专利名称：一种高安全高精度的数控系统装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种数控装置。
背景技术：
目前各种数控系统型号繁多，在设计上虽然也兼顾了控制和检测的需要，但是在 安全性、高精度上面还是存在一定的不足。由于现阶段机床自动化的程度不是很高，在现有 市场中，由于光电保护装置价格不菲，所以机床的安全性得到了很大的考验，如何在低成本 高安全性的数控装置应运而生了。现在的数控系统仅仅只针对机床后档料，而后档料是通 过电机拖动的，厂家认为，一个电机可以拖动一个后档料的方式是既可以节约成本又希望 保证加工精度和效率，但是后档料是很重的一块铁板组成的，很显然要想把后档料固定住， 必然要两个支撑点，但在电机拖动的时候必然一个是主拖动轴而另外一个是被拖动轴，但 是对于数控系统检测的时候，不可能同时测量两点的数值，所以测量的时候必然存在难以 达到高精度的问题。
发明内容本实用新型的目的就是为了解决以上问题，提供一种结构简单、设计新颖、精度 高、安全性好的高安全高精度的数控系统装置。
本实用新型的技术方案是这样实现的一种高安全高精度的数控系统装置，包括
供电电路1， MCU微处理器；其特点是它还包括从机床后档料进行数据采集的检测电路2、
将检测电路检测到的信号送至微处理器的接口电路4、接收接口电路指令控制电机运行及
下刀时间的控制电路5、控制及设置微处理器的控制按键8、显示电路9。 本实用新型结构简单、设计新颖、不需对机床的整体进行改动，适应性广，可以根
据其机床的电气结构进行接线达到数值显示和控制的目的，精度高、安全性好。
图1是本实用新型的原理方框图。 图2是本实用新型的下刀时间控制电路图。 图中1-供电电路 2-检测电路 3-机床后档料 4-接口电路 5-控制电路 6-下刀时间控制电路7-电机8-控制按键9-显示电路MCU-微处理器Rl、R2-电 阻0P-光耦Dl-发光二极管D2-二极管Q-三极管J-继电器Jl、J2-继电器J的两 常闭开关c-电容
具体实施方式从图1可见，本实用新型包括供电电路1，MCU微处理器、从机床后档料进行数据采 集的检测电路2、将检测电路检测到的信号送至微处理器的接口电路4、接收接口电路指令 控制电机运行及下刀时间的控制电路5、控制及设置微处理器的控制按键8、显示电路9。[0010] 由于工业供电有起伏，电压稳不稳定决定了 MCU是否能正常工作和检测元件是否
正常工作，而且随着南方的雷雨天气比较多，所以在一方面保证供电稳定的同时必须要注
意防雷，另一方面，由于电路中会出现瞬态过电应力，所以采用箝位二极管进行瞬态电压保
护，采用串联限流电阻限制瞬态脉冲过电流值。在设计硬件供电电路的时候，本设计采用
的是全波整流电路，使用了四个二极管，这样整定出来的直流电比较纯，还可以在后面加一
个电容起滤波作用，对于要求纯直流的电路中应该使用全波整流。三端稳压使用的芯片是
7805 。在电源电路中，整流电路将交流变成脉动的直流，而在整流电路之后接上一个较大容
量的电解电容，利用其放电特性，是整流后的脉动直流电压变成相对比较稳定的直流电压。
实际中，为了防止电路各部分供电电压因负载变化而产生变化，所以在电源的输出端及负
载的电源输入端接了 100uF的电解电容，由于大容量的电解电容一般具有一定的电感，对
高频及脉冲干扰信号不能有效地滤除，故在其两端并联了一只0. luF的电容，以滤除高频
及脉冲干扰，达到滤波作用。并在输出端口和输入端口加入箝位二极管。 断电时，首先是切断主控电源，但实际上是为了将此时编码器的数据存入MCU，所
以断电时，MCU是不会先断电，而是通过电容缓缓的供电，以提供足够的时间使MCU工作存
储断电时编码器的数值，所以在任何工作时间段断电都不会影响MCU采集数据。 数据采集是通过检测电路2对机床后档料3来采集的。本实用新型的检测电路
是使用光耦合器来采集隔离的，信号单向传输，输入端与输出端完全实现了电气隔离，输出
信号对输入端无影响，抗干扰能力强，工作稳定，无触点，使用寿命长，传输效率高。此光耦
是线性光耦，线性光耦的电流传输特性曲线接近直线，并且小信号时性能较好，能以线性特
性进行隔离控制。由于机床高速、高精加工技术可极大地提高效率，提高产品的质量和档
次，縮短生产周期和提高市场竞争能力，采用光耦合器在设计中充分考虑到数据传输的快
慢决定了控制的快慢。由于其所接的是光电编码器，它是一种通过光电转换将输出轴上的
机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器。光电编码器是由光栅盘和光电检测装置组
成。光栅盘是在一定直径的圆板上等分地开通若干个长方形孔。由于光电码盘与电动机
同轴，电动机旋转时，光栅盘与电动机同速旋转，经发光二极管等电子元件组成的检测装置
检测输出若干脉冲信号，通过计算每秒光电编码器输出脉冲的个数就能反映当前电动机的
