泛使用。这类设备在运行过程中经常发生一个问题，就是在自动加工过程中受一些事先未知的因素的影响，如皮带打滑或疲劳断裂、工件毛坯表面有凸起或材质过硬、砂轮材质异常、砂轮外表面没有修整好、进给速度异常等，使得旋转的砂轮或者旋转的工件大幅降速，而此时砂轮主轴仍然在继续进给，从而造成闷车故障。闷车故障会造成砂轮主轴被研坏、或者工件被磨废，甚至出现砂轮爆裂的危险情况，对设备造成很大的经济损失，对操作工的人身安全也造成威胁。

发明内容

本发明的目的是设计一种数控外圆磨床的双测速安全保护方法及装置，对加工过程中的砂轮主轴和工件的旋转速度进行监控，当两者之一的转速大幅降低时，砂轮主轴会立即自动退回到安全位置，从而有效的避免了闷车故障。

本发明的技术方案：本发明的一种数控外圆磨床的双测速安全保护方法，首先与砂轮同轴安装第一发信凸轮及与第一发信凸轮对应的第一测速传感器，与工件同轴安装第二发信凸轮及与第二发信凸轮对应的第二测速传感器；第一测速传感器和第二测速传感器分别与第一转速监控器和第二转速监控器连接，第一转速监控器和第二转速监控器通过各自的IO接口与逻辑控制器连接，逻辑控制器与控制砂轮移动伺服电机的NC控制系统连接；在NC控制系统中设置中断子程序、中断号、中断优先级；

步骤如下：

1)在数控外圆磨床的自动加工运行过程中，与砂轮主轴、工件同轴连接的第一发信凸轮和第二发信凸轮也分别以与砂轮主轴、工件同轴同样的转速旋转，测速传感器检测发信凸轮外圆的凸凹面，测速传感器发出与发信凸轮外圆凸凹面个数对应的0-1-0-1的脉冲信号，分别传送到第一转速监控器和第二转速监控器；

2)第一转速监控器和第二转速监控器对0-1-0-1的脉冲信号进行处理，得出当前实时的实际转速；

3)第一转速监控器和第二转速监控器分别将各自的实际转速与最低安全转速设定值进行比较，当实际转速值低于最低安全转速设定值且持续0.5～1秒时，发出“转速低”信号给逻辑控制器；

4)逻辑控制器接收砂轮主轴转速和工件转速信号，当受到任意一个的“转速低”信号后，由逻辑控制器进行程序处理，发出接口信号给NC控制系统，NC控制系统的中断子程序被激活；

5)NC控制系统停止当前加工进程，执行中断子程序，驱动伺服电机将砂轮主轴快速后退至安全位置。

所述的转速监控器中设定的砂轮和工件的最低安全转速设定值为额定转速的75％。

优选地，所述步骤3)第一转速监控器和第二转速监控器分别将各自的实际转速与最低安全转速设定值进行比较，当实际转速值低于最低安全转速设定值且持续0.5秒时，发出“转速低”信号给逻辑控制器。

本发明的一种数控外圆磨床的双测速安全保护装置包括与砂轮同轴安装的第一发信凸轮及与第一发信凸轮对应的第一测速传感器，与工件同轴安装的第二发信凸轮及与第二发信凸轮对应的第二测速传感器；第一测速传感器和第二测速传感器分别与第一转速监控器和第二转速监控器连接，第一转速监控器和第二转速监控器通过各自的IO接口与逻辑控制器连接，逻辑控制器与控制砂轮移动伺服电机的NC控制系统连接。

所述的第一测速传感器和第二测速传感器是感应式接近开关。

所述的第一发信凸轮和第二发信凸轮的发信齿数m为偶数，优选数m为2或4或6。

所述的：第一测速传感器和第二测速传感器与第一发信凸轮和第二发信凸轮的发信齿的距离d1＝0.5～0.8Sn，Sn为测速传感器的额定检测距离。

所述的第一发信凸轮和第二发信凸轮的发信齿的高度d2＝10～20mm。

本发明的优点：当数控外圆磨床在加工过程中受一些事先未知的因素的影响而有可能造成闷车时，控制系统会自动将砂轮主轴快退至安全位置，整个过程自动完成，不需要操作人员的干预，从而有效的防止了闷车，保障了设备和操作人员的安全。

附图说明

图1是本发明的机械原理示意图。

图2是图1中砂轮、第一发信凸轮、第一测速传感器位置关系侧视图。工件、第二发信凸轮、第二测速传感器位置关系也是一样的。

图3是本发明的电路逻辑框图。

图4是本发明的控制原理图。

图5是逻辑控制器中触发NC控制系统的中断子程序的原理图。

具体实施方式

如图1、图2、图3：本发明是一种数控外圆磨床的双测速安全保护装置，在砂轮1上通过联轴器7同轴安装第一发信凸轮3及与第一发信凸轮3对应的第一测速传感器5，与工件2同轴安装第二发信凸轮4及与第二发信凸轮4对应的第二测速传感器6；第一测速传感器5和第二测速传感器6分别与第一转速监控器和第二转速监控器连接，第一转速监控器和第二转速监控器通过各自的IO接口与逻辑控制器连接，逻辑控制器与控制砂轮移动伺服电机的NC控制系统连接。在NC控制系统中设置中断子程序、中断号、中断优先级。

