CN109676452A - 基于便携式无线控制系统的外圆磨床及控制方法 - Google Patents

Abstract

基于便携式无线控制系统的外圆磨床及控制方法。普通磨床对工件的控制只限于手动，不仅降低生产效率，还增大了误差，而且产品废品率较高。本发明组成包括：无线控制终端（19），无线控制终端通过蓝牙通信协议与接收器（4）连接，接收器通过数据线分别与横轴电机控制器（1）、主轴电机控制器（6）、砂轮电机控制器（11）、进给电机控制器（18）连接，横轴电机控制器通过动力电缆与横轴电机（3）连接，横轴电机与床身（15）内部的横向导轨连接，床身内部的纵向导轨与进给电机（14）连接，进给电机安装在砂轮架（13）的一侧，砂轮架上方安装有砂轮电机（12），砂轮电机通过连接轴与砂轮（10）连接。本发明用于基于便携式无线控制系统的外圆磨床。

Description

基于便携式无线控制系统的外圆磨床及控制方法

技术领域：

本发明涉及一种基于便携式无线控制系统的外圆磨床及控制方法。

背景技术：

在现代工业生产中，部分企业还沿用传统磨床进行加工，普通磨床对工件的控制只限于手动，这样反复加工，多次装夹，不仅降低生产效率，还增大了误差，而且产品的废品率较高，增加了成本。为了改变这种现状，可采用数控技术、单片机技术、无线通信技术对现有的磨床进行智能化升级。

发明内容：

本发明的目的是提供一种基于便携式无线控制系统的外圆磨床及控制方法。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

一种基于便携式无线控制系统的外圆磨床，其组成包括：所述的无线控制终端通过蓝牙通信协议与接收器连接，所述的接收器通过数据线分别与横轴电机控制器、主轴电机控制器、砂轮电机控制器、进给电机控制器连接，所述的横轴电机控制器通过动力电缆与横轴电机连接，所述的横轴电机与床身内部的横向导轨连接，所述的床身内部的纵向导轨与进给电机连接，所述的进给电机安装在砂轮架的一侧，所述的砂轮架上方安装有砂轮电机，所述的砂轮电机通过连接轴与砂轮连接。

所述的基于便携式无线控制系统的外圆磨床，所述的砂轮电机通过动力电缆与所述的砂轮电机控制器连接，所述的进给电机通过动力电缆与所述的进给电机控制器连接，所述的主轴电机控制器通过动力电缆与主轴电机连接。

所述的基于便携式无线控制系统的外圆磨床，所述的主轴电机与头架依次固定在前架体内侧，所述的主轴电机通过联轴器与所述的头架内部的主轴连接，所述的头架端部具有主轴卡盘并将工件的一端夹紧，所述的工件另一端安装在尾座内，所述的尾座固定在后架体内侧，所述的前架体、所述的后架体固定在工作台上平面，所述的工作台下方安装在所述的床身上方。

所述的基于便携式无线控制系统的外圆磨床，所述的无线控制终端外形为矩形体其前端面具有液晶屏，所述的液晶屏下方安装有一组按键，所述的矩形体顶部安装有天线A，所述的接收器顶部安装有天线B。

所述的基于便携式无线控制系统的外圆磨床，所述的横轴电机采用三相交流伺服电机，所述的主轴电机采用三相异步电机，所述的砂轮电机采用三相异步电机，所述的进给电机为步进电机。

