CN2378150Y - 激光测量、数控精密自动切削装置 - Google Patents

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詹益清
左智勇
王庆
谢科
袁正超
韩小平
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武汉市青山机电厂
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本实用新型是一种用于曲面工件加工的激光测量、数控精密自动切削装置,其包括切削机床1、激光器2和控制柜3;激光器由激光头12和箱门自动开关组成,装在机床刀架旁;激光头和伺服电机以电缆连接控制柜;柜内设有工业控制计算机和与之接口相连的机床继电控制电路、激光检测电路和伺服控制电路。本实用新型具有提高设备加工性能、简化加工工艺以及能对各种曲面工件实现准确和经济加工等优点。

Description

激光测量、数控精密自动切削装置
本实用新型是一种用于曲面工件加工的激光测量、数控精密自动切削装置。
目前,由于现有的切削装置缺乏自动测量加工控制的手段,因而在加工曲面工件时普遍存在既不准确又不经济的弊病。例如,C8011B车轮车床就是按照人工测量和仿形样板定下的进给切削量,由手动进刀来修复火车轮的。因此,常使火车轮的切削量额外增加,从而导致火车轮的使用寿命大大缩短,因为火车轮的直径每减少一厘米就少跑70-80万公里,经济损失惨重。
本实用新型的目的是提供一种激光测量、数控精密自动切削装置,实现准确和经济的自动切削法来制造或修复具有曲面的工件。
本实用新型的目的是这样实现的:包括切削机床、激光器和控制柜;激光器箱体内折形排列装有激光头、箱门自动开关,激光头与箱体绝缘;激光器装在切削机床的刀架旁,激光头和机床伺服电机以电缆连接控制柜内的智能控制电路;智能控制电路包括机床继电控制电路、激光检测电路和伺服控制电路,它们与PC总线工业控制计算机即工控机接口相连。
本实用新型的工作原理是:先由激光器扫描工件,再由工控机将扫描结果与内存标准曲线拟合比较,并分别计算出预置曲线、最优曲线和经济曲线的加工量供操作者选择,然后根据操作者的选择自动进行数控加工,加工完毕自动退到指定位置等待下次加工。
本实用新型具有以下主要优点:大大提高了设备的加工性能,实现自动测量和数控加工;使制造和修复各种曲面工件的工艺变得简单;在保证产品质量和使用价值的前提下,能实现准确和经济加工。
下面结合实施例和附图对本实用新型作进一步说明。
图1是本实用新型的结构示意图。
图2是图1中控制柜3内的智能控制电路方框图。
图3是图1中激光器2结构示意图。
图4是图3的A-A剖视图。
图5是本实用新型使用状态示意图。
本实用新型的结构如图1所示,包括切削机床1、激光器2和控制柜3,激光器装在切削机床的刀架旁。
如图2所示,控制柜内设有智能控制电路,该电路包括:机床继电控制电路、激光检测电路和伺服控制电路,它们与PC总线工业控制计算机即工控机的接口相连。其中,机床继电控制电路是由PLC可编程控制器控制的电路,它将开关信号由多路I/O接口输入到工控机中去,PLC可编程控制器可用日本三菱公司F系列产品。PLC的任务是:一是根据控制面板上的控制指令控制电机运转和电磁阀、电磁离合器、激光器的通断状态;二是监视各种极限开关、油压检测开关和各种继电器的工作状态,并将整机工作状态用指示灯显示在控制面板上;三是将控制面板上控制伺服状态的指令信号,通过PLC隔离重组后输入工控机的输入卡,以减少信号传输过程中的干扰和输入卡的端子数。此外,PLC还可以根据工控机和伺服装置的故障指令及外部的极限故障,及时切断电源,以保护设备不受损坏。
激光检测电路工作由激光器完成。激光器内的激光头12(图4)可采用日本松下公司的产品,其由控制器和激光传感器组成。ANR1215激光传感器的测距范围在80-180mm,所以在使用时,必须将工件与激光器之间的距离进行控制,以确保在规定范围内进行检查。该电路将检测信号由A/D转换接口输入到工控机中去。
伺服控制电路与工控机构成数控加工电路。伺服控制电路中,设有伺服控制器,以标准电缆连接伺服电机,并将伺服状态信号由伺服驱动器接口输入到工控机中去。伺服控制器可采用西门子公司SIMODRIVE6SN11-A系列产品,例如PCL-832型号工控机可采用台湾研华牌产品,其有PCL-6147L系统板和内部存贮器512KB。显示系统可由VGA彩色显示卡和彩色显示器组成,具有640×480象素的图形分辨率。工控机的工作原理是:通过伺服控制器控制伺服电机运行;通过A/D转换卡将激光器输出的模拟信号转换为数字量,通过I/O接口板将控制面板、PLC可编程控制器和零点检测开关输出的开关信号输入到工控机中去,使工控机按控制指令执行相应的程序,同时将整机当前的状态通过显示器在荧光屏上供操作者监视。
激光器的结构如图3、图4所示:其箱体4上面有与之螺钉相连的大盖16和小盖23,两盖结合处以交错咬合相连,这样可避免灰尘落入箱内,螺钉可选用内六角螺钉17。在箱体右侧方设有箱门9,此门有2个铰接耳8,其中1个铰接耳供门铰轴11由其穿连小盖和箱体底板,从而使箱门与箱体铰接,门铰轴可以是螺栓;另1个铰接耳可作为箱门与连杆21的铰接部件,其铰轴可用螺钉10。在箱体腔内,曲折隔开排列有激光头12和箱门自动开关。通过2个套有绝缘套5的内六角螺钉,将激光头固定在箱体侧壁上。在激光头和箱壁之间设有绝缘垫6,它与绝缘套的作用是保证激光头与箱体绝缘。激光头的轴线与水平线的夹角α1可以是30°。激光头可由电缆18连接控制柜内的电路。
箱门自动开关包括开门、关门机构,箱门开度α2设计为45°(如图3右侧虚线所示)。在开门机构中:设有与箱门铰接的连杆21,此杆另一端即左端通过与衔铁14铰接的接头20螺纹相连,衔铁装在电磁铁15的线圈内。铰轴13上套有隔套19,以利衔铁与接头稳固连接。在关门机构中;设有扭簧22,套在门铰轴11上,其支承臂板于箱体立柱7上。箱门自动开关工作原理是:在电磁铁作用下,衔铁缩回,使连杆拉开箱门,于是激光头可向工件发射激光32。反之,在扭簧弹力作用下,衔铁和连杆伸出,使箱门关上。
上述切削机床1是原始加工机床,可以是车床、铣床,刨床或其它种机床。本实施例给出的是经改造后的C8011B车轮车床(如图5所示),该车床是一种专用于火车轮对修复的设备:激光器2装在刀架旁,以电缆18连接控制柜3。该车床刀架上设有X向坐标极限开关24、Z向坐标极限开关25、伺服电机27、Z向坐标原点28、X向坐标原点29、工件轴向定位测头30、车刀31和工件33(即火车车轮)。伺服电机可选用西门子驱动电机及驱动系统,其以电缆连接控制柜。序号26是总电缆。为了使附图简洁,除控制柜外,图中部件仅画了一半。
下面简述一下该车床的工作过程:先进行面板操作和键盘操作,使控制柜内的工控机自动进入加工程序,于是激光器对车轮扫描、形成二维测量曲线,再经工控机拟合比较,运算出既准确又经济的修复车轮的加工量供操作者选择,然后根据操作者的选择,车床对车轮自动完成数控加工任务。

