专利名称：一种用于折弯机床的定位数控装置及方法
技术领域：
本发明属机械制造技术领域，特别是涉及一种用于折弯机床的定位数控装置及方法。
背景技术：
利用位置反馈信号实现快速、精确的定位是数控折弯机床的基本任务。这是一类应用 非常广泛的数控机床，目前比较常见的方法是通过电动机调速装置，在后挡料接近目标时 降低运行速率，然后在低速运行中实现精确定位，这种定位方法的缺陷是成本高，本发明 为解决这个问题提供了 一条新的途径。
专利公开号CN1848664利用直流无刷电机内部的霍尔传感器发出的信号计算电动机的 运行圈数并控制其运转速度，须事先测出电动机滑行圈数，然后根据该圈数提前切断电动 机供电，这种方法的局限在于无法应用到成本低廉的交流异步电动机上。 专利公开号CN1694344利用直流电动机的剩余电动势进行短接制动，其局限是制动效果有 限，且没有描述具体的定位方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种动态制动方法实现快速精准定位的用于折弯机 床的定位数控装置及方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种用于折弯机床的定位数控装 置，包括交流电动机、丝杆、后挡料、工作平台、接近开关即标定传感器、金属片以及皮 带传动机构组成，所述定位数控装置的主轴的一端与光电编码器相连，在所述的交流电动 机和光电编码器之间串联控制器和驱动模块。
在所述的交流电动机和驱动模块之间联有切换继电器，正转交流接触器和反转交流接 触器并联后与切换继电器并联，电源变压器通过两个串联的行程开关及另一组与上述连接 关系相同的切换继电器，正转交流接触器和反转交流接触器与控制器相连。
所述的驱动模块由整流模块、降压电阻、二极管、稳压管、电容、光耦、M0SFET、限 流电阻以及续流二极管组成，所述的续流二极管的负极通过限流电阻与整流模块相连，整 流模块通过降压电阻、二极管与相互并联的稳压管和电容及光耦相接，光耦与M0SFET相 连。
所述的控制器由8位单片机实现，配以LED显示和操作键盘以及适当的I/0接口，内 置开关电源。一种使用用于折弯机床的定位数控装置的方法，包括下列步骤
(1) 主轴光电编码器输出信号，经过控制器的处理来识别后挡料的当前位置、速度 和加速度；
(2) 控制器根据设定的位置目标发出指令使交流电机按规定的方向运转；
(3) 当后挡料到达预期位置后，控制器发出电动机失电信号；
(4) 由于惯性作用，后挡料将继续滑行，此时，控制器根据后挡料当前的速度及位 置信息，预测其将要滑行的距离，并以此为依据来发出适当大小的制动信号；
(5) 当运动对象十分接近目标时，控制器发出最终制动信号，完成一次性精确定位。 根据权利要求5所述的一种使用用于折弯机床的定位数控装置的方法，其特征在于-
所述的后挡料上的金属片经过标定传感器时就进行一次自动位置标定。
本发明的发明原理
(1) 本发明采用一种独特的动态制动方法实现快速精准定位。当电动机失电后，后 挡料有一个惯性滑行阶段，本发明根据其滑行的状态，发出适当的制动信号， 该信号经过驱动模块后转化成相应大小的制动力作用于电动机，使后挡料在接 近目标位置时的速率降到一定的范围之内，然后再根据目标位置发出最终制动 信号，从而确保后挡料定位的快速性和准确性。本发明相比以往采用电机调速 定位的方法省却了昂贵的电动机调速装置，且采用普通的鼠笼式异步三相交流 电机，大大降低了制造成本。
(2) 本发明采用的是一种独特的受控直流制动方式。当在异步电动机定子绕组施加 直流电压时，定子产生静止的恒定磁场，旋转的转子切割此磁场产生制动力矩， 迫使电动机转子较快地停止。相对于能耗制动、反接制动等其它制动方式，直 流制动的响应速度快，制动力矩大，控制更灵活。正是利用直流制动的这些优 点，本发明设计了制动力矩的智能动态控制方法，达到了低成本、快速、精确 定位的目的。
本发明的工作过程描述如下(参见图2):首先给定一个目标位置，在启动指令作用 下，后挡料在时间t0 tl内全速运行至A点；控制器发出停车指令，电动机失电，在后
