CN204953998U - 全自动电机换向器铣槽机控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种全自动电机换向器铣槽机控制器；其特征在于：该控制器采用ARM单片机控制系统，用于采集到数据并进行数据处理，控制相应的气阀或电机进行动作；该控制器还包括电源电路、系统传感器输入电路以及系统控制输出电路；本铣槽机控制器采用ARM单片机控制，中文彩色触摸屏作人机界面，不需要学习编程，整个系统界面友好，易学易用，操控简单方便。既能铣金属产品的平面、切槽等，亦可非标制作成专用机床，完成多个工艺的组合加工，如：自动铣扁位，自动铣孔，自动攻丝，自动铣槽等。特别是自动车床系列后续的二次加工工艺亦是在液压铣槽机上表现的淋漓尽致，可加装自动送退料装置，自动切削。

Description

全自动电机换向器铣槽机控制器

技术领域

本实用新型涉及电机换向器铣槽机控制领域，尤其是一种全自动电机换向器铣槽机控制器。

背景技术

电机自从其发明至今从未有衰退的迹象，反而是需求量越来越大，换向器则是电机的关键性器件，但现今工厂对于换向器的制作难度大，效率低，成本高，需要消耗大量的人力物力，我们设计的全自动电机换向器铣槽机控制器可以大大提高换向器的生产效率和精度。

电机换向器铣槽机改变了传统自动化电器控制，采用全自动电气控制，实现了铣槽机加工产品工艺的整个过程的自动化。特别是自动车床系列后续的二次加工工艺亦是在铣槽机上表现得淋漓尽致，可加装自动送退料装置，全自动化进行切削，快走慢近刀，一个人可同时操作3-5台机器，在同类机床中具有速度快、定位准、效率高等特点。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，在此提供一种全自动电机换向器铣槽机控制器；采用本控制器的铣槽机采用ARM单片机控制，中文彩色触摸屏作人机界面，不需要学习编程，整个系统易学易用，操控简单方便。既能铣金属产品的平面、切槽等，亦可非标制作成专用机床，完成多个工艺的组合加工，如：自动铣扁位，自动铣孔，自动攻丝，自动铣槽等。特别是自动车床系列后续的二次加工工艺亦是在液压铣槽机上表现的淋漓尽致，可加装自动送退料装置，自动切削。

本实用新型是这样实现的，构造一种全自动电机换向器铣槽机控制器，其特征在于：该控制器具有单片机控制系统，用于采集到数据后进行数据处理，控制相应的气阀或电机进行动作；

该控制器还包括电源电路、系统传感器输入电路以及系统控制输出电路；

所述电源电路包括整流滤波电路、系统稳压电路；其中，交、直流输入电源与整流滤波电路连接，整流滤波电路与系统稳压电路连接，系统稳压电路连接所述单片机控制系统；

所述系统传感器输入电路包括光电隔离电路、信号放大、滤波处理电路；

气阀、电机位置传感器与所述光电隔离电路连接，光电隔离电路同时连接所述单片机控制系统；

光电传感器与信号放大、滤波处理电路连接，信号放大、滤波处理电路同时连接所述单片机控制系统；

所述系统控制输出电路包括光电隔离电路、高速光电隔离电路、三极管放大、抗干扰处理电路A、三极管放大、抗干扰处理电路B；

单片机控制系统分别与光电隔离电路、高速光电隔离电路连接，光电隔离电路、高速光电隔离电路分别与三极管放大、抗干扰处理电路A、三极管放大、抗干扰处理电路B连接；

系统接收到相应数据后会控制系统执行相应的动作，系统采用单片机控制光耦输出，再通过三极管或场效应管进行放大，最后控制气阀或电机。

根据本实用新型所述全自动电机换向器铣槽机控制器，其特征在于：单片机控制系统采用ARMCortex-M3为内核的微控制器LPC1768，LPC1700系列微控制器；单片机数据处理器采用MSP430处理器。

