专利名称：一种加工发动机活塞用车床数控装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及计算机数字控制装置，具体说是一种加工发动机活塞用车床数控
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背景技术：
有一类发动机活塞的断面为长短轴相差很小的椭圆形，在车床上进行加工时，刀 架要随主轴的旋转同步地作往复运动。国内常用的控制方法有靠模法一通过与主轴联动 的连杆推动刀架，存在精度低，外轮廓的形状不易修改等缺点。除了靠模加工外，也有用工 业控制机配电致伸缩晶体动力头驱动刀架的，结构复杂，加工速度较慢。目前，一般采用工业控制计算机作为车床数控系统，实时采集主轴编码器发出的 脉冲信号，将其转换成转角值，再通过查表确定刀架定位控制信号的大小，不仅成本高，而 且当主轴转速过高时，会出现控制滞后，造成加工质量和效率的降低。
实用新型内容针对现有技术中存在的车床加工控制方法加工精度低、效率低及成本高等缺陷， 本实用新型提供一种成本低、加工精度高且效率高的发动机活塞专用加工车床的数控装置。为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为包括主控制单元、处理器；其中，主控制单元的输入端分别接收数控系统中主轴驱 动器、刀架驱动器、Z轴驱动器的反馈信号以及用户的控制指令，与处理器进行双向连接，主 控制单元通过数据线接有程序控制器，主控制单元的输出端与主轴驱动装置以及Z轴驱动 装置相连；处理器接收主轴编码器的反馈信号，输出信号接至刀架驱动器。所述处理器以可编程门阵列为控制核心，其输入端通过U3接有主轴编码器，输出 端通过AD转换器接有数据存储器。所述主控制单元以单片机为控制核心，其通过键盘接口接有键盘，通过DA转换器 和运算放大器与主轴驱动装置相连，通过Z轴驱动接口与Z轴驱动装置相连。
图1是使用本实用新型系统框图；图2是本实用新型数控装置结构框图；图3是本实用新型主控制单元、接口电路、主轴驱动装置接口的电路原理图；图4是本实用新型处理器、主轴编码器接口及刀架定位控制部分的电路原理图；图5是本实用新型Z轴驱动器接口及辅助设备接口的电路原理图。本实用新型具有如下有益效果1.响应速度快。Z轴驱动装置的随动进给精度不会因为主轴驱动装置转速发生波 动而受到影响，无累积误差。[0016]2.硬件接口配置灵活。用户可根据需要对系统进行重新设计，在系统内安装硬 件插补算法，能够实现用户自己规定的高速、高精度运算和控制输出，而无须改动硬线布局 和重新加工线路板，缩短新产品开发周期，也有利于随着控制理论研究的深入，不断升级软 件，最大程度地保护用户利益。3.可扩展性好。用户可自行选用和设置系统配置，形成独特的新产品。4.系统集成度高。易于维护，可靠性高，使用简便，成本低。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。如图1所示，本实用新型一种发动机活塞专用加工车床的数控装置，其输出端通 过数控装置应用的系统中的刀架驱动器与刀架相连、通过Z轴驱动器与Z轴驱动装置双 向连接、通过变频器与主轴电机双向连接，输入端与主轴编码器相连，数控装置接有设备电 源，数控装置的输出端还接有润滑泵、冷却泵等加工车床通用的辅助设备；其中主轴电机与 主轴编码器进行机械连接，主轴电机与切割体进行机械连接。如图2 5所示，本实用新型数控装置包括处理器Ul(本实施例采用型号为 EPM7128SLC84-15的可编程门阵列)、主控制单元U2 (本实施例采用型号为AT89C51的单片 机)、程序存储器U8 (本实施例采用的型号为93C46)和数据存储器U7 (本实施例采用的型 号为2764)、数字模拟转换电路U4(本实施例的型号为DAC0832)；其中，还包括部分接口电 路Z轴接口电路U5 (本实施例采用的型号为AM26LS31)、差分电平/TTL电平转换器U3 (本 实施例采用的型号为AM26LS32)、表格存储器U7 (本实施例的型号为2764)、液晶显示器 (本实施例采用的型号为SM19264A)及运算放大器(本实施例采用的型号为TLE2141)；数 控装置所在系统中采用Z轴电机作为Z轴驱动装置，采用主轴电机作为主轴驱动装置。所述数控装置包括主控制单元、处理器；其中，主控制单元的输入端分别接收数控 系统中主轴驱动器、刀架驱动器、Z轴驱动器的反馈信号以及用户的控制指令，与处理器进 行双向连接，主控制单元通过数据线接有程序控制器，主控制单元的输出端与主轴驱动装 置以及Z轴驱动装置相连；处理器接收主轴编码器的反馈信号，输出信号接至刀架驱动器。