一种智能磨床加工装置制造方法
【专利摘要】一种智能磨床加工装置，涉及机械领域，特别是一种磨床设备。解决的问题是加工出来的工件表面粗糙度高的问题。采用的技术方案是以智能单片机为核心，外围电路为辅助电路的控制电路。控制IGBT开关，产生功率超声波，通过换能器转换为高频振动方案。包括信号产生，信号整形，采样信号，信号控制，信号驱动，信号输出，电路电源产生电路和显示电路。能够实时观察加工工件波形，确定工件的精密度。并使被加工工件镜面粗糙度Ra值轻松达到0.02以下。且工件的镜面显微硬度提高20％以上，并大大提高了工件的镜面耐磨性和耐腐蚀性。
【专利说明】一种智能磨床加工装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及机械领域，特别是涉及一种磨床设备。
【背景技术】
[0002]随着科学技术的发展，机械领域对材料的硬度、耐高温性、耐腐蚀性等性能的要求、对加工精度的要求也越来越高，机件的轮廓形状也趋于复杂化，使得难加工材料的复杂型面加工逐步提上日程。采用普通加工方法其效果都不理想，甚至无法实现加工要求。采用功率超声加工技术和实时显示控制器能很好地解决难加工材料的加工问题。
[0003]目前绝大数控制功率超声波的电路采用分立元件电路组成电路，元件数量多，焊点多，寿命短，可靠性低，性能低，成本高。并且加工过程中不能实时检测加工工件表面处理的效果，仅凭经验加工金属表面。
[0004]分立元件控制电路存在控制精度低、动态响应慢、参数整定不方便、温度漂严重、容易老化等缺点。集成芯片的出现简化了电子线路的控制。提高了控制信号的开关频率，只需外接若干阻容元件即可直接构成具有校正环节的调节器，提高了电路的可靠性。
[0005]智能单片机构成的控制磨床加工的装置对功率超声波控制精度高，动态响应快，参数整定方便，温度漂移非常小，大大简化了控制线路，提高了电路信号的时效性和可靠性并且配以实时显示控制器，能够实时观察加工工件波形，确定加工出来的工件的精密度。并且可使被加工工件镜面光洁度提高3级以上(粗糙度Ra值轻松达到0.2以下);且工件的镜面显微硬度提高20%以上；并大大提高了工件的镜面耐磨性和耐腐蚀性。
【发明内容】
[0006]为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种智能磨床加工装置。
[0007]一种智能磨床加工装置能够对功率超声波控制精度高，动态响应快，参数整定方便，温度漂移非常小，提高了电路信号的时效性和可靠性并且配以实时显示控制器，能够实时观察加工工件波形，确定加工出来的工件的精密度。
[0008]一种智能磨床加工装置所采用的技术方案是采用智能单片机为核心，外围电路为辅助电路的控制电路。控制电路驱动IGBT开关，产生功率超声波，将产生的功率超声波通过换能器转换为高频振动方案。本发明技术方案包括信号产生电路，信号整形处理电路，采样信号处理电路，信号控制电路，信号驱动电路和信号输出电路，电路电源产生电路和显示电路。
[0009]集成芯片U26的型号是⑶4046(如图1)。U26的I脚接电阻RJ后直接接地。2脚接ROl后分接到此芯片的9脚和COl的一端，COl的另一端接地。3脚和5脚分别与外围电路相连接。6脚同时接C02和C02.1—端，两个电容的另一端同时接7脚。8脚和15脚同时接地。11脚接R06和R07两个串联电阻后接地。12脚接串联的R04和R04.1和R05三个电阻后接地。14引脚接C03 —端，C03另一端接R02，R02的另一端分接C04和R03的一端。C04D的另一端接地。R03的另一端接DOl的负极和霍尔交流传感起的输出端M。霍尔交流传感的负电源“一”端(负15V电源)接DOl的正极和U20的4脚。
[0010]CD4046的引脚排列，采用16脚双列直插式，各引脚功能如下:I脚相位输出端，环路入锁时为高电平，环路失锁时为低电平。2脚相位比较器I的输出端，3脚比较信号输入端，4脚压控振荡器输出端。5脚禁止端，高电平时禁止，低电平时允许压控振荡器工作，6、7脚外接振荡电容，8、16脚电源的负端和正端，9脚压控振荡器的控制端，10脚解调输出端，用于FM解调。11、12脚外接振荡电阻，13脚相位比较器II的输出端，14脚信号输入端，15脚内部独立的齐纳稳压管负极。
