专利名称：蜗杆砂轮磨齿机数控系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种精加工用的机床数控系统，特别涉及一种蜗杆砂轮磨齿机数控系统。
技术背景目前国内同规格的蜗杆砂轮磨齿机所配备的数控系统均为国外的标准数控系统， 这种标准数控系统虽然通用性高、功能很多，但并不是专门针对某一种机床而研发的系统， 既可以用于磨齿机，也可以用于车床、磨床等机床。这样使得这种数控系统对蜗杆砂轮磨齿机的控制性相对较差，无法让磨齿机在使用时实现非常高的磨削精度。标准通用型数控系统是以一个CPU为核心，通过总线方式控制其他多个模块。每一个模块均可实现对单个轴的控制，系统集成多个相同的模块从而实现对多个轴的控制。 对不同类别的机床，CPU使用不同的软件控制算法。以蜗杆砂轮磨齿机而言，CPU调用内部 4个硬件模块实现对4个轴的控制，而4个轴在磨削过程中的随动关系同样依靠CPU的软件算法。标准通用型数控系统优点是通用性较强，可针对不同类型的机床设计不同的算法，而不需对硬件进行大量修改。但是其优点大多是对设计者本身而言，对用户使用没有任何作用。且由于其采用软件算法控制延时大、响应慢(软件处理一般在μ s级以上，而硬件处理可达ns级)，造成其精度无法提高。对磨齿机而言，精度一般分为1 12级，等级值越小，精度越高。使用标准通用型数控系统可达6级，而使用本实用新型的专用型数控系统可达4级。而且硬件上集成的多个功能模块并不是全部工作，造成资源的浪费
实用新型内容
鉴于上述技术问题，针对磨齿机这个特种加工工艺的机型，为了提高对这种机床的加工精度控制，本实用新型提供了一种蜗杆砂轮磨齿机数控系统。该系统作为磨齿机专用的数控系统，采用直流伺服技术控制工件旋转轴，同时由于系统本身采用大规模硬件集成电路，并应用锁频锁相技术，使得在该系统控制下的磨齿机能达到同类型机床无法达到的磨削精度。平均精度比同类型产品高一 二级。本实用新型的具体技术方案如下蜗杆砂轮磨齿机数控系统，包括一立柜式机舱，所述机舱内包括AC交流电源模块、DC直流电源模块、主控制单元、功率驱动单元；所述主控制单元和功率驱动单元包括信号接收处理模块、电子齿轮比模块、差补模块、锁频锁相模块、以及功率驱动放大模块；所述信号接收处理模块接收机床反馈信号及机床控制信号处理得到系统后级模块所需的电机编码器信号、直线编码器信号和开关输入信号这些脉冲信号；所述电子齿轮比模块根据信号接收处理模块输出的电机编码器信号通过倍频分频处理，输出砂轮反馈信号以及工件反馈信号；所述差补模块根据信号接收处理模块输出的直线编码器信号和开关
3输入信号通过误差检测以及计算处理，输出误差调节量和差补脉冲；所述锁频锁相模块根据接收到的砂轮反馈信号、工件反馈信号和差补脉冲处理输出主控制量；所述功率驱动放大模块根据接收到的误差调节量和主控制量，通过对系统主控制量进行适当的增益放大， 输出用以驱动机床的参数信号。上述方案中，所述机床反馈信号包括砂轮电机编码器信号、工件电机编码器信号、 Z轴编码器信号以及Y轴编码器信号。上述方案中，所述电机编码器信号包括砂轮脉冲信号、工件脉冲信号。另外，机舱内各功能模块以抽屉式结构安置在机舱内。主控制单元内部不同功能模块所集成的硬件采用插卡式结构安置在机舱内。本实用新型相比较现有技术的优点是1、对磨齿机的控制效率明显优于国内同类型产品，而且通过该系统的控制，磨齿机的产品加工精度比同类型产品高1 2级。(磨齿机精度一般分为1 12级，等级值越小，精度越高。使用标准通用型数控系统可达6级，而使用本实用新型的专用型数控系统可达4级。)2、本实用新型系统对磨齿机而言针对性、专用性强，目前国内其他产品均采用标准通用系统，从对系统功能的利用率上看，其他同类产品的利用率很低，无形中造成了技术、资源上的浪费。本实用新型系统是针对磨齿机这一种机型，资源利用率100%，性价比
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以下结合附图和具体实施方式
来进一步说明本实用新型。图1为本实用新型系统的原理框图。图2为本实用新型系统中主控制单元和功率驱动单元的原理框图。图3a为本实用新型系统的机舱外部结构图。图北为本实用新型系统的机舱内部构成显示图。图4为本实用新型系统的电源处理模块图。图5为本实用新型系统的实际应用时的原理示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。如图1所示，本实用新型系统的原理是在一机舱内包括AC交流电源模块、DC直流电源模块、主控制单元、功率驱动单元四个功能模块。整个系统对机床进行实时驱动，同时对机床的实时反馈进行监测，以此对驱动量进行调整，从而实现系统与机床之间形成一套闭环随动控制系统。