所述的第一测速传感器5和第二测速传感器6是感应式接近开关。

所述的第一发信凸轮3和第二发信凸轮4的发信齿数m为偶数，优选2或4或6。

所述的第一测速传感器5和第二测速传感器6与第一发信凸轮3和第二发信凸轮4的发信齿的距离d1＝0.5～0.8Sn，Sn为测速传感器的额定检测距离。

所述的第一测速传感器5和第二测速传感器6是感应式接近开关。

逻辑控制器可以是PLC、单片机或其它逻辑芯片。

所述的第一发信凸轮和第二发信凸轮的发信齿的高度d2＝10～20mm。

逻辑控制器可以是PLC、单片机或其它逻辑芯片。

如图2：感应式接近开关与发信凸轮之间的间距d1的是一个很重要的参数，该距离决定了转速检测的准确性。间距过小，旋转的发信凸轮容易碰到接近开关，从而破坏接近开关；间距过大，凸轮转速脉冲信号不能够准确发出，从而影响转速的检测。

根据试验统计证明，当d1=0.5～0.8Sn(Sn为接近开关的额定检测距离)，即两者之间的间距为接近开关的额定检测距离的0.5～0.8倍时，检测到的转速准确稳定。

感应式接近开关的开关频率的选择：

要根据发信凸轮一周的齿数m和砂轮、工件的最高转速n来选择合适的开关频率f的感应式接近开关。例如：凸轮一周的齿数m=6，砂轮最高转速n=5000转/分，则开关频率=500HZ，那么应当选择开关频率不低于500HZ的感应式接近开关。

感应式接近开关的线数：选用三线式PNP或NPN接近开关，根据现场的使用情况看，三线式的接近开关比两线式接近开关测速的误差小，更准确稳定。

因为磨削加工中都存在冷却液，而冷却液属于化学试剂。如果接近开关靠近冷却液的话，时间长了会造成接近开关的腐蚀损坏。因此应当将接近开关安装在远离冷却液的较为干燥的地方，这样有利于接近开关的长期正常使用。

发信凸轮的齿数和制作、动平衡处理。

为了使砂轮主轴和工件在安装了发信凸轮后能够保持平衡，应当使齿数为偶数，且对称制作。对于转速高(3000转/分以上)的砂轮主轴，在安装了发信凸轮后，还需要对砂轮主轴、发信凸轮和联轴器整体进行动平衡处理(打孔或加平衡块)，这样才能在安装了发信凸轮后不增加原砂轮主轴的不平衡量。

下面结合图4、图5对本发明的数控外圆磨床的双测速安全保护方法做进一步的阐述：

步骤如下：

1)在数控外圆磨床的自动加工运行过程中，与砂轮主轴、工件同轴连接的第一发信凸轮和第二发信凸轮也分别以与砂轮主轴、工件同轴同样的转速旋转，测速传感器检测发信凸轮外圆的凸凹面，测速传感器发出与发信凸轮外圆凸凹面个数对应的0-1-0-1的脉冲信号，分别传送到第一转速监控器和第二转速监控器；

2)第一转速监控器和第二转速监控器对0-1-0-1的脉冲信号进行处理，得出当前实时的实际转速；

3)第一转速监控器和第二转速监控器分别将各自的实际转速与最低安全转速设定值进行比较，当实际转速值低于最低安全转速设定值且持续0.5～1秒时，发出“转速低”信号给逻辑控制器；

4)逻辑控制器接收砂轮主轴转速和工件转速信号，当受到任意一个的“转速低”信号后，由逻辑控制器进行程序处理，发出接口信号给NC控制系统，NC控制系统的中断子程序被激活；

5)NC控制系统停止当前加工进程，执行中断子程序，驱动伺服电机将砂轮主轴快速后退至安全位置，同时在屏幕上给出报警信息。这样就自动有效的防止了闷车故障。

所述的转速监控器中设定的砂轮和工件的最低安全转速值为额定转速的75％。

优选地，所述步骤3)第一转速监控器和第二转速监控器分别将各自的实际转速与最低转速设定值进行比较，当实际转速值低于最低转速设定值且持续0.5秒时，发出“转速低”信号给逻辑控制器。

“瞬间转速过低”这种情况的处理：

由于某些偶然因素的出现(如砂轮或工件材质等)，会导致瞬间转速过低的情况，这时转速监控器也会发出瞬间的“转速低”信号，系统也会中止当前加工并使砂轮快退到安全位。但这种情况下是允许继续进行加工的。