一种基于便携式无线控制系统的外圆磨床及控制方法，该方法包括如下步骤：（1）无线控制终端与接收器：

无线控制终端与接收器之间通过蓝牙通信协议传输数据，无线控制终端主要由电源模块、液晶显示模块、蓝牙模块、按键、数据存储模块组成；接收器主要由主控CPU、电源模块、故障诊断模块、外围接口电路、蓝牙模块、数模转换模块组成，具体是，无线控制终端中的液晶显示模块用于显示加工参数、运行状态信息，数据存储模块用于保存加工工件的历史信息，按键用于整机的启停、控制参数的设定、历史信息查询，接收器中的主控CPU通过外围接口电路与主轴电机控制器、砂轮电机控制器相连，用于控制主轴电机、砂轮电机的启停及调速，主控CPU通过外围接口电路与进给电机控制器相连，用于控制砂轮的进给及复位，主控CPU通过数模转换模块与横轴电机控制器相连，用于控制砂轮在工作台上横向的往复运动及速度，主控CPU通过蓝牙模块与无线控制终端相连，用于实时数据的传输；

（2）进给电机控制：

所述的进给电机控制是一款等角度恒转矩细分型步进电机驱动器，驱动器电源电压AC220V，每相适配电流6.5A，细分数可通过控制终端设置为：1/2、1/5、1/10、1/20、1/40，输入信号均经过光电隔离，适用于三相反应式步进电机，所述的驱动器内部采用类似伺服控制原理的电路，该电路可以使电机低速运行平稳，几乎没有震动和噪音，电机在高速时转矩大，定位精度最高可达19200步/转；

（3）横轴电机控制：

所述的横轴电机控制，即实现砂轮横向往复运动，需要控制横轴电机在固定区域内正反转切换工作，横轴电机使用三相交流伺服电机，向横轴电机驱动器输入不同极性的模拟电压，即可实现电机的正反转控制，输入电压的幅值决定电机的转速，该功能由接收器中的数模转换模块来实现，在上电状态下，向控制器输入正极性电压，电机会沿着顺时针方向转动，输入负极性电压，电机会沿着逆时针方向转动，电压正负变换点是由磨床工作台上左右两侧的限位开关决定，接收器可根据限位开关的状态输出相应的模拟电压。

有益效果：

1.本发明是针对外圆磨床设计了一种便携式无线控制终端及接收器，该控制终端与接收器之间通过蓝牙传输数据，接收器中采用单片机作为主控芯片产生控制脉冲，用来控制砂轮架进给机构，还可控制砂轮架在工作台上横向往复运动，从而控制磨削速度，该控制终端简化了设计电路并降低了生产成本，提高了系统的可靠性和灵活性，通过液晶显示器显示加工参数、运行状态等信息。