[0011]集成芯片U20的型号是TL082 (如图2)。U20的I脚接D02的正极，D02的负极接U19的5脚。2脚接R08和R09的一端。R08的另一端接地。R09的另一端接霍尔交流传感器的“ + ”(15V电源)，同时接8脚和D03的负极。D03的正极接霍尔交流传感器输出端M。3脚接Rll和C06的的一端，C06的另一端接地。Rll的另一端接霍尔交流传感器的“ + ”( 15V电源)。4脚接D04的正极，D04的负极接U22的3脚。5脚接R10，RlO的另一端接C05，C05的另一端接地。6脚同时接R12和R13，R12的另一端接地。R13另一端接7脚，7脚接D5的正极。D5的负极接R114，R14和C07串联C07的另一端接地。
[0012]TL082的引脚排列，采用8脚双列直插式，各引脚功能如下:
I脚运算放大器I的输出端，2脚运算放大器I的反相输入端，3脚运算放大器I的正相输入端，4脚运算放大器电源接地端，5脚运算放大器2的正相输入端，6脚运算放大器2的反相向输入端，7脚运算放大器2的输出端，8脚运算放大器电源正极端。
[0013]集成芯片U19的型号是⑶4093 (如图3)。I脚并接C08和R17，C08的另一端接U22的8脚。R17的另一端接4脚。2脚连接到I脚。3脚并接R15和和R16.R15的另一端接U26的5脚。R16的另一端接到5脚和D06的负极端。D06的正极接U20的I脚。6脚接到5脚上。7脚同时连接R18和R19.R18的另一端接U22的3脚。R19的另一端接U26的3脚和D07的负极，D07的正极接R20.R20的另一端接U22的I脚。
[0014]⑶4093的引脚排列，采用8脚双列直插式，各引脚功能如下:
I脚数据输入端 2脚数据输入端 3脚数据输出端 4脚数据输出端 5脚数据输入端 6脚数据输入端 7脚电源地8脚数据输入端 9脚数据输入端 10脚数据输出端11脚数据输出端 12脚数据输入端 13脚数据输入端14脚电源的正极端。
[0015]集成芯片U22的型号是TL082 (如图4)。U22的I脚接U22-1。2脚接地。3脚并接U22-3，D08的负极和C09。C09的另一端并接R21, R22和C1。R22和ClO的另一端同时接地。R21的另一端接OUT+.4脚并接J26-6, U20-4和D08的正极。8脚接U22-8。
[0016]集成芯片U27的型号是⑶4093(如图5)。I脚接Cll和R23。Cll的另一端接地。R23的另一端接5脚，6脚和2脚再接U26-4。7脚接地。8脚接R24, R24的另一端接4脚和9脚。9脚接C12。C12的另一端接地。10脚，12脚和13脚同时接R25，R25的另一端接11脚。14 脚 U26-16。
[0017]电源产生电路由变压器由Tl，D25, D26, D27, U23, 7915，7815和7818为主的元件构成(如图6)。Tl的初级线圈接220V电源，Tl有2个次级线圈，一个是产生AC16V的电压，一个是产生AC19V的电压。AC16V的同名端接D25和D27的I端，AC16V的另一端接D25和D27的3端。AC19V的同名端接D26的2端，AC19V的另一端接D26的4端。D26的3端接U24的I端。D26的I端接地。E07正极接D26的3端和U24的I端。U24的2端接D14的正极，D14和D15串联，D15的负极接地。U24的三端接E06正极和C15的一端。C15的另一端和E06的负极接地。D25的2端接地。D25的4端接E02的正极和U23的I端。U23的2端接地。E02的负极接地。U23的3端接EOl的正极，C13的一端和U26 —16。EOl的负极和C13的另一端接地。D27的4端接地，D27的2端接E03的负极和U29的2端。U29的I端接地。U29的3端接E04的正极和C14的一端。E04的正极并接C14的另一端，U22-4和地。
[0018]D25，D26，D27 是整流桥。U23，，U24，U29 是三端稳压器。