挡料自由滑行的过程中，依靠动态调整的制动力对后挡料进行调速，至t2时刻(B点)，
控制器发出一个最终的制动信号使电动机恰好停止在目标位置上，完成快速、精确的定位。
此时若不施加制动作用，后挡料将自由滑行到t3时刻(C点)停止。有益效果
本发明不需要电动机调速装置，不需要减速电机，也不需要变速箱，只需要普通的三 相异步电动机和驱动模块就可以完成后档料的速度调整和精确定位，总体制造成本比同类 产品大大节省。
采用标定传感器来消除累积误差，保证了控制器在长时间使用后仍然能保证一定的定 位精度和重复性。
不过分依赖运动模型，构造简单，控制精度满足实用指标。
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的工作过程示意图。
图3为本发明驱动模块的电气原理图。
图4为本发明电气控制系统原理图。
具体实施例方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明 而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术 人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限 定的范围。
1. 系统机械结构
本发明由光电编码器l、控制器2、驱动电路3、交流电动机4、丝杆5、后挡料6、 工作平台7、接近开关8 (标定传感器)、金属片9以及皮带传动机构10组成，系统结构 如图1所示。除了驱动电路3、控制器和光电编码器1夕卜，其它设施与普通折边机并无区 别。
2. 电气工作原理
本发明的电气控制系统原理如图4所示。该系统主要由光电编码器1、控制器2、驱 动模块3、电动机4、接近开关8 (用作标定传感器)、切换继电器ll、交流接触器12 (正 转)、交流接触器13 (反转)、电源变压器14以及行程开关15、 16组成。交流接触器12、 13互锁用于驱动电动机的正反转；正常运行时，切换继电器11处于失电状态，当需要电 动机制动停止时，只有在交流接触器12或13失电后，才可能得电；通过切换继电器ll， 控制器2发出脉宽调制信号经驱动模块3输出制动所需的直流电压被施加到电动机4的绕
5组上；控制器2根据光电板编码器计算后挡料的目标位置和当前位置，适时发出控制信号， 完成折边机后挡料6的快速精确定位。行程开关15、 16的作用是确保后挡料6在安全的 范围内移动。
3. 制动驱动模块
驱动模块3的电气原理如图3所示，它由整流模块21、降压电阻22、 二极管23、稳 压管24、电容25、光耦26、 M0SFET27、限流电阻28以及续流二极管29等组成。该模块 是介于控制器1和交流电动机4之间的驱动电路，其主要作用有两个 一是将三相交流电 转换为直流电，二是根据数控装置输出的制动信号，把适当的直流电施加于交流电动机4 的定子绕组上，使之产生制动力矩。
4. 位置检测和控制
本发明利用主轴光电编码器l的输出信号，经过控制器2的处理来识别后挡料6的当 前位置、速度和加速度。控制器2根据设定的位置目标发出指令使交流电机4按规定的方 向运转；当后挡料6到达适当位置后，控制器2发出电动机失电信号；由于惯性作用，后 挡料6将继续滑行，此时，控制器2根据后挡料6当前的速度及位置信息，预测其将要滑 行的距离，并以此为依据来发出适当大小的制动信号；当运动对象十分接近目标时，控制 器2发出最终制动信号，完成一次性精确定位。
5. 测量精度自动校正
由于后挡料6的往返运动难免会产生累积误差，本发明设计了标定传感器8，每当后 挡料6上的金属片9经过标定传感器8时就进行一次自动位置标定，从而有效地消除累积 误差。
6. 安全连锁
本发明利用一个切换继电器11实现制动信号的安全连锁；只有当电动机失电指令发 出，驱动电动机的三相交流接触器12、 13脱扣后，该继电器11才将驱动模块3接入电动 机4回路；制动完成后又自动切断驱动模块3的制动回路。
7. 自动退让
对近距离目标，为了保证有足够的滑行距离，控制器能使后档料自动作出退让动作。