本发明的无线控制终端与接收器之间使用蓝牙无线通信技术连接，速率更高、抗干扰性更强，控制终端可以存储加工文件、显示加工参数、运行状态，同时具备U盘读写功能。

本发明利用无线控制终端替代传统有线控制终端，实现无线模拟量采集和传输，解决了有线方案施工繁琐、设备后期维护成本高等问题。

本发明的结构形式及其控制方法，改善了操作环境，操作人员可选择最佳角度，避开能见度差、污染严重的操作位置，杜绝加工粉尘对操作员的侵害。

本发明采用等角度恒转矩细分型驱动器，使电机低速运行平稳，几乎没有震动和噪音，电机在高速时力矩大，定位精度最高可达19200步/转，从而保证加工精度。

本发明采用三相交流伺服电机控制砂轮横向往复运动，数模转换模块输出双极性梯形电压，可大大减小电机换向的冲击电流，避免了电机故障发生，实现了磨床的稳定运行。

附图说明：

附图1是本发明的结构示意图。

附图2是附图1中的接收器与控制器的接口图。

附图3是附图1中接收器的电路图。

附图4是接收器输出的方向信号与脉冲信号图之一。

附图5是接收器输出的方向信号与脉冲信号图之二。

附图6是接收器输出的方向信号与脉冲信号图之三。

附图7是接收器输出的方向信号与脉冲信号图之四

附图8是数模转换模块输出的波形图之一。

附图9是数模转换模块输出的波形图之二。

附图10是数模转换模块输出的波形图之三。

附图11是数模转换模块输出的波形图之四。

具体实施方式：

实施例1：

一种基于便携式无线控制系统的外圆磨床，其组成包括：无线控制终端19，所述的无线控制终端通过蓝牙通信协议与接收器4连接，所述的接收器通过数据线分别与横轴电机控制器1、主轴电机控制器6、砂轮电机控制器11、进给电机控制器18连接，所述的横轴电机控制器通过动力电缆与横轴电机3连接，所述的横轴电机与床身15内部的横向导轨连接，所述的床身内部的纵向导轨与进给电机14连接，所述的进给电机安装在砂轮架13的一侧，所述的砂轮架上方安装有砂轮电机12，所述的砂轮电机通过连接轴与砂轮10连接。

实施例2：

根据实施例1所述的基于便携式无线控制系统的外圆磨床，所述的砂轮电机通过动力电缆与所述的砂轮电机控制器连接，所述的进给电机通过动力电缆与所述的进给电机控制器连接，所述的主轴电机控制器通过动力电缆与主轴电机7连接。

实施例3：

根据实施例1或2所述的基于便携式无线控制系统的外圆磨床，所述的主轴电机与头架8依次固定在前架体内侧，所述的主轴电机通过联轴器与所述的头架内部的主轴连接，所述的头架端部具有主轴卡盘并将工件9的一端夹紧，所述的工件另一端安装在尾座17内，所述的尾座固定在后架体内侧，所述的前架体、所述的后架体固定在工作台16上平面，所述的工作台下方安装在所述的床身上方。

实施例4：

根据实施例2或3所述的基于便携式无线控制系统的外圆磨床，所述的无线控制终端外形为矩形体其前端面具有液晶屏20，所述的液晶屏下方安装有一组按键2，所述的矩形体顶部安装有天线A21，所述的接收器顶部安装有天线B5。

实施例5：

根据实施例1所述的基于便携式无线控制系统的外圆磨床，所述的横轴电机采用三相交流伺服电机，所述的主轴电机采用三相异步电机，所述的砂轮电机采用三相异步电机，所述的进给电机为步进电机。

所述的床身是磨床的基础支承件，在其上面装有砂轮架、工作台、头架、尾座及导轨等部件，使这些部件在工作时保持准确的位置，床身内部安装有润滑机构，实现导轨持续润滑，床身是个箱形体，用于支撑磨床的各个部件，床身上有纵向和横向两组导轨，用以实现砂轮的进给与横向往复运动；

所述的头架用于安装及夹持工件，并带动工件旋转，主轴电机安装在头架上方，带动头架旋转，头架主轴上可安装顶尖或卡盘，用于装夹工件。工件的旋转速度可通过主轴电机控制器来实现；

所述的砂轮架用于支承高速旋转的砂轮主轴，砂轮架装在导轨上，砂轮安装在主轴上，由砂轮电机带动旋转，砂轮变速可通过砂轮电机控制器来实现；尾座和头架的顶尖或卡盘一起支承工件，尾座通过螺栓紧固在工作台上，松开螺栓可在工作台上横向移动；通过控制进给电机，可以实现砂轮架纵向进给及复位操作，通过控制横轴电机，可以使砂轮架在工作台上横向往复运动。

实施例6：

一种利用实施例1-5所述的基于便携式无线控制系统的外圆磨床的控制方法，本方法是：

（1）无线控制终端与接收器：

无线控制终端与接收器之间通过蓝牙通信协议传输数据，无线控制终端主要由电源模块、液晶显示模块、蓝牙模块、按键、数据存储模块组成；接收器主要由主控CPU、电源模块、故障诊断模块、外围接口电路、蓝牙模块、数模转换模块组成，具体是，无线控制终端中的液晶显示模块用于显示加工参数、运行状态信息，数据存储模块用于保存加工工件的历史信息，按键用于整机的启停、控制参数的设定、历史信息查询，接收器中的主控CPU通过外围接口电路与主轴电机控制器、砂轮电机控制器相连，用于控制主轴电机、砂轮电机的启停及调速，主控CPU通过外围接口电路与进给电机控制器相连，用于控制砂轮的进给及复位，主控CPU通过数模转换模块与横轴电机控制器相连，用于控制砂轮在工作台上横向的往复运动及速度，主控CPU通过蓝牙模块与无线控制终端相连，用于实时数据的传输；