所述处理器以可编程门阵列为控制核心，其输入端通过U3接有主轴编码器，输出 端通过AD转换器接有数据存储器。所述主控制单元以单片机为控制核心，其通过键盘接口接有键盘，通过DA转换器 和运算放大器与主轴驱动装置相连，通过Z轴驱动接口与Z轴驱动装置相连。本实用新型工作原理如下上电，通过键盘输入给单片机操作命令，单片机通过运算放大器驱动主轴电机开 始转动；主轴电机带动主轴编码器工作，主轴编码器发出相位差为90度的差分电平信号和 标记脉冲，可编程门阵列通过差分电平/TTL电平转换器将该差分电平信号四倍频后转换 成的转角数发送给单片机进行处理，单片机处理后经Z轴接口电路通过Z轴驱动器发送给 Z轴电机进给脉冲，输出的该进给脉冲经光电隔离的内置续流二极管的集电极开路接点，驱 动继电器的线圈，采用高速光电耦合器控制Z轴驱动器；可编程门阵列四倍频后转换成的 转角数同时发送至数据存储器，将转换成的转角角度作为一个地址存储于数据存储器内， 并根据该地址与数据的对应关系，将该数据作为刀架的定位控制信号，单片机通过光电耦合器接收主轴电机、Z轴电机、刀架驱动器和Z轴驱动器的反馈信号，其中包括主轴电机和 Z轴电机的24Vdc限位信号、刀架驱动器及Z轴驱动器的24Vdc状态信号；单片机的输出端 接有显示器，可以显示当前系统的工作状态。数控装置所在系统的工作方式为寻零，点动，点进，单段，连续，空走。显示器显示内容包括当前位置、目标位置、进给速度F、主轴转速S、进给距离、倍 率、工作状态、刀具号T、当前程序段、报警等。键盘对单片机的编程方式为采用闪烁光标，命令行文本方式。在第一列按字符/ 数字键，显示字符，表示插入一行；在其他列按字符/数字键，显示数字表示插入一位数字。 光标均后移。具体控制代码如下每行由一个字符、若干数字组成G00、G01、G94、G95M02、M03、M04、M05、M08、M09、M10、Ml 1、M25、M26、M27、M28、M30TO 99F0 15000/4000(mm/min)/(um/r)SO S3000Z0 650. 00，W-320. 00 320. 00光标在第一列时，按删除键表示删除一行；光标在数字下时，按删除键表示删除该 数；在最后空白处时，按删除键表示删除前一数字/字符。本控制装置由单片机及其外围电 路组成，逻辑电路全部采用CMOS器件，功耗低、可靠性高。输入和输出信号均采用光电耦合 器隔离，控制步进电机驱动器的输出采用高速光电耦合器隔离，提高了抗干扰能力。
权利要求一种加工发动机活塞用车床数控装置，其特征在于包括主控制单元、处理器；其中，主控制单元的输入端分别接收数控系统中主轴驱动器、刀架驱动器、Z轴驱动器的反馈信号以及用户的控制指令，与处理器进行双向连接，主控制单元通过数据线接有程序控制器，主控制单元的输出端与主轴驱动装置以及Z轴驱动装置相连；处理器接收主轴编码器的反馈信号，输出信号接至刀架驱动器。
2.按照权利要求1所述的加工发动机活塞用车床数控装置，其特征在于所述处理器 以可编程门阵列为控制核心，其输入端通过差分电平/TTL电平转换器(U3)接有主轴编码 器，输出端通过AD转换器接有数据存储器。
3.按照权利要求1所述的加工发动机活塞用车床数控装置，其特征在于所述主控制 单元以单片机为控制核心，其通过键盘接口接有键盘，通过DA转换器和运算放大器与主轴 驱动装置相连，通过Z轴驱动接口与Z轴驱动装置相连。
专利摘要本实用新型涉及计算机数字控制装置，具体说是一种加工发动机活塞用车床数控装置；包括主控制单元、处理器；其中，主控制单元的输入端分别接收数控系统中主轴驱动器、刀架驱动器、Z轴驱动器的反馈信号以及用户的控制指令，与处理器进行双向连接，主控制单元通过数据线接有程序控制器，主控制单元的输出端与主轴驱动装置以及Z轴驱动装置相连；处理器接收主轴编码器的反馈信号，输出信号接至刀架驱动器。采用本实用新型，Z轴驱动装置的随动进给精度不会因为主轴驱动装置转速发生波动而受到影响，无累积误差；并且具有系统集成度高。易于维护，可靠性高，使用简便，成本低的特点。
文档编号G05B19/18GK201616019SQ20092028834
公开日2010年10月27日 申请日期2009年12月23日 优先权日2009年12月23日
发明者张志聪, 郑湃, 韩卫光 申请人:中国科学院沈阳计算技术研究所有限公司;常州数控技术研究所