[0019]集成芯片U33的型号是VLA517 (如图7)。VLA517的I脚D13的正极和E05的负极。3脚接R34。R34的另一端接J3-6。9脚接E05的正极。13脚接R26后接U27-11。12脚接地。6脚接D16的正极。R27和R28并连接D16的负极。C16，C17并联接R27，R28的另一端。C16，C17并联的另一端接Ql的集电极。C18，C19, R29并接后一端接Ql的集电极，C18, C19, R29并接后另一段接R30。R30的另一端接Q2的射极。D16的负极接并联的C20, C21, C20和C21的另一端接并联的R32, R31。R32, R31接Q2的射极。ROO接Ql的集电极，ROO的另一端接T2的Al端和COOl的负极。T2的A2端Ql的射极。T2的A4端接接OUT+端和高频电感的一端，高频电感的另一端接换能器的正极。换能器的负极接HCGQ器的一端。另一端接地。A3的另一端接地。
[0020]VL517是IGBT的集成驱动模块。
[0021]显示电路由示波器和工业电脑硬件，软件辅助运行构成。交流霍尔传感器的M端接示波器UlO的I通道，高频变压器T2的A4端的OUT+端接示波器UlO的2通道。从示波器UlO的3端输出，通过USB线连接到工业电脑。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1是本发明方案一种智能磨床加工装置的信号产生电路。
[0023]图2是本发明方案的换能器采样信号处理电路。
[0024]图3是本发明方案一种智能磨床加工装置的信号控制电路。
[0025]图4是本发明方案一种智能磨床加工装置的高频信号输出处理电路。
[0026]图5是本发明方案一种智能磨床加工装置的装置的整形处理电路。
[0027]图6是本发明方案一种智能磨床加工装置的电源产生电路。
[0028]图7是本发明方案一种智能磨床加工装置的信号驱动和信号反馈电路。
[0029]图8是本发明方案一种智能磨床加工装置的显示电路。
[0030]图9是本发明方案一种智能磨床加工装置的整体电路原理电路。
[0031]图10是本发明方案一种智能磨床加工装置的整体电路框图。
【具体实施方式】
[0032]1.电源产生电路。交流AC220V经过一系列电压变换产生相应的电路需要的电压(如图6)。
[0033]交流AC220V电源经过变压器Tl产生交流AC16V和AC19V两种电源。AC16V电源输入D25整流桥(2W10)的输入端。D25整流桥输出端4端接U23 (7815)的输入端I端。D25的2端接地。E02为U23的输入稳定电压起稳压滤波的作用。U23的2端接地。U23的3端为输出端，输出15V电源。EOl和C13器稳定15V电源和滤除15V电源谐波已达到稳定15V电源的作用。
[0034]交流AC220V电源经过变压器Tl产生交流AC16V和AC19V两种电源。AC16V电源输入D27整流桥(2W10)的输入端。D27整流桥输出端2端接U29 (7915)的输入端2端。D27的4端接地。E03为U29的输入稳定电压起稳压滤波的作用。U29的I端接地。U29的3端为输出端，输出负15V电源。E04和C14器稳定负15V电源和滤除负15V电源谐波已达到稳定负15V电源的作用。
[0035]交流AC220V电源经过变压器Tl产生交流AC16V和AC19V两种电源。AC19V电源输入D26整流桥(2W10)的输入端。D26整流桥输出端3端接U24 (7818)的输入端I端。D26的I端接地。E07为U24的输入稳定电压起稳压滤波的作用。U24的2端经过D14，D15电平移位后接地。U24的3端为输出端，输出18V电源。E06和C15起稳定18V电源和滤除18V电源谐波已达到稳定18V电源的作用。