根据本实用新型所述全自动电机换向器铣槽机控制器，其特征在于：该控制器还包括单片机数据处理器；所述单片机控制系统、单片机数据处理器之间通过滤波、放大、抗干扰电路实现数据通信；

所述单片机控制系统采集到数据后进行数据处理，控制相应的气阀或电机进行动作，同时将数据发送到系统上位机MSP430上，MSP430进行简单的数据处理分析和系统监控后将数据发送到工业人机触摸交互界面上进行显示。

本实用新型的优点在于：采用本控制器的铣槽机采用ARM单片机控制，中文彩色触摸屏作人机界面，不需要学习编程，整个系统易学易用，操控简单方便。既能铣金属产品的平面、切槽等，亦可非标制作成专用机床，完成多个工艺的组合加工，如：自动铣扁位，自动铣孔，自动攻丝，自动铣槽等。特别是自动车床系列后续的二次加工工艺亦是在液压铣槽机上表现的淋漓尽致，可加装自动送退料装置，自动切削。

适合零件两端铣面、铣槽加工，如D型面、平行面、槽、平行槽等；半自动全自动运作模式可切换，节省人工，一人可操作多台设备；主轴及滑块均为燕尾式设计，全部采用进口优质球墨铸铁，确保设备长时间高精度稳定运行；配有自循环过滤冷却切削液系统，可实现优良的表面加工质量；模块化设计，切换加工件只需要换夹具与刀具，可快速精准切换；机器设有振动盘架，一体化设计紧凑美观，占地面积小；刀具转速可调，以适应零件高、低速铣削；最高加工精度：+/-0.01MM。

附图说明

图1为系统整体电路框图

图2为电源电路框图

图3为系统传感器输入电路框图

图4为系统控制输出电路框图

图5为系统主板与数据处理器（上位机）的通讯电路框图

图6为输入电路图

图7为输出电路图

图8为电源电路图

图9为放大电路图

图10是lm258电路图

图11是系统电路图

图12是上位机程序流程图

图13进料阀流程图；

图14为尾架流程图；

图15步进电机与光电传感器流程图

图16为往复电机流程图

图17为检错系统流程图

图18为退料阀流程图

图19为下位机程序流程图。

具体实施方式

下面将结合附图1-19对本实用新型进行详细说明，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型通过改进提供一种全自动电机换向器铣槽机控制器，如图1所示：该控制器具有单片机控制系统1，用于采集到数据后进行数据处理，控制相应的气阀或电机进行动作。

该控制器还包括电源电路、系统传感器输入电路以及系统控制输出电路；所述电源电路如图2：包括整流滤波电路3、系统稳压电路4；其中，交、直流输入电源与整流滤波电路3连接，整流滤波电路3与系统稳压电路4连接，系统稳压电路4连接所述单片机控制系统1。

所述系统传感器输入电路如图3：包括光电隔离电路5、信号放大、滤波处理电路6；气阀、电机位置传感器与所述光电隔离电路5连接，光电隔离电路5同时连接所述单片机控制系统1；光电传感器与信号放大、滤波处理电路6连接，信号放大、滤波处理电路6同时连接所述单片机控制系统1。

所述系统控制输出电路如图4：包括光电隔离电路7、高速光电隔离电路8、三极管放大、抗干扰处理电路A9、三极管放大、抗干扰处理电路B10；

单片机控制系统1分别与光电隔离电路7、高速光电隔离电路8连接，光电隔离电路7、高速光电隔离电路8分别与三极管放大、抗干扰处理电路A9、三极管放大、抗干扰处理电路B10连接；

系统接收到相应数据后会控制系统执行相应的动作，系统采用单片机控制光耦输出，再通过三极管或场效应管进行放大，最后控制气阀或电机。

所述全自动电机换向器铣槽机控制器，单片机控制系统1采用ARMCortex-M3为内核的微控制器LPC1768，LPC1700系列微控制器；单片机数据处理器2采用MSP430处理器。