8. 控制器
控制器由一般的8位单片机实现，配以LED显示和操作键盘以及适当的I/0接口，内 置开关电源。
本发明实现的功能如下*对折弯机的后挡料进行定位控制。
对折弯机垂直滑块死挡块进行定位控制。
*三排数码管同时显示工步，下压次数，X轴位置，Y轴位置的信息。
*牟哮寧寧，^:牢単，控制精度可达到士O. 10,。
*皁考jf牟，有效消除累积误差。
单向和双向定位，消除丝杠间隙。
*自动退让防止逃料，避免后挡料装置与工件的干涉，减少磨损，提高定位精度。
具有断电位置记忆功能，对参数、位置及程序进行现场保护。 參具有快速位置示教功能。
*有手动、半自动、自动(编程)三种运行模式。
*多工步编程可实现多工步零件一次性加工，提高生产效率。
*系统自动记忆操作人员设定的参数。
具有电子软限位功能。
权利要求
1.一种用于折弯机床的定位数控装置，包括交流电动机(4)、丝杆(5)、后挡料(6)、工作平台(7)、接近开关即标定传感器(8)、金属片(9)以及皮带传动机构(10)组成，其特征在于所述定位数控装置的主轴的一端与光电编码器(1)相连，在所述的交流电动机(4)和光电编码器(1)之间串联控制器(2)和驱动模块(3)。
2. 根据权利要求1所述的一种用于折弯机床的定位数控装置，其特征在于在所述的交 流电动机(4)和驱动模块(3)之间联有切换继电器(11)，正转交流接触器(12)和 反转交流接触器(13)并联后与切换继电器(11)并联，电源变压器(14)通过两个 串联的行程开关及另一组与上述连接关系相同的切换继电器，正转交流接触器和反转 交流接触器与控制器(2)相连。
3. 根据权利要求1所述的一种用于折弯机床的定位数控装置，其特征在于所述的驱动 模块(3)由整流模块(21)、降压电阻(22)、 二极管(23)、稳压管(24)、电容(25)、 光耦(26)、 MOSFET (27)、限流电阻(28)以及续流二极管(29)组成，所述的续流 二极管(29)的负极通过限流电阻(28)与整流模块(21)相连，整流模块(21)通 过降压电阻(22)、 二极管(23)与相互并联的稳压管(24)和电容(25)及光耦(26) 相接，光耦(26)与MOSFET (27)相连。
4. 根据权利要求1所述的一种用于折弯机床的定位数控装置，其特征在于所述的控制 器(2)由8位单片机实现，配以LED显示和操作键盘以及适当的1/0接口，内置开关 电源。
5. —种使用权利要求1所述的一种用于折弯机床的定位数控装置的方法，包括下列歩骤(1) 主轴光电编码器输出信号，经过控制器的处理来识别后挡料的当前位置、速度 和加速度；(2) 控制器根据设定的位置目标发出指令使交流电机按规定的方向运转；(3) 当后挡料到达预期位置后，控制器发出电动机失电信号；(4) 由于惯性作用，后挡料将继续滑行，此时，控制器根据后挡料当前的速度及位 置信息，预测其将要滑行的距离，并以此为依据来发出适当大小的制动信号；(5) 当运动对象十分接近目标时，控制器发出最终制动信号，完成一次性精确定位。
6. 根据权利要求5所述的一种使用用于折弯机床的定位数控装置的方法，其特征在于-所述的后挡料上的金属片经过标定传感器时就进行一次自动位置标定。
全文摘要
本发明涉及一种用于折弯机床的定位数控装置，包括交流电动机(4)、丝杆(5)、后挡料(6)、工作平台(7)、接近开关即标定传感器(8)、金属片(9)以及皮带传动机构(10)组成，其特征在于所述定位数控装置的主轴的一端与光电编码器(1)相连，在所述的交流电动机(4)和光电编码器(1)之间串联控制器(2)和驱动模块(3)。本发明总体制造成本比同类产品大大节省；采用标定传感器来消除累积误差，保证了控制器在长时间使用后仍然能保证一定的定位精度和重复性。不过分依赖运动模型，构造简单，控制精度满足实用指标。
文档编号B23Q3/00GK101623827SQ20091005651
公开日2010年1月13日 申请日期2009年8月14日 优先权日2009年8月14日
发明者张中炜, 林文卿 申请人:东华大学