[0036]2.频率调整(如图1)。频率调整的目的是与换能器的频率一致，使换能器能够产生高频振动。⑶4046是产生高频振动的核心电路。U26供电后，在4脚会产生高频方波。电阻RJ起限流作用。输入信号M从14脚输入后，经其内部放大器Al进行放大、整形后加到相位比较器输入端，内部开关拨至2脚，则比较器将从3脚输入的比较信号Uo与输入信号M作相位比较，从相位比较器输出的误差电压υΨ则反映出两者的相位差。υΨ经R101、COl滤波后得到一控制电压Ud加至压控振荡器VCO的输入端9脚，调整内部VCO的振荡频率f2，使f2迅速逼近信号频率fl。VCO的输出又经除法器再进入相位比较器I，继续与Ui进行相位比较，最后使得f2 = fl，两者的相位差为一定值，实现了相位锁定。ROl起限流的作用。C02和C20.1是起振荡作用的振荡电容。R04，R04.1, R05, R06, R07是起振荡作用的振荡电阻，调节振荡频率的。R03，R02起限流作用，C03起耦合连接作用。C04起稳压滤波作用。DOl起防止小于负15V脉冲输入。将示波器的一通道的探针接U26的4脚，接地夹接地，观察示波器，示波器呈现不规则的矩形波，频率大小。若频率不匹配，调整R04.1的大小，使频率匹配。
[0037]3.频率调整好以后，将电路按照电路图接好通电。交流霍尔传感器从M端输出交流正弦波输入到U20 (TL082)的3脚(运算放大器的正向输入端)与U20的运算放大器的反相输入端(2脚)电压进行运算放大后从U20的I脚输出经D02后输入到U19 (4093) 5脚。D02进行电平移位，R08, R09对15V进行分压给U20的2脚提供电压。U20的8脚接15V电源，4脚接负15V电源。R10，C05构成运算放大器的正向输入端，6脚R12构成运算放大器的反相输入端。7脚是运算放大器的输出端。R13构成正反馈产生自激振荡。D5进行电平移位，R14进行限流，C07进行稳压滤波。R12是限流电阻。Rll进行限流，C06进行稳压滤波。将示波器的另一通道的探针接交流霍尔传感器的M端，接地夹不用接地，观察示波器，示波器呈现不规则的正弦波(如图2)。
[0038]4.从U20的I脚输出信号输入到U19的5脚，经过施密特触发器后，4脚输出，经R17限流后，输入到I脚和2脚，再经过施密特触发器整形后从3端输出经R15限流后输入到U26的5端控制压控振荡器工作，低电平工作，高电平停止工作。进而控制U26的4脚波形的输出。15V电源经过C08偶合连接到U19的I端(如图3)。
[0039]5.从U26 (4046)输出的信号接到U27的2脚。U27是4093集成芯片，CD4093由四个2输入端施密特触发器电路组成。每个电路均为在两输入端具有斯密特触发功能的2输入与非门。通过用施密特触发器对U26(4046)输出的信号的波形进行整形而得到理想的矩形脉冲波形。U27的I脚和2脚见接入的R23用于决定高低电平转换的分压电阻。I脚和2脚作用于施密特触发器输入端，从3端输出。5脚和6脚作用于施密特触发器输入端，从4输出后接入9脚，8脚和9脚同时作用于施密特触发器输入端，从10脚输出再接入12和13脚从11脚输出，经过3次波形整形，整形成理想矩形波。Cll和C12是用来稳压的。R24和R25用来决定高低电平转换的分压电阻。7脚是电源地。14脚是15V电源的正极。将示波器的一通道的探针接U27的11脚，接地夹接地，观察示波器，示波器呈现矩形波，频率。若频率不匹配，调整R04.1的大小，使频率匹配(如图5)。
[0040]6.从U27 (4093)的11脚输出的矩形波传到U33(VLA517)的信号输入端13端。VLA517是IGBT的驱动模块。VLA517D具有开关和短路功能。当U277的11脚输出高电平，触发VLA517动作，3脚输出驱动IGBT高电平信号驱动IGBT导通，给高频变压初级线圈输送能量。当3脚输出驱动IGBT低电平信号时驱关断IGBT，高频变压初级线圈输送能量到次级线圈，产生高频能量信号。产生的高频能量信号直接输送到TL082的输入端和经过DO高频电感后输送到换能器的正极，从换能器的负极输出后接交流霍尔传感器(HCGQ)。高频电感DO用于储存高频电能量。换能器将高频能量转换为机械动能，产生高频振动。交流霍尔传感器(HCGQ)采集换能器的输出信号，反馈到U20 (TL082)的3端进行信号的运算放大处理(如图7)。