所述全自动电机换向器铣槽机控制器，该控制器还包括单片机数据处理器2；所述单片机控制系统1、单片机数据处理器2之间通过滤波、放大、抗干扰电路11实现数据通信；如图5所示；所述单片机控制系统1采集到数据后进行数据处理，控制相应的气阀或电机进行动作，同时将数据发送到系统上位机MSP430上，MSP430进行简单的数据处理分析和系统监控后将数据发送到工业人机触摸交互界面上进行显示。

图1为系统整体电路框图：系统整体采用2个mcu进行控制，可大大提高系统可靠性，有效监控系统状态，防止产生误动作。系统核心控制器采用飞利浦公司的以ARMCortex-M3为内核的微控制器LPC1768，LPC1700系列微控制器，操作频率可达100MHz(新推出的LPC1769和LPC1759可达120MHz)。ARMCortex-M3CPU具有3级流水线和哈佛结构。LPC17XX系列微控制器的外设组件包含高达512KB的flash存储器、64KB的数据存储器、以太网MAC、USB主机/从机/OTG接口、8通道DMA控制器、4个UART、2条CAN通道、2个SSP控制器、SPI接口、3个IIC接口、2输入和2输出的IIS接口、8通道的12位ADC、10位DAC、电机控制PWM、正交编码器接口、4个通用定时器、6输出的通用PWM、带有独立电池供电的超低功耗RTC和多达70个的通用IO管脚。

LPC1768采集到数据后进行数据处理，控制相应的气阀或电机进行动作，同时将数据发送到系统上位机MSP430上，MSP430进行简单的数据处理分析和系统监控后将数据发送到HMI（工业人机触摸交互界面）上进行显示。

操作人员通过HMI设置相应的参数，或者控制系统时，数据由MSP430进行接收和处理，最后在将处理好的数据发送到系统核心LPC1768上，LPC1768在进行相应的控制输出。

图2为电源电路：为提高系统可靠性和通用性，系统采用桥式整流电路，输入电源可以是交流，也可以是直流，经过桥式整流滤波降噪后，经LM7805稳压滤波供给系统。

图3为系统传感器输入电路：系统开关信号输入电路中，经光耦隔离后再到单片机系统，使系统电路和外部控制电路隔离开，有效的提高了系统的可靠性、抗干扰能力等。

系统光电传感器信号输入电路由前级滤波电路和放大电路组成，原始光电传感器的输出信号范围是100mv-300mv之间，且容易受外部环境干扰，为提高系统可靠性，系统经前级滤波处理后，再经LM258进行信号放大，有效的放大了信号，使单片机采集数据更可靠，为系统提高精度提供了可能。

图4为系统控制输出电路：系统接收到相应数据后会控制系统执行相应的动作，系统采用单片机控制光耦输出，再通过三极管或场效应管进行放大，最后控制气阀或电机，达到系统和外部完全隔离的效果，有效的抑制外部干扰直接进入系统电路中。

图5为系统主板与数据处理器（上位机）的通讯电路；系统核心处理器和上位机通过通讯建立连接。

铣槽机控制器总共四个模块，正常工作模块，参数设置模块，分步测试模块及阀值测试模块；

正常工作模块：正常工作的基本控制动作为按下启动按钮，机器开始动作：铣刀电机开-上料阀开-尾架阀开-上料阀关-ADC电压检测-如果检测值显示为铣槽点-往复电机开-循环直至铣槽结束-尾架关-退料阀开-退料阀关，到此完成一个工件的铣槽工作过程，此模块为控制器中最重要的模块。针对不同的电机换向器工件，可分为5种铣槽跟踪方式，实现一台控制器加工多种工件的目的，因此，本电机铣槽机控制器具有很强的通用性。

参数设置模块：设置控制器的各项参数，如阀值，工件槽数等重要参数，此模块调节整台机器的各种姿态和状态，使机器变得灵活，用户可根据不同的情况精确地调整机器的整体效果和状态。

分步测试模块：用于单独测试各项部件的运行情况及感应器完好情况，完成某个部件的一次基本动作，此模块也将系统故障报警模块嵌入其中，即在测试某个部件的同时启动系统故障报警模块，并进行检测，如果有任何问题便给出准确的错误信息提示。