对于这种情况，我们可以在转速监控器中加入一个很短的延时时间0.5秒。当实际转速低于最低安全转速设定值的状态持续0.5秒或以上时，我们才认为是真正的转速过低，并采取快退措施；当“转速低”信号不到0.5秒，我们认为是瞬间的转速过低，不采取快退措施。

这样就避免这种因“瞬间转速过低”造成的不必要的快退。

图5是逻辑控制器中触发NC控制系统的中断子程序的原理图：

本发明在NC控制系统中设置中断子程序、中断号、中断优先级。在砂轮主轴进給加工的过程中，逻辑控制器不断的对来自两个IO接口的“转速低”信号进行扫描并进行判断。如果两者“转速低”信号都为“0”，则不采取任何动作；如果两者中任何一个“转速低”信号为“1”，则将发给NC的接口信号置“1”，触发中断子程序(即急退子程序)。

Claims (10)

1.一种数控外圆磨床的双测速安全保护方法，首先与砂轮同轴安装第一发信凸轮及与第一发信凸轮对应的第一测速传感器，与工件同轴安装第二发信凸轮及与第二发信凸轮对应的第二测速传感器；第一测速传感器和第二测速传感器分别与第一转速监控器和第二转速监控器连接，第一转速监控器和第二转速监控器通过各自的IO接口与逻辑控制器连接，逻辑控制器与控制砂轮移动伺服电机的NC控制系统连接；在NC控制系统中设置中断子程序、中断号、中断优先级；

步骤如下：

1）在数控外圆磨床的自动加工运行过程中，与砂轮主轴、工件同轴连接的第一发信凸轮和第二发信凸轮也分别以与砂轮主轴、工件同轴同样的转速旋转，测速传感器检测发信凸轮外圆的凸凹面，测速传感器发出与发信凸轮外圆凸凹面个数对应的0-1-0-1的脉冲信号，分别传送到第一转速监控器和第二转速监控器；

2）第一转速监控器和第二转速监控器对0-1-0-1的脉冲信号进行处理，得出当前实时的实际转速；

3）第一转速监控器和第二转速监控器分别将各自的实际转速与最低安全转速设定值进行比较，当实际转速值低于最低转速设定值且持续0.5～1秒时，发出转速低信号给逻辑控制器；

4）逻辑控制器接收砂轮主轴转速和工件转速信号，当受到任意一个的转速低信号后，由逻辑控制器进行程序处理，发出接口信号给NC控制系统， NC控制系统的中断子程序被激活；

5）NC控制系统停止当前加工进程，执行中断子程序，驱动伺服电机将砂轮主轴快速后退至安全位置。

2.根据权利要求1所述的一种数控外圆磨床的双测速安全保护方法，其特征在于：转速监控器中设定的砂轮和工件的最低安全转速设定值为额定转速的75%。

3.根据权利要求1或2所述的一种数控外圆磨床的双测速安全保护方法，其特征在于：所述步骤3）第一转速监控器和第二转速监控器分别将各自的实际转速与最低安全转速设定值进行比较，当实际转速值低于最低安全转速设定值且持续0.5秒时，发出转速低信号给逻辑控制器。

4.一种数控外圆磨床的双测速安全保护装置，包括与砂轮同轴安装的第一发信凸轮及与第一发信凸轮对应的第一测速传感器，与工件同轴安装的第二发信凸轮及与第二发信凸轮对应的第二测速传感器；第一测速传感器和第二测速传感器分别与第一转速监控器和第二转速监控器连接，第一转速监控器和第二转速监控器通过各自的IO接口与逻辑控制器连接，逻辑控制器与控制砂轮移动伺服电机的NC控制系统连接。

5.根据权利要求4所述的一种数控外圆磨床的双测速安全保护装置，其特征在于：第一测速传感器和第二测速传感器是感应式接近开关。

6.根据权利要求4或5所述的一种数控外圆磨床的双测速安全保护装置，其特征在于：第一发信凸轮和第二发信凸轮的发信齿数m为偶数。

7.根据权利要求4或5所述的一种数控外圆磨床的双测速安全保护装置，其特征在于：第一测速传感器和第二测速传感器与第一发信凸轮和第二发信凸轮的发信齿的距离d1＝0.5～0.8Sn ，Sn为测速传感器的额定检测距离。

8.根据权利要求6所述的一种数控外圆磨床的双测速安全保护装置，其特征在于：第一测速传感器和第二测速传感器与第一发信凸轮和第二发信凸轮的发信齿的距离d1＝0.5～0.8Sn ，Sn为测速传感器的额定检测距离。

9.根据权利要求6所述的一种数控外圆磨床的双测速安全保护装置，其特征在于：第一发信凸轮和第二发信凸轮的发信齿数m为2或4或6。

10.根据权利要求4或5所述的一种数控外圆磨床的双测速安全保

护装置，其特征在于：第一发信凸轮和第二发信凸轮的发信齿的高度d2＝10～20mm。

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