[0041]VLA517的I脚是反相电源供电段。6端是过流检测段端，如果过流输出低电平，对IGBT进行关断，保护IGBT.否则输出高电平，IGBT导通。D13起电平移位的作用，使IGBT的驱动信号射极能够彻底输出负脉冲。9脚电源供电端。2脚是电路工作的18V电源。12脚接地。E05起稳压作用。R34和R26起限流作用。D16起防止负脉冲接入6脚，使电路误判导致IGBT关断。R27和R28起限流作用。C16和C17起耦合连接作用，R29, C18, C19，R30组成IGBT的关断时间的电流吸收回路。COOl起稳压滤波作用。C21和C22起耦合连接作用，R32和R31起限流作用。ROO起限流作用。
[0042]7.高频变压器次级线圈输出信号经R21限流，C09耦合后接到U22的3脚(运算放大器的正向输入端)。ClO为旁路电容，R22为分压电阻。U22的2脚接地(运算放大器的反相输入端)。从运算放大器I端输出运算结果经过R98限流，D12的电平移位后接到U26(4093)的3端(比较信号的输入端)与振荡信号进行比较，自动进行相位锁定，使频率输出一致。即经过驱动负载后输出信号波形与U26 (4093)的4端输出信号控制波形进行相位比较，使频率一致。D08起隔离负电源。U22的4端接负15V，8端接15V，给运算放大器进行双电源供电(如图7)。
[0043]8.加工金属表面时，将示波器的I通道的探针接交流霍尔传感器的M端，接地夹不用接地，观察示波器，工业电脑屏幕呈现不规则的正弦波。将示波器的2通道的探针接高频变压器T2的A4端的OUT+端，接地夹接地，观察工业电脑，工业电脑屏幕呈现矩形波，。用万用表测量M端的电流大小是IA左右。说明控制电路工作电路正常，金属表面加工工作良好。若金属表面加工工作不正常，查看U27的波形是否为矩形波，若是矩形波就换IGBT。若不是矩形波，就换U26 (4046),换后工作就正常。
【权利要求】
1.一种智能磨床加工装置所采用的技术方案是采用智能单片机为核心，外围电路为辅助电路的控制电路.控制电路驱动IGBT开关，产生功率超声波，将产生的功率超声波通过换能器转换为高频振动方案.其特征是:一种智能磨床加工装置技术方案包括信号产生电路，信号整形处理电路，采样信号处理电路，信号控制电路，信号驱动电路和信号输出电路，电路电源产生电路。
2.如权利要求1所述的一种智能磨床加工装置，技术方案包括信号产生电路，信号整形处理电路，采样信号处理电路，信号控制电路，信号驱动电路和信号输出电路，电路电源产生电路.其特征:集成芯片U26的型号是⑶4046.U26的I脚接电阻RJ后直接接地.2脚接ROl后分接到此芯片的9脚和COl的一端，COl的另一端接地.3脚和5脚分别与外围电路相连接.6脚同时接C02和C02.1 一端，两个电容的另一端同时接7脚.8脚和15脚同时接地.11脚接R06和R07两个串联电阻后接地.12脚接串联的R04和R04.1和R05三个电阻后接地.14引脚接C03 —端，C03另一端接R02，R02的另一端分接C04和R03的一端.C04D的另一端接地.R03的另一端接DOl的负极和霍尔交流传感起的输出端M.霍尔交流传感的负电源“一”端(负15V电源)接DOl的正极和U20的4脚.集成芯片U20的型号是TL082.U20的I脚接D02的正极，D02的负极接U19的5脚.2脚接R08和R09的一端.R08的另一端接地.R09的另一端接霍尔交流传感器的“ + ”(15V电源)，同时接8脚和D03的负极.D03的正极接霍尔交流传感器输出端M.3脚接Rll和C06的的一端，C06的另一端接地.Rll的另一端接霍尔交流传感器的“ + ” (15V电源).4脚接D04的正极，D04的负极接U22的3脚.5脚接R10，RlO的另一端接C05，C05的另一端接地.6脚同时接R12和R13，R12的另一端接地.R13另一端接7脚，7脚接D5的正极.D5的负极接Rl 14，R14和C07串联C07的另一端接地.集成芯片U19的型号是⑶4093.1脚并接C08和R17，C08的另一端接U22的8脚.R17的另一端接4脚.2脚连接到I脚.3脚并接R15和和R16.R15的另一端接U26的5脚.R16的另一端接到5脚和D06的负极端.D06的正极接U20的I脚.6脚接到5脚上.7脚同时连接R18和R19.R18的另一端接U22的3脚.R19的另一端接U26的3脚和D07的负极，D07的正极接R20.R20的另一端接U22的I脚.