阀值测试模块：按下启动尾架按钮，步进电机运转3圈，检测ADC，获得最大值和最小值，并取平均值作为阀值，阀值为控制器识别槽内与槽外的界限，因此阀值的正确与否直接决定控制器的正常工作，经过控制器的各种算法及滤波后，如：卡尔曼滤波，互补滤波，可确保每次测试的阀值都为准确值。

下面对本实用新型其他附图进行说明：

图6为输入电路：此电路是应用光电耦合原理设计而成，为减小系统的功耗故选用的电阻不宜过小，选用30K电阻有助于稳定电路，当电路没有信号输入时，P1.0处于高电平状态，当电路有输入信号时指示灯D1点亮，光耦导通，这时的P1.0处于低电平状态，此电路的优点在于成本低，系统可靠性高，从一定程度上减少了资源的浪费，且与外部完全隔离。

图7为输出电路：此电路通过单片机控制光耦输出信号，控制相关执行机构动作。单片机P2.0输出低电平，此时LED灯亮，光耦断开，右边的tip122基极处于低电位，tip122截止，气阀或者继电器电路断路，输出电路完全单开，当P2.0输出低电平时，光耦导通，tip122也导通，输出电路形成闭合回路，继电器导通，气阀开始工作，电路在控制是会经常通断，使继电器产生瞬间高压，导致系统非常不稳定，容易受干扰，故在电路中加了一个反向二极管，吸收电路所产生的干扰，大大提升系统的稳定性，此电路设计的优点是利用单片机和光耦电路的结合，使输出电路和单片机系统电路完全隔离，能输出高电压、大电流的控制信号。

图8为电源电路：此电路是整个单片机系统的电源电路，可输入范围在8至18伏交直流电压，经过四个整流二极管进行整流，滤波电容进行处理，进过整流和滤波的处理后进入7805稳压集成电路，本电路采用7805的原因是7805三端稳压IC内部电路具有过压保护、过流保护、过热保护功能，这使它的性能很稳定。能够实现1A以上的输出电流。器件具有良好的温度系数，因此产品的应用范围很广泛。可以运用本地调节来消除噪声影响，解决了与单点调节相关的分散问题，输出电压误差精度分为±3%和±5%。此电路的优点是运用了钽电容，由于钽电容内部没有电解液，很适合在高温下工作。这种独特自愈性能，保证了其长寿命和可靠性的优势。固体钽电容器电性能优良，工作温度范围宽，而且形式多样，体积效率优异，具有其独特的特征。此外本电路的设计无论从性能还是稳定性来讲都是从优的。

图9为放大电路：此电路是lm258放大电路，有两组输出，同时也具有多个抗干扰电容及滤波电容，使电路更加稳定和完善。LM258放大电路内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。

图10是lm258电路图，在这个电路中我们采用了多个滤波电容对电路进行滤除交流处理，设计放大倍数为6倍，此电路工作稳定，不易出现意外状况。

图11是系统电路；系统以飞利浦公司的ARMCortex-M3为内核的微控制器LPC1768、LPC1700系列微控制器为核心，工作频率可达100MHz。系统将传感器信号输入电路、传感器信号处理电路、控制信号输出电路、系统通讯电路、系统电源供电电路等设计在一块电路板上，大大提高了系统稳定性，降低了系统生产成本。

图12是上位机程序流程图；

图13是进料阀流程图；

说明：进料阀主要用于对工件的推送，送入到工件加工区。

难点：其中的难点在实际工作中于气动阀门并不一定是满气，在气动阀门动力不足的情况下也必须使在没有任何工作人员的情况下也能自我修正，增加上料时间。

图14为尾架流程图；

说明：进料阀主要用于对工件的夹紧，使工件不松动，加工不出现错误。

难点：其中的难点在实际工作中于气动阀门并不一定是满气，在气动阀门动力不足的情况下也必须使在没有任何工作人员的情况下也能自我修正，增加尾架工作时间。

图15步进电机与光电传感器流程图；

说明：光电传感和步进电机的配合使用用于寻找工件槽的位置。

难点：实际工作中光电传感器的信号极易受外界干扰，变化多样异常复杂，而光电传感出现异常时整个控制系统将进入混乱，所以对于光电传感器和步进电机的配合问题是重中之重也是整个控制系统的最大难点，但是在经过外部硬件和软件的深层过滤及处理过后信号稳定，使整个系统处于一个安全可靠的状态。