（2）进给电机控制：

所述的进给电机控制是一款等角度恒转矩细分型步进电机驱动器，驱动器电源电压AC220V，每相适配电流6.5A，细分数可通过控制终端设置为：1/2、1/5、1/10、1/20、1/40，输入信号均经过光电隔离，适用于三相反应式步进电机，所述的驱动器内部采用类似伺服控制原理的电路，该电路可以使电机低速运行平稳，几乎没有震动和噪音，电机在高速时转矩大，定位精度最高可达19200步/转；

所述的接收器与步进电机控制器之间仅需三根信号线，接收器与控制器的接口如附图2所示；

FREE-为驱动器使能端，低电平有效；DIR-为电机转向控制端，高、低电平分别控制电机正反转；PUL-为步进脉冲输入端，用于控制步进电机的位置及速度，脉冲的数量决定电机转动的角度，脉冲的频率决定电机转动的速度，高、低电平脉冲信号幅值分别为：低电平0-0.5V，高电平4-5V，脉冲宽度大于2.5μs。

附图4-7为接收器输出的方向信号与脉冲信号，直线所代表的高、低电平用来控制步进电机正反转，脉冲信号用来控制电机转动的角度和转速，由附图4-7可以看出，接收器输出的方向信号和脉冲信号波形良好。

（3）横轴电机控制：

所述的横轴电机控制，即实现砂轮横向往复运动，需要控制横轴电机在固定区域内正反转切换工作，横轴电机使用三相交流伺服电机，向横轴电机驱动器输入不同极性的模拟电压，即可实现电机的正反转控制，输入电压的幅值决定电机的转速，该功能由接收器中的数模转换模块来实现，在上电状态下，向控制器输入正极性电压，电机会沿着顺时针方向转动，输入负极性电压，电机会沿着逆时针方向转动，电压正负变换点是由磨床工作台上左右两侧的限位开关决定，接收器可根据限位开关的状态输出相应的模拟电压。

所述的接收器可通过数模转换模块输出-1.5V~+1.5V双极性模拟电压，其电路如附图3所示，模拟电压输出电路结构简单易于调试，DI0~DI7引脚输入相应的数字量，Vout引脚输出双极性模拟电压来控制伺服电机稳定运行；

为了降低电机换向时的冲击，数模转换模块输出的双极性电压采取梯形模式，电机正反转切换时，速度按照一定的斜率变化，进而完成稳定的换向；

附图8-11为数模转换模块输出的波形图，磨床横轴的往复运动是由两个位置可调的左右限位开关控制的，根据工件的大小可以自由调节限位开关，附图中的波形电压由正到负是由左限位开关控制的，电压由负到正是由右限位开关控制的，附图8-11分别是输出模拟电压200mv、300mv、500mv、1000mv时的控制曲线，控制电压升高，往复运动的速度也相应的增大，换向时电压按一定斜率缓慢变化，可大大减小电机的冲击电流，避免了电机故障发生，实现了磨床的稳定运行。

Claims (6)

1.一种基于便携式无线控制系统的外圆磨床，其组成包括：无线控制终端，其特征是：所述的无线控制终端通过蓝牙通信协议与接收器连接，所述的接收器通过数据线分别与横轴电机控制器、主轴电机控制器、砂轮电机控制器、进给电机控制器连接，所述的横轴电机控制器通过动力电缆与横轴电机连接，所述的横轴电机与床身内部的横向导轨连接，所述的床身内部的纵向导轨与进给电机连接，所述的进给电机安装在砂轮架的一侧，所述的砂轮架上方安装有砂轮电机，所述的砂轮电机通过连接轴与砂轮连接。