Claims (6)

1.一种激光测量、数控精密自动切削装置,包括切削机床(1),其特征是设有激光器(2)和控制柜(3),前者箱体(4)内曲折排列有激光头(12)和箱门自动开关,激光头与箱体绝缘,激光器装在切削机床的刀架旁,激光头和机床伺服电机以电缆连接控制柜内的智能控制电路,该电路包括机床继电控制电路、激光检测电路和伺服控制电路,它们与PC总线工业控制计算机即工控机的接口相连。
2.根据权利要求1所述的切削装置,其特征是箱门自动开关包括开门、关门机构,箱门(9)开度为45°;在开门机构中,设有连杆(21),其一端与箱门铰接,另一端通过与衔铁(14)铰接的接头(20)螺纹相连,衔铁装在电磁铁(15)的线圈内;在关门机构中,设有套在门铰轴(11)上的扭簧(22),其支承臂板于箱体立柱(7)上。
3.根据权利要求1所述的切削装置,其特征是机床继电控制电路是由PLC可编程控制器控制的电路,其将开关信号由多路I/O接口输入到工控机中去。
4.根据权利要求1或3所述的切削装置,其特征是切削机床(1)是C8011B车轮车床。
5.根据权利要求1或3所述的切削装置,其特征是切削机床(1)是铣床或刨床。
6.根据权利要求1所述的切削装置,其特征是伺服控制电路中,设有伺服控制器,以电缆连接伺服电机,并将伺服状态信号由伺服驱动器接口输入到工控机中去,它们构成数控加工电路。
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