转速。此外，为判断旋转方向，码盘还可提供相位相差90。的两路脉冲信号。由于光电编
码器是直接决定测量精度的元件，所以在设计中，一方面要考虑其速度，另一方面要考虑其
准确性，由于编码器是靠读取输出脉冲的个数来反映当前电动机的转速的，在运行时，会遇
到光电编码器临界点，就是说码盘上黑白相间的位置，此时处于似断非断似开非开状态，就
会导致MCU无法处理其信号，单片机会出现乱码和自动复位状态，所以在硬件设计时，通过
上拉一个直流电源电压，目的是输入信号过弱时，单片机的端口可以默认为其有输入信号
(这样设计的合理性在于，由于选用的是360脉冲的编码器，一般使用下，转一圈的距离是
lOmm，一个脉冲就是O. 0277mm，由于机械上误差是要求在0. lmm以下，所以在实际应用中是
符合要求的)，已达到消除乱码和自动复位的目的。由于电机是拖动档料板的一点，必然在
运行时档料板的一端拖动另一端，这样如果不进行调整必然会影响其精度，所以在设计时
通过软件编程对电机运行进行控制，根据设置电机运行停止的惯性距离，档料板从小距离
向大距离运行时，让其越过目标值，再通过通断继电器进行反方向修正，达到调整档料板倾
斜的目的。反之从大距离到小距离运行时，让其在目标值之前停止，再进行同方向调整，达
4到修正的目的。此过程称为单向点定位。 从图2可见，图中J是继电器，它的开关Jl、 J2处于常闭状态，目的在于控制机床 电器箱里的时间继电器。通过MCU软件编程控制其管脚的高低电平变化来促使继电器开 断。光耦OP的作用是对输入、输出电信号起隔离作用。由于光耦合器输入输出间互相隔离， 电信号传输具有单向性等特点，因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。又由于光耦合 器的输入端属于电流型工作的低阻元件，因而具有很强的共模抑制能力。继电器与其它元 器件有不同之处，并不是触点所加的负荷应力越小越可靠，这主要是由触点失效机理决定
的。当触点电流使用到ioo毫安时，触点的电弧作用明显减弱，触点在高温条件下析出的含
碳物质不能被电弧烧掉而沉积在触点表面，使触点接触电阻增大，影响接触可靠性。当触点 负荷使用在10毫安以下或50毫伏以下时，接触可靠性明显降低，因为这时电压无法击穿触 点表面的膜电阻，将出现低电平失效。尤其在高温条件下，加速了触点的氧化，低电平失效 表现得更为严重，所以把10毫安以上，50毫伏以下的负载称为低电平负载。继电器的负荷 应力虽然不能过小，但是，技术条件给出的负荷应力，是触点的最大额定值，是在任何情况 下都不应该超过的参数。如果在使用中超过，轻者可造成寿命縮短，可靠性降低，重点可烧 毁触点，造成失效。所以为了延长其寿命和提高可靠性，在设计中并联了 CPP电容C和电阻 R2，减小继电器触点负载电压，目的就是继电器触点在大负荷下工作时所产生的飞弧导致 触点被烧熔，在触点表面形成凹凸不平，形成机械咬合而无法分开，触点负荷越大，飞弧越 大，触点被烧毁的可能性越大，适当的降额仍是提高继电器可靠性的有效措施。图中0UT1、 0UT2是与机床电器箱里的时间继电器相连的，一般机床是通过脚踏开关来控制下刀行程 的，但是本实用新型的下刀时间控制电路设计主要目的是通过控制电器箱中的下刀时间继 电器，下刀是通过脚踏开关控制时间继电器开断。由于时间继电器是直接由脚踏开关控制 的，所以在加工过程中必然有误踩的可能，防止在维修和生产中出现误操作，以造成人员的 伤亡问题，其主要的设计理念是通过软件编程控制时间继电器的工作时间，当MCU输出低 电平时，促使光耦工作，促使继电器J线圈带电，断开0UT1和0UT2，促使时间继电器停止工 作。反之MCU输出高电平时，促使其工作，脚踏开关有效，可以进行操作，在操作过程中，必 须要在设定的时间内完成一次剪折任务，超过这个时间就断开这个时间继电器。其目的主 要是保护加工人员的安全，防止误踩。
权利要求一种高安全高精度的数控系统装置，包括供电电路，MCU微处理器；其特征在于它还包括从机床后档料进行数据采集的检测电路、将检测电路检测到的信号送至微处理器的接口电路、接收接口电路指令控制电机运行及下刀时间的控制电路、控制及设置微处理器的控制按键、显示电路。
专利摘要一种高安全高精度的数控系统装置，包括供电电路1，MCU微处理器；其特点是它还包括从机床后档料进行数据采集的检测电路2、将检测电路检测到的信号送至微处理器的接口电路4、接收接口电路指令控制电机运行及下刀时间的控制电路5、控制及设置微处理器的控制按键8、显示电路9。本实用新型结构简单、设计新颖、不需对机床的整体进行改动，适应性广，可以根据其机床的电气结构进行接线达到数值显示和控制的目的，精度高、安全性好。
文档编号G05B19/406GK201449550SQ200920045980
公开日2010年5月5日 申请日期2009年5月13日 优先权日2009年5月13日
发明者丁鑫龙, 宁平华 申请人:马鞍山市海纳电子科技有限公司