2.根据权利要求1所述的基于便携式无线控制系统的外圆磨床，其特征是：所述的砂轮电机通过动力电缆与所述的砂轮电机控制器连接，所述的进给电机通过动力电缆与所述的进给电机控制器连接，所述的主轴电机控制器通过动力电缆与主轴电机连接。

3.根据权利要求2所述的基于便携式无线控制系统的外圆磨床，其特征是：所述的主轴电机与头架依次固定在前架体内侧，所述的主轴电机通过联轴器与所述的头架内部的主轴连接，所述的头架端部具有主轴卡盘并将工件的一端夹紧，所述的工件另一端安装在尾座内，所述的尾座固定在后架体内侧，所述的前架体、所述的后架体固定在工作台上平面，所述的工作台下方安装在所述的床身上方。

4.根据权利要求2或3所述的基于便携式无线控制系统的外圆磨床，其特征是：所述的无线控制终端外形为矩形体其前端面具有液晶屏，所述的液晶屏下方安装有一组按键，所述的矩形体顶部安装有天线A，所述的接收器顶部安装有天线B。

5.根据权利要求1所述的基于便携式无线控制系统的外圆磨床，其特征是：所述的横轴电机采用三相交流伺服电机，所述的主轴电机采用三相异步电机，所述的砂轮电机采用三相异步电机，所述的进给电机为步进电机。

6.一种利用权利要求1-4之一所述的基于便携式无线控制系统的外圆磨床的控制方法，其特征是：该方法包括如下步骤：

（1）无线控制终端与接收器：

无线控制终端与接收器之间通过蓝牙通信协议传输数据，无线控制终端主要由电源模块、液晶显示模块、蓝牙模块、按键、数据存储模块组成；接收器主要由主控CPU、电源模块、故障诊断模块、外围接口电路、蓝牙模块、数模转换模块组成。具体是，无线控制终端中的液晶显示模块用于显示加工参数、运行状态信息，数据存储模块用于保存加工工件的历史信息，按键用于整机的启停、控制参数的设定、历史信息查询，接收器中的主控CPU通过外围接口电路与主轴电机控制器、砂轮电机控制器相连，用于控制主轴电机、砂轮电机的启停及调速，主控CPU通过外围接口电路与进给电机控制器相连，用于控制砂轮的进给及复位，主控CPU通过数模转换模块与横轴电机控制器相连，用于控制砂轮在工作台上横向的往复运动及速度，主控CPU通过蓝牙模块与无线控制终端相连，用于实时数据的传输；

（2）进给电机控制：

所述的进给电机控制是一款等角度恒转矩细分型步进电机驱动器，驱动器电源电压AC220V，每相适配电流6.5A，细分数可通过控制终端设置为：1/2、1/5、1/10、1/20、1/40，输入信号均经过光电隔离，适用于三相反应式步进电机，所述的驱动器内部采用类似伺服控制原理的电路，该电路可以使电机低速运行平稳，几乎没有震动和噪音，电机在高速时转矩大，定位精度最高可达19200步/转；

（3）横轴电机控制：

所述的横轴电机控制，即实现砂轮横向往复运动，需要控制横轴电机在固定区域内正反转切换工作，横轴电机使用三相交流伺服电机，向横轴电机驱动器输入不同极性的模拟电压，即可实现电机的正反转控制，输入电压的幅值决定电机的转速，该功能由接收器中的数模转换模块来实现，在上电状态下，向控制器输入正极性电压，电机会沿着顺时针方向转动，输入负极性电压，电机会沿着逆时针方向转动，电压正负变换点是由磨床工作台上左右两侧的限位开关决定，接收器可根据限位开关的状态输出相应的模拟电压。