如图2所示，系统中的主控制单元和功率驱动单元包括信号接收处理模块、电子齿轮比模块、差补模块、锁频锁相模块、以及功率驱动放大模块。其中，信号接收处理模块接收机床反馈信号及机床控制信号处理得到系统后级模块所需的电机编码器信号、直线编码器信号和开关输入信号这些脉冲信号；电子齿轮比模块根据信号接收处理模块输出的电机编码器信号通过倍频分频处理，输出砂轮反馈信号以及工件反馈信号；差补模块根据信号接收处理模块输出的直线编码器信号和开关输入信号通过误差检测以及计算处理，输出误差调节量和差补脉冲；锁频锁相模块根据接收到的砂轮反馈信号、工件反馈信号和差补脉冲处理输出主控制量；功率驱动放大模块根据接收到的误差调节量和主控制量，通过对系统主控制量进行适当的增益放大，输出用以驱动机床的参数信号。需要指出的是，上述机床反馈信号包括砂轮电机编码器信号、工件电机编码器信号、Z轴编码器信号以及Y轴编码器信号。而其中的电机编码器信号包括砂轮脉冲信号、工件脉冲信号。运行过程中，系统实时检测砂轮信号、工件信号及其它机床信号，根据设计的算法使得以砂轮信号、工件信号为核心形成主脉冲与反馈脉冲；其他机床信号形成实时差补脉冲。主脉冲、反馈脉冲以及差补脉冲进入锁频锁相单元后，首先将差补脉冲同步加入主脉冲或者反馈脉冲，形成的两路脉冲之间进行相位与频率的比较，最终得到差值就是机床给定动作与实际动作的差值当量。将此当量进入功率放大模块进行功率放大，就得到机床下一步动作的驱动量。如图3a和图北所示，本实用新型系统的机舱采用立柜式，机舱内各功能模块以抽屉式结构安置在机舱内，而且主控制单元内部不同功能模块所集成的硬件采用插卡式结构安置在机舱内。机舱内的抽屉结构自上而下分别是功率驱动单元301、主控制单元302、 DC直流电源模块303和AC交流电源模块304。另外，在机舱上部还设有信号输入输出接口 305。如图4所示，本系统所述的电源处理模块包括AC交流电源模块和DC直流电源模块，仅需外部提供380V三相电源，系统内部AC、DC模块处理后为系统其它单元提供不同的工作电源。如图5所示，该图为本实用新型系统的实际控制原理示意图，图中砂轮电机编码器、工件电机编码器、Y轴直线编码器、Z轴直线编码器等均为机床反馈的实时监测设备，通过这些设备，系统得到机床的实时运行状况。系统将砂轮电机的实时给定、工件电机的实时反馈经过一定算法处理后得到给定脉冲与反馈脉冲，将此两路脉冲经过锁频锁相处理后得到反馈与给定之间的频率差值经DA 转换后进行主调节、相位差值经DA转换后进行微调。其他如Z轴、Y轴等编码器反馈信号均是差补微调节量。机床控制信号由上位机发给系统CPU，系统以此采取相应动作。以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
权利要求1.蜗杆砂轮磨齿机数控系统，包括一立柜式机舱，所述机舱内包括AC交流电源模块、 DC直流电源模块、主控制单元、功率驱动单元；其特征在于，所述主控制单元和功率驱动单元包括信号接收处理模块、电子齿轮比模块、差补模块、 锁频锁相模块、以及功率驱动放大模块；所述信号接收处理模块接收机床反馈信号及机床控制信号处理得到系统后级模块所需的电机编码器信号、直线编码器信号和开关输入信号这些脉冲信号；所述电子齿轮比模块根据信号接收处理模块输出的电机编码器信号通过倍频分频处理，输出砂轮反馈信号以及工件反馈信号；所述差补模块根据信号接收处理模块输出的直线编码器信号和开关输入信号通过误差检测以及计算处理，输出误差调节量和差补脉冲；所述锁频锁相模块根据接收到的砂轮反馈信号、工件反馈信号和差补脉冲处理输出主控制量；所述功率驱动放大模块根据接收到的误差调节量和主控制量，通过对系统主控制量进行适当的增益放大，输出用以驱动机床的参数信号。
2.根据权利要求1的蜗杆砂轮磨齿机数控系统，其特征在于，所述机床反馈信号包括砂轮电机编码器信号、工件电机编码器信号、Z轴编码器信号以及Y轴编码器信号。
3.根据权利要求1的蜗杆砂轮磨齿机数控系统，其特征在于，所述电机编码器信号包括砂轮脉冲信号、工件脉冲信号。
专利摘要本实用新型公开了一种蜗杆砂轮磨齿机数控系统。该系统包括一立柜式机舱，所述机舱内包括AC交流电源模块、DC直流电源模块、主控制单元、功率驱动单元。所述主控制单元和功率驱动单元包括信号接收处理模块、电子齿轮比模块、差补模块、锁频锁相模块、以及功率驱动放大模块。该系统作为磨齿机专用的数控系统，采用直流伺服技术控制工件旋转轴，同时由于系统本身采用大规模硬件集成电路，并应用锁频锁相技术，使得在该系统控制下的磨齿机能达到同类型机床无法达到的磨削精度。平均精度比同类型产品高一～二级。
文档编号G05B19/18GK202159250SQ20112025443
公开日2012年3月7日 申请日期2011年7月19日 优先权日2011年7月19日
发明者孙珉 申请人:无锡星月科技有限公司