本实用新型属于碳刷数控研磨加工控制技术领域，更具体地，涉及一种碳刷曲面研磨数控机床的控制电路。
背景技术：
碳刷作为主变流机组中电能传递的枢纽，其状态好坏直接影响主变流机组的工作是否正常，进而决定了全船电力系统的可靠等级，一旦碳刷出现磨损过度、断裂等现象，需要立即对相应碳刷进行更换，新碳刷更换前必须通过一定研磨，使碳刷与机组换向器的接触面达到最充分的弧度吻合，一是保证机组重新启动后能在最短时间内在换向器表面形成均匀氧化薄膜，减小换向器表面的异常磨损；二是通过合理研磨，延长单个碳刷的使用寿命。
目前，常用的方法是采用砂轮机，人工研磨，但人工研磨方法存在一些缺点和不足，比如(1)研磨刀具是整个装置的核心部件，其直接影响到碳刷的研磨精度及研磨效果，碳刷工作面弧度完全取决于砂轮的半径，研磨精度及研磨面光滑度无法保证；(2)单次研磨的碳刷数量少，耗时长、研磨效率低；(3)砂轮表面极易附着碳粉，且不易清理，会造成砂轮失效；(4)碳刷与机组换向器的接触面吻合度不够、碳粉扬尘等弊端，极大影响主变维护保养效率。
现有技术中，也有采用数控雕刻机、电脑操作的方法，该方法的缺点有(1)需要连接电脑并编程控制，操作复杂；(2)需要配置水路、气动等外围设备，使用不便；雕刻加工周期长，效率低。
技术实现要素：
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供一种碳刷曲面研磨数控机床的控制电路；碳刷曲面研磨数控机床主要用于碳刷的固定和研磨加工，主要包括碳刷托盘和研磨主轴；碳刷托盘包括底座和碳刷夹具；研磨主轴用于安装电机及研磨刀具，通过控制电机带动刀具运转实现对碳刷工作面的旋转研磨；其电机包括主轴电机和步进电机；
该控制电路用于碳刷曲面研磨数控机床的运行控制，包括传感器、PLC控制器、主轴电机变频器、步进电机驱动器和辅助电源；
所述传感器设置在研磨主轴上，与PLC控制器有信号交互；PLC控制器与主轴电机变频器、步进电机驱动器之间均具有信号交互；PLC控制器还具有用于接收外部操控信号的接口；辅助电源具有用于接入外部交流电源的接口，并与主轴电机变频器、PLC控制器以及步进电机驱动器之间具有电连接；
其中，传感器用于检测机床研磨主轴的移动位置，并将检测结果以电信号形式发送到PLC控制器；PLC控制器是控制电路的核心部件，用于根据传感器信号以及人机交互界面输入的操控信号生成驱动控制脉冲；
步进电机驱动器用于对PLC发送的驱动控制脉冲进行计数以控制步进电机运转，带动研磨刀具左右移动，精确定位；
主轴电机变频器根据接收的启停信号来控制主轴电机运转；
辅助电源用于接入外部交流电源为主轴电机变频器、PLC控制器供电，并用于将外部接入的交流电源转换为24V直流电源为步进电机驱动器供电。
优选的，上述的控制电路包括多个传感器，分别用于进行零位检测和右极限位检测；通过零位检测获得研磨刀具初始位信息，通过右极限位检测获得研磨刀具终止位信息。
优选的，上述的控制电路，其辅助电源包括断路器、第一接触器、变压器和开关电源模块；通过断路器接入外部380V的交流电源，并在外部电力设备或线路发生故障时，将故障部分从电网中迅速切除以对控制电路以及数控机床进行保护；
通过第一接触器接通或切断对该控制电路的供电并具有欠电压释放保护、零压保护的作用；
通过变压器将接入的380V交流转换为220V；进而通过开关电源模块转换为24V直流电源，为步进电机驱动器供电。
优选的，上述的控制电路，其辅助电源还包括依次串联的熔断器、电源开关和第二接触器；熔断器的非串联端与断路器的第六端相连，第二接触器的非串联端与断路器的第四端相连。
