专利名称：刀架通用测控算法及其测控器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种数控刀架控制领域，尤其是一种刀架通用测控算法及其测控器。
背景技术：
数控机床被广泛使用于现代工业生产中，数控刀架是数控车床必备的功能部件，刀架的质量和可靠性，直接影响着数控机床的性能和使用效率。因此在各种刀架的生产、使用以及维修过程中，刀架的控制和检测设备必不可少。而数控车床所配的刀架又是形形色色，种类繁多，例如:全电动单向转刀架、全电动双向转刀架、全液压刀架、电液刀架或电液伺服刀架等等。并且数控刀架又有4工位、5工位、6工位、8工位、12工位等不同的规格。另外数控刀架上安装的有编码器、发迅盘、位置开关、接近开关等不同种类的检测装置，其信号形式(是否编码)、有效电平(高/低电平)也不统一。因此现有的刀架测控设备通常对不同种类的刀架，采用不同的测控装置，还没有做到对各种数控刀架的统一控制和检测，尤其是全面、准确的控制，以及较完备的故障检测和报警。随着单片机性能和可靠性的不断提高，尤其是其用户程序存储器容量的不断增力口，在由单片机构成的测控器的基础上，通过运行一个刀架通用测控程序，来实现对各种数控刀架的统一控制和检测成为可能。
发明内容
本发明要解决的技术问题是:提出一种刀架通用测控算法及其测控器，能够实现以下3个目的:1、控制的通用性:用一台刀架测控器，实现对上述各种刀架或2-3种刀架的控制与检测，以提高测控器的适用范围。当然此功能建立在由单片机构成的测控器的基础上，也就是说需要硬件的支持；2、检测的严格性:基于对刀架控制和检测的了解，这里提出一种对所有刀架都适用的测控方案，以实现对刀架性能和可靠性的最严格的检测，以提高刀架生产中的产品质量；3、诊断的智能性:无论哪种刀架，其换刀动作各不相同，应对其换刀的每个动作加以检测和记录，并与其正确的流程进行比对，如有异常应给出及时和准确的报警，以实现对刀架故障的智能化诊断，缩短刀架故障的排除时间，以提高生产效率。本发明所采用的技术方案为:一种刀架通用测控算法，控制刀架运行时，对刀架各个工位数进行赋值后再对反转时间赋值；赋值完成后选择刀架种类；选定刀架后完成换刀动作。一种刀架通用测控器，包括微处理器以及与微处理器相连接的单片机输入电路以及单片机输出电路；所述的单片机输入电路包括设置单元、第一光电耦合电路以及输入接口，所述的第一光电I禹合的输出端连接微处理器，输入端连接输入接口 ；所述的单片机输出电路包括第二光电耦合电路、输出接口以及显示单元，所述的第二光电耦合电路的输出端连接输出接口，输入端连接微处理器；所述的输出接口以及输入接口之间连接电动刀架。微处理器是整个测控器的控制核心，也是该测控器能够实现通用控制的基础。为微处理器编制一套全功能的电动刀架的控制和测试程序，再在整机的其他各部分电路的配合下，就能完成对各种电动刀架的控制、检测、显示或报警。该微处理器由MCS-51系列单片机构成，也可以由其他功能相当的单片机构成。程序包含电动单/双向转刀架测控程序，控制方式分为手动、自动和循环拷机3种控制方式，配以专门的刀架测控算法，可以实现对各种电动刀架不同控制方式的控制。另外，该程序在控制刀架运行中，实时检测刀架换刀的每一步动作，如有故障则给出故障报警，可实现刀架故障的智能诊断。光电耦合所起的作用是既联通内外部电路的信号，又隔离外部电路带来的电磁干扰，使内部核心控制电路更加稳定、可靠地工作。设置单元由按钮、旋钮、波段开关等主令器件构成。负责选择所控制的刀架的种类、规格、控制方式、等运行参数。输入接口负责接收刀架侧的检测信号和CNC侧的程序刀号指令。该部分电路提供了丰富的接口，用于连接不同刀架安装的各种可能的检测器件，如编码器、发迅盘、微动开关、接近开关等。并且接口功能灵活，能完成不同形式的信号的输入，因此该测控器可以实现对各种刀架的连接及控制。显示单元由数码管和LED指示灯等显示器件构成，用于刀架规格、运行参数、运行状态、所在刀位和报警号的显示。输出接口负责将微处理器送出的控制信号进行放大，以驱动继电器线圈，进而控制刀架中的各个执行器件，如刀架电机、电磁阀、电磁插销、电磁刹车，实现测控器对刀架的控制和检测。本发明的有益效果是:1、控制的通用性:以往刀架的测试和控制，往往对不同的刀架采用不同的测试和控制设备。