图16为往复电机流程图；

说明：往复电机为推送铣刀电机对工件进行往复循环工作。

难点：往复电机的工作方式是整个铣槽机的重点，影响着整台机器的工作效率，而我们所设计的工作方式思想独特，效率远远高于同类产品，在往复电机速度和步进电机速度合适的情况下往复电机将处于不断运行的状态，不会停止，达到往复电机加工效率的极限。

图17为检错系统流程图；

说明：系统工作时难免出错，此系统用作在工作时出现错误的时候及时报错。

难点：大部分报错系统都是镶嵌型系统，存在移植性不好和后期升级难度大等问题，而此套系统做成了独立于控制器系统一个监测系统，难度大，但高效且安全，可移植性高等优点。

图18为退料阀流程图；

说明：退料阀用于在工件加工结束后退出工件于加工区并掉入工件收集点。

难点：其中的难点在实际工作中于气动阀门并不一定是满气，在气动阀门动力不足的情况下也必须使在没有任何工作人员的情况下也能自我修正，增加退料工作时间，另外在实际工作中位于加工区的工件会出现夹得太紧的情况，所以我们增加了未被退下的工件实行多次退料，保证机器的正常工作。

图19为下位机程序流程图。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (3)

1.一种全自动电机换向器铣槽机控制器，其特征在于：该控制器具有单片机控制系统（1），用于采集到数据后进行数据处理，控制相应的气阀或电机进行动作；

该控制器还包括电源电路、系统传感器输入电路以及系统控制输出电路；

所述电源电路包括整流滤波电路（3）、系统稳压电路（4）；其中，交、直流输入电源与整流滤波电路（3）连接，整流滤波电路（3）与系统稳压电路（4）连接，系统稳压电路（4）连接所述单片机控制系统（1）；

所述系统传感器输入电路包括光电隔离电路（5）、信号放大、滤波处理电路（6）；

气阀、电机位置传感器与所述光电隔离电路（5）连接，光电隔离电路（5）同时连接所述单片机控制系统（1）；

光电传感器与信号放大、滤波处理电路（6）连接，信号放大、滤波处理电路（6）同时连接所述单片机控制系统（1）；

所述系统控制输出电路包括光电隔离电路（7）、高速光电隔离电路（8）、三极管放大、抗干扰处理电路A（9）、三极管放大、抗干扰处理电路B（10）；

单片机控制系统（1）分别与光电隔离电路（7）、高速光电隔离电路（8）连接，光电隔离电路（7）、高速光电隔离电路（8）分别与三极管放大、抗干扰处理电路A（9）、三极管放大、抗干扰处理电路B（10）连接；

系统接收到相应数据后会控制系统执行相应的动作，系统采用单片机控制光耦输出，再通过三极管或场效应管进行放大，最后控制气阀或电机。

2.根据权利要求1所述全自动电机换向器铣槽机控制器，其特征在于：单片机控制系统（1）采用ARMCortex-M3为内核的微控制器LPC1768，LPC1700系列微控制器；单片机数据处理器（2）采用MSP430处理器。

3.根据权利要求1所述全自动电机换向器铣槽机控制器，其特征在于：该控制器还包括单片机数据处理器（2）；所述单片机控制系统（1）、单片机数据处理器（2）之间通过滤波、放大、抗干扰电路（11）实现数据通信；

所述单片机控制系统（1）采集到数据后进行数据处理，控制相应的气阀或电机进行动作，同时将数据发送到系统上位机MSP430上，MSP430进行简单的数据处理分析和系统监控后将数据发送到工业人机触摸交互界面上进行显示。