优选的，上述的控制电路，外部输入的启动信号经过一个继电器接入到主轴电机变频器。
总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
(1)通过本实用新型提供的控制电路对碳刷曲面研磨数控机床研磨刀具位置进行实时采集，并将采集到的传感信号结合预设的PLC控制程序进行运算生成用于控制主轴电机变频器和步进电机驱动器的信号，通过主轴电机变频器驱动主轴电机带动研磨刀具的旋转并同步地由步进电机驱动器驱动步进电机带动特制的曲面研磨刀具平移以及左右移动，在多个自由度上对碳刷进行研磨，实现碳刷曲面研磨一次成型，有效保证碳刷的研磨精度，提高研磨良品率；
(2)在本实用新型提供的碳刷曲面研磨数控机床的控制电路的控制下，实现待研磨碳刷自动定位及运行控制，无需外接电脑；实现碳刷研磨自动化，加工过程中无需手动控制，在操控性方面具有显著优化；并且单次运行可研磨多只碳刷，极大缩短碳刷研磨所需时间，进而提高主变维护保养效率。
附图说明
图1为本实用新型实施例提供的碳刷曲面研磨数控机床的控制电路示意图；
图2为本实用新型实施例中的碳刷曲面研磨数控机床的三维结构示意图；
图3为图1所示的碳刷曲面研磨数控机床的主视图；
图4为图2的A-A剖视图。
在所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，具体为：1-夹具、2-刀具、3-主轴电机、4-伸缩轴、5-步进电机、6-导轨、7-安装基座。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本实用新型所提供的碳刷曲面研磨数控机床的控制电路用于碳刷曲面研磨数控机床的运行控制。参照图1，是碳刷曲面研磨数控机床的控制电路的一个实施例的示意图；包括传感器、PLC控制器、主轴电机变频器、步进电机驱动器和辅助电源；其中，辅助电源包括断路器、接触器、变压器和电源模块；图1中的M2是指碳刷曲面研磨数控机床的步进电机。
参照图2～4，是碳刷曲面研磨数控机床的结构示意图；碳刷曲面研磨数控机床用于碳刷的固定和研磨加工，主要包括碳刷托盘和研磨主轴；碳刷托盘包括底座和碳刷夹具；研磨主轴用于安装电机及研磨刀具，其电机包括主轴电机和步进电机；通过本实用新型提供的控制电路实现对步进电机和主轴电机的控制，使得步进电机、主轴电机带动研磨刀具运转实现对碳刷工作面的旋转研磨，通过研磨刀具的平移和旋转等多自由度运动，实现将初始待研磨的碳刷研磨成具有所需曲面的碳刷成品。
本实施例提供的控制电路中，传感器设置在机床研磨主轴上，用于检测机床研磨主轴的位置，包括初始位检测和终止位检测，并将检测结果以电信号形式发送到PLC控制器；PLC控制器是控制电路的核心部件，用于根据传感器信号以及碳刷曲面研磨数控机床的人机交互界面输入的操控信号生成驱动控制脉冲、方向信号和启停信号；步进电机驱动器根据PLC控制器发送的驱动控制脉冲和方向信号控制步进电机运转，驱动研磨刀具左右移动；主轴电机变频器接受PLC启停信号，控制主轴电机运转以实现主轴刀具高速旋转。
辅助电源包括断路器、接触器、变压器和开关电源模块；通过断路器接入380V的交流电源，并在外部电力设备或线路发生故障时，将故障部分从电网中迅速切除以对控制电路以及数控机床进行保护。
通过接触器接通或切断对控制电路的供电并具有欠电压释放保护、零压保护的作用；通过变压器将380V交流转换为220V；进而通过开关电源模块转换为24V直流电源，为步进电机驱动器、PLC控制器供电。