以该算法构成的测控器可以实现对2-3种刀架或更多种刀架的控制，并可兼容4、5、6、8、12等不同工位数的刀架，提高了设备通用性和利用率；2、检测的完备性:在刀架的生产中，以往刀架的老化试验，通常是通过对刀架的单步换刀，来检测刀架的性能和可靠性的，虽然可以检测到每个刀位，但只是完成对刀架的基本检测。以该算法构成的测控器，在刀架的老化试验中，对刀架换刀采用严密完备的方式进行拷机，并反复循环。这是对刀架的性能和可靠性最严格的检测，能通过该检测的刀架质量和可靠性更高；3、高智能性:以该算法构成的刀架测控器，在控制刀架运行中，实时检测刀架换刀的每一步动作，如有故障则给出故障报警，智能地检测出刀架的故障或指示出较为准确的故障范围，这样降低了故障判断难度，缩短了故障查找时间；4、多用途:①以该算法构成的测控器，可构成刀架测控柜，实现多台刀架同时控制，用于刀架生产时的老化测试设备；②以该算法构成的测控器，可构成智能刀架故障测试器，用于刀架的售后服务，解决因产品质量产生的纠纷(刀架有故障还是刀架的控制线路有故障)，或迅速定位刀架故障，以便尽快排除故障。③以该算法构成的测控器，可直接用于数控车床刀架控制线路，以简化CNC侧的刀架PLC控制程序；5、社会效益明显:目前全国各类刀架的产量大约22万台，年产值约3.8亿元；而数控车床作为制造母机服务于机械加工的行行业业，影响辐射国防装备、工业生产、民用生活的方方面面，其间接的社会效益巨大。以该算法构成的测控器用于刀架的生产，可以提高刀架的质量和产量；在数控车床的停机故障中，刀架故障占很大比例，以该算法构成的测控器用于刀架的售后服务，可以缩短因刀架故障引起的停机时间，大大提高数控车床的使用率。因此其直接的经济效益和间接的社会效益明显。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。图1是本发明测控器的结构示意框图；图2是测控算法的流程图；图3是电动单向转刀架测控算法流程图；图4是刀架测控器设置单元结构框图；图5是架测控器高低电平兼容接口示意图；图6是刀架测控器编码器及发迅盘接口示意图；图7是刀架测控器线路图。
具体实施例方式现在结合附图和优选实施例对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。如图1和图6所示，一种刀架通用测控器，包括微处理器以及与微处理器相连接的单片机输入电路以及单片机输出电路；所述的单片机输入电路包括设置单元、第一光电耦合电路以及输入接口，所述的第一光电耦合的输出端连接微处理器，输入端连接输入接口 ；所述的单片机输出电路包括第二光电耦合电路、输出接口以及显示单元，所述的第二光电耦合电路的输出端连接输出接口，输入端连接微处理器；所述的输出接口以及输入接口之间连接电动刀架。本发明提出的目的是:提高刀架测控器的通用性、刀架性能和可靠性检测的严格性和完备性以及用刀架测控器对刀架进行测控时，当刀架出现故障，对其故障实现较为准确和及时地智能诊断。1、通用性的实现思路:对于不同种类的刀架，由于其机械结构和换刀原理不同，因此对刀架的控制方式和测试项目也有所不同。应采取以下措施:⑴刀架通用测控器建立在由单片机构成的测控线路的基础上，这样对于不同的刀架可调用不同的测控程序，如图1、图7所示。⑵根据各种刀架的换刀流程编制一一对应的换刀控制子程序以备调用，如图2所
/Jn ο⑶在刀架测控器的设置单元连接波段开关、拨码开关、钮子开关、旋钮等开关，来设置要控制的刀架种类，工位数、控制方式、反转锁紧时间等运行参数，如图3所示。⑷设计专用的输入接口，用以接受不同的检测信号，连接各种不同的刀架。①编码器接口其特点是高电平有效，编码信号。其接口设计成高电平有效的输入接口即可，其信号将输入到光电稱合电路。②发迅盘接口其特点是低电平有效，一一对应信号。其接口设计成低电平有效的输入接口，然后经过编码电路，将该信号处理成与编码器相同的信号，与编码器信号一同输入到光电耦合电路。由于编码器和发迅盘不会同时使用，这样最终将两路信号合并经过光电耦合电路输入到单片机，可以节省单片机的输入点。③其他接口其它接口中可能包括一一锁紧开关、放松开关、插销到位开关等，它们通常由行程开关、微动开关或接近开关构成，一般都为高电平有效的信号。其中锁紧开关信号比较特殊，对于不同的刀架，有可能是高电平有效，也有可能是低电平有效，因此应将该信号接口设计成高、低电平都可以有效的接口。这样就可以实现一台测控器能够对2-3种或更多种刀架的控制。如图5、如图6所