集成芯片U22的型号是TL082.U22的I脚接U22-1.2脚接地.3脚并接U22-3，D08的负极和C09.C09的另一端并接R21, R22和C1.R22和ClO的另一端同时接地.R21的另一端接OUT+.4脚并接J26-6，U20-4和D08的正极.8脚接U22-8.集成芯片U27的型号是⑶4093，I脚接Cll和R23.Cll的另一端接地.R23的另一端接5脚，6脚和2脚再接U26-4.7脚接地.8脚接R24, R24的另一端接4脚和9脚.9脚接C12.C12的另一端接地.10脚，12脚和13脚同时接R25，R25的另一端接11脚.14脚U26-16.集成芯片U33的型号是VLA517.VLA517的I脚D13的正极和E05的负极.3脚接R34.R34的另一端接J3-6.9脚接E05的正极.13脚接R26后接U27-11.12脚接地.6脚接D16的正极.R27和R28并连接D16的负极.C16, C17并联接R27, R28的另一端.C16, C17并联的另一端接Ql的集电极.C18, C19, R29并接后一端接Ql的集电极，C18，C19, R29并接后另一段接R30.R30的另一端接Q2的射极.D16的负极接并联的C20，C21, C20和C21的另一端接并联的R32, R31.R32, R31接Q2的射极.ROO接Ql的集电极，ROO的另一端接T2的Al端和COOl的负极.T2的A2端Ql的射极.T2的A4端接接OUT+端和高频电感的一端，高频电感的另一端接换能器的正极.换能器的负极接HCGQ器的一端.另一端接地.A3的另一端接地。
3.如权利要求2所述的一种智能磨床加工装置，其特征:U26的型号是⑶4046，是一片产生频率，自动锁定相位的集成芯片，是信号产生电路的核心元件.集成芯片U20的型号是TL082，用于采样换能器输出信号，运算放大和处理采样信号的电路的核心集成电路.集成芯片U19的型号是⑶4093，是信号整形处理电路的核心元件.集成芯片U22型号是TL082，是高频信号输出采样处理电路的核心元件.集成芯片U27的型号是CD4093，用于对高频信号波形进行整形电路的核心元件.集成芯片U33的型号是VLA517，VL517是IGBT的集成驱动模块。
4.如权利要求1所述的一种智能磨床加工装置，技术方案包括信号产生电路，信号整形处理电路，采样信号处理电路，信号控制电路，信号驱动电路和信号输出电路，电路电源产生电路.其特征:电源产生电路由变压器由Tl，D25，D26，D27，U23，7915，7815和7818为主的元件构成.Tl的初级线圈接220V电源，Tl有2个次级线圈，一个是产生AC16V的电压，一个是产生AC19V的电压.AC16V的同名端接D25和D27的I端，AC16V的另一端接D25和D27的3端.AC19V的同名端接D26的2端，AC19V的另一端接D26的4端.D26的3端接U24的I端.D26的I端接地.E07正极接D26的3端和U24的I端.U24的2端接D14的正极，D14和D15串联，D15的负极接地.U24的三端接E06正极和C15的一端.C15的另一端和E06的负极接地.D25的2端接地.D25的4端接E02的正极和U23的I端.U23的2端接地.E02的负极接地.U23的3端接EOl的正极，C13的一端和U26 —16.EOl的负极和C13的另一端接地.D27的4端接地，D27的2端接E03的负极和U29的2端.U29的I端接地.U29的3端接E04的正极和C14的一端.E04的正极并接C14的另一端，U22-4和地。
5.如权利要求4所述的一种智能磨床加工装置，其特征是:D25，D26，D27是整流桥.U23，U24，U29是三端稳压器。
【文档编号】G05B19/406GK104252152SQ201310259746
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2013年6月27日 优先权日:2013年6月27日
【发明者】不公告发明人 申请人:王培涛