以下结合图2～4具体阐述实施例提供的这种控制电路与碳刷曲面研磨数控机床协同配合实现曲面研磨的过程及原理。
图2是碳刷曲面研磨数控机床的三维结构示意图，该碳刷曲面研磨数控机床包括机柜、设于机柜底部的夹具1、设于夹具1上方的主轴电机3、设于主轴电机3底端的研磨刀具2，确保刀具恰好与待研磨碳刷曲面接触、主轴电机3驱动研磨刀具2转动，从而完成对碳刷的研磨；夹具1内设有多个碳刷安放槽可同时安放多个待研磨的碳刷实现多个碳刷的一次研磨成型。
参照图3，是图2所示的碳刷曲面研磨数控机床的主视图，从该图可以看出，该数控机床还包括伸缩轴4和导轨6；伸缩轴4设于机柜顶部，便于主轴电机3沿其运动；伸缩轴4的两侧间隔一定距离分别设有导轨6。
参照图4，是图3的A-A剖视图。导轨上卡设有安装基座7，该安装基座7可沿着导轨6运动，伸缩轴4的一端设有步进电机5，步进电机5驱动伸缩轴4伸缩，带动主轴电机沿导轨6运动；通过控制电路控制这种碳刷曲面研磨数控机床的步进电机和主轴电机运动驱动刀具2的左右移动、平移和旋转，将待处理碳刷研磨成具有所需曲面的碳刷成品。
在该实施例中，传感器用于进行脉冲零位检测和右极限位检测；传感器将采集获得的初始位检测信号和终止位检测信号通过端子X2接入到PLC控制器；外部接入的启动信号和急停信号通过端子X2分别接入到PLC控制器的24V端子和0V端子；PLC控制器通过端子X1接入经过变压器转换获得的220V电源；
PLC控制器输出脉冲控制信号和方向控制信号到步进电机驱动器；步进电机驱动器接受PLC的位置脉冲计数，控制步进电机运转，实现研磨刀具左右移动，精确定位；主轴电机变频器的电源接入端与接触器相连，接入外部电源；经继电器K1接入PLC启停信号，控制主轴电机运转以驱动研磨刀具高速旋转。
参照图1所示意的，在辅助电源部分，外部380V交流电源通过断路器Q1接入到接触器KM1；接触器的输出端一方面送入主轴电机变频器的电源接入端，另一方面接入到变压器；变压器将380V转换为220V；开关电源经过端子X1的两个引脚接入220V交流电压，转换为24V直流电压后为步进电机驱动器供电；PLC控制器的电源端经过X1端子的另外两个引脚接入220V交流电压。
本实施例中通过控制电路的主轴电机变频器以及步进电机驱动器实现对主轴电机以及步进电机的一键式启停，以及根据PLC控制程序自动完成碳刷研磨；在PLC控制程序对电机运行速度、路径、角度等参数的控制下完成精密加工，加工过程中无需手动控制，单次运行可研磨4只或更多的碳刷，极大缩短单个碳刷研磨所需时间，提高研磨成功率和研磨精度。
为了实现碳刷研磨的高精度，实施例中采用传感器实时采集多个位置信号并实施上报到PLC控制器进行快速处理；实施例中，PLC控制器的控制程序采用PLC梯形图语言编写，采用模块化设计以便于测试和软件升级；实现对传感器数据的采集、处理和判断，通过对传感器采集的数据进行处理和逻辑控制实现预设的系统控制算法，发出驱动控制脉冲控制步进电机精确定位，并控制主轴电机变频器运行；响应速度快，加工精度高。
对采用实施例提供的控制电路及受控的碳刷曲面研磨数控机床所加工的成品进行了三维测绘，测绘结果表明，采用该方案研磨加工的碳刷(弧面半径R207.80)与取样样品(弧面半径R210.60)尺寸相比，误差为-2.8mm，加工精度为1.3％。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。