/Jn ο2、严格检测的实现方法:在刀架的生产中，当刀架装配完毕，必须经过一系列的质检，其中一项是连续数小时的刀架换刀检测，被称为老化试验，也称为循环拷机。以往刀架的老化试验，通常是通过对刀架的单步换刀，来检测刀架的性能和可靠性的，虽然可以检测到每个刀位，但只是相邻刀位的换刀，这种检测不够严格。因为刀架相邻刀位换刀时，刀盘的转速较低，当刀架转位到位停止时，刀盘的前冲惯性不大，比较容易准确地停止在正确的位置；如果隔2-3个刀位换刀，例如从I号刀位换到4号刀位，这时换刀，刀盘的转速有足够的时间提升到刀盘的最大转速，当刀架转位到位停止时，刀盘的前冲惯性很大，不容易准确地停止在正确的位置，这时是对刀架编码器等检测元件安装位置是否准确及刀架性能的最严格的检测。以该算法构成的测控器，在刀架的老化试验中，对刀架换刀以严密完备的方式进行考验，即将刀架换刀的各种情况以穷尽的方式一一加以考验，并反复循环。这是对刀架的性能和可靠性最严格的检测，能通过该检测的刀架质量和可靠性更高。以4工位刀架为例，以下是4工位刀架换刀的所有可能情况，应依次执行，并反复循环。
(I) — (2)、(2) — (I)、(I) — (3)、(3)—(I)、(I)—(4)、(4)—(I);(I) — (2)、(2) — (3)、(3) — (2)、(2) —(4)、(4) —(2)、(2) —(I)；(I) — (3)、(3) — (4)、(4) — (3)、(3) —(I)。3、智能诊断的实现方案:在控制刀架运行中，实时检测刀架换刀的每一步动作，如有故障则给出故障报警，智能地检测出刀架的故障或指示出较为准确的故障范围，这样降低了故障判断难度，缩短了故障查找时间。以电动双向转刀架控制为例，设置如下报警:①换刀之如检测刀架编码器 目号是否正确编码器异常报警，②发出换刀指令后--------------检测所要刀号是否正确-------刀号非法报
目，③发出刀架放松指令后---------检测刀架是否放松------------刀架未放松
报警，④刀架放松后开始转位---------检测刀架是否到位------------刀架未到位
报警，⑤刀架到位后发出插销指令检测刀架是否插销到位--------插销未到位报m目，⑥插销到位后发出反转指令检测刀架是否锁紧------------刀架锁紧超时
报警，⑧刀架锁紧后撤销反转指令再次检测刀架是否锁紧--------刀架未锁紧报
目，⑨刀架电机反转停止后---------检测刀架编码器信号----------刀架错位报
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目O(所在刀位是否为所要刀位)以上说明书中描述的只是本发明的具体实施方式
，各种举例说明不对本发明的实质内容构成限制，所属技术领域的普通技术人员在阅读了说明书后可以对以前所述的具体实施方式
做修改或变形 ，而不背离发明的实质和范围。
权利要求
1.一种刀架通用测控算法，其特征在于:控制刀架运行时，对刀架各个工位数进行赋值后再对反转时间赋值；赋值完成后选择刀架种类；选定刀架后完成换刀动作。
2.一种如权利要求1所述的刀架通用测控算法所使用的刀架测控器，其特征在于:包括微处理器以及与微处理器相连接的单片机输入电路以及单片机输出电路；所述的单片机输入电路包括设置单兀、第一光电I禹合电路以及输入接口，所述的第一光电I禹合的输出端连接微处理器，输入端连接输入接口 ；所述的单片机输出电路包括第二光电耦合电路、输出接口以及显示单元，所述的第二光电耦合电路的输出端连接输出接口，输入端连接微处理器；所述的输出接口以及输入接口之间连接电动刀架。
3.如权利要求2所述的刀架通用测控器，其特征在于:所述的微处理器对电动刀架进行控制、检测、显示以及报警。
4.如权利要求2所述的刀架通用测控器，其特征在于:所述的显示单元由数码管和LED指示灯组成。
5.如权利要求2所述的刀架通用测控器，其特征在于:所述的所述的输入接口接受不同的检测信号并连接不同的刀架。
全文摘要
本发明涉及一种刀架通用测控算法及其测控器，在控制刀架运行时，对刀架各个工位数进行赋值后再对反转时间赋值；赋值完成后选择刀架种类；选定刀架后完成换刀动作。本发明提高了刀架测控器的通用性、刀架性能和可靠性检测的严格性和完备性以及用刀架测控器对刀架进行测控时，当刀架出现故障，对其故障实现较为准确和及时地智能诊断。
文档编号G05B19/406GK103207590SQ20131000055
公开日2013年7月17日 申请日期2013年1月4日 优先权日2013年1月4日
发明者刘建功 申请人:常州机电职业技术学院