專利名稱：輥類表面激光毛化數(shù)控系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種數(shù)控系統(tǒng)，具體地說(shuō)的是一種輥類表面激光毛化數(shù)控系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
毛化鋼板具有優(yōu)良的沖壓性能和表面涂鍍性能，是汽車、家電、電子和輕工業(yè)生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用的重要原材料，毛化鋼板生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)是軋輥表面毛化，激光軋輥毛化技術(shù)是現(xiàn)在使用的幾種毛化技術(shù)包括噴丸毛化、電火花毛化以及電子束毛化中實(shí)用而又先進(jìn)的一種毛化技術(shù)。激光軋輥毛化技術(shù)主要分為兩大類一類是采用CO2氣體激光器的CO2激光毛化，另一類是采用固體Nd = YAG激光器的YAG激光毛化。毛化過(guò)程中的操作順序通常如下工件(軋輥)安裝在數(shù)控機(jī)床的工件主軸上，被工件主軸在工件主軸電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下高速旋轉(zhuǎn)；激光器(或激光毛化頭)安裝在車床的小托板上，可以在X、Z向運(yùn)動(dòng)(通過(guò)控制X軸及Z軸移動(dòng)實(shí)現(xiàn))。毛化過(guò)程中軋輥高速旋轉(zhuǎn)，激光器沿Z向恒速移動(dòng)，激光器輸出的激光在軋輥表面以一個(gè)恒升角刻蝕出沿螺旋線分布的毛化點(diǎn)，通過(guò)控制轉(zhuǎn)速、激光器的Z向運(yùn)動(dòng)速度、毛化激光脈沖頻率，就可以獲得需要的毛化點(diǎn)密度、粗糙度等毛化結(jié)果，完成所需要的毛化要求。目前，用于輥類表面激光毛化的數(shù)控系統(tǒng)是將通用車床數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)單改造，使其能夠適用于激光毛化領(lǐng)域，但由于其并非專為激光軋輥毛化技術(shù)所投計(jì)，仍然存在操作復(fù)雜、靈活性差、維護(hù)困難、造價(jià)昂貴的問(wèn)題。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，提供一種操作簡(jiǎn)單、靈活性好、維護(hù)簡(jiǎn)便、設(shè)備成本低的輥類表面激光毛化數(shù)控系統(tǒng)。技術(shù)方案包括安裝在數(shù)控機(jī)床上的工件主軸電機(jī)及其變頻器、高速電機(jī)及其變頻器、激光器及其電源、以及定位伺服驅(qū)動(dòng)，所述定位伺服驅(qū)動(dòng)器與伺服電機(jī)連接，其特征在于，還包括有人機(jī)界面、手動(dòng)控制面板、通訊接口及MCU，所述人機(jī)界面、手動(dòng)控制面板經(jīng)通訊接口與MCU的輸入端連接，所述MCU的輸出端分別與定位伺服驅(qū)動(dòng)器和工件主軸電機(jī)的變頻器、高速電機(jī)的變頻器、激光器的電源連接。進(jìn)一步的，還包括有用于檢測(cè)高速電機(jī)及工件主軸電機(jī)轉(zhuǎn)速的編碼器，所述編碼器輸出端與MCU的輸入端連接。進(jìn)一步的，還包括有手輪，所述手輪的輸入端經(jīng)通訊接口與MCU的輸入端連接。所述定位伺服驅(qū)動(dòng)器包括X軸伺服驅(qū)動(dòng)器和Z軸伺服驅(qū)動(dòng)器，所述伺服電機(jī)包括X軸伺服電機(jī)和Z軸伺服電機(jī)，所述X軸伺服驅(qū)動(dòng)器連接X(jué)軸伺服電機(jī)，Z軸伺服驅(qū)動(dòng)器連接Z軸伺服電機(jī)。人機(jī)界面(可以為觸摸顯示屏)提供可視化界面給用戶控制整個(gè)激光毛化數(shù)控系統(tǒng)，手動(dòng)控制面板用于手動(dòng)輸入控制參數(shù)，手輪用于手動(dòng)對(duì)焦，手輪、人機(jī)界面及手動(dòng)控制面板通過(guò)通訊接口實(shí)現(xiàn)與MCU的信息交互，MCU接收信號(hào)，并對(duì)信號(hào)進(jìn)計(jì)算和/或比較、轉(zhuǎn)換并輸出相應(yīng)的控制信號(hào)(如輸出控制信號(hào)給變頻電原控制輸出電壓的大小、輸出制信號(hào)給定位伺服驅(qū)動(dòng)器控制伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng))給工件主軸電機(jī)的變頻器、高速電機(jī)的變頻器、激光器的電源和定位伺服驅(qū)動(dòng)器；所述編碼器用于采集高速電機(jī)及主軸電機(jī)電機(jī)上的轉(zhuǎn)速信號(hào)并將該信息反饋給MCU，MCU通過(guò)比較實(shí)際值與目標(biāo)值，對(duì)應(yīng)調(diào)整控制輸出電壓大小，使工件主軸變頻器控制的工件主軸電機(jī)、以及高速電機(jī)變頻器控制的高速電機(jī)的實(shí)際速度與預(yù)設(shè)的速度一致。本實(shí)用新型輥類表面激光毛化數(shù)控系統(tǒng)基于目前工業(yè)控制領(lǐng)域常用的中央處理器MCU、開(kāi)發(fā)了一套專用于輥類表面激光毛化的數(shù)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過(guò)簡(jiǎn)單輸入軋輥直徑、軋輥長(zhǎng)度、軋輥頭起始位置、毛化點(diǎn)密度、毛化速度等幾個(gè)參數(shù)，即可自動(dòng)完成整個(gè)毛化過(guò)程，操作簡(jiǎn)單，適合普通操作人員學(xué)習(xí)掌握。綜上，該系統(tǒng)具有制造成本低、參數(shù)輸入簡(jiǎn)單、操作方便、穩(wěn)定性高、維護(hù)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。

圖1為本實(shí)用新型原理框圖。其中，1-觸摸顯示屏、2-手動(dòng)控制面板、3-通訊接口、4-MCU、5_X軸伺服驅(qū)動(dòng)器、6-Z軸伺服驅(qū)動(dòng)器、7-X軸伺服電機(jī)、8-Z軸伺服電機(jī)、9-高速電機(jī)變頻器、10-工件主軸變頻器、11-激光器電源、12-高速電機(jī)、13-工件主軸電機(jī)、14-激光器、15-編碼器、16-編碼器、17-手輪、18-X軸、19-Z軸、20-斬光盤(pán)、21-工件主軸。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步解釋說(shuō)明參照?qǐng)D1及圖2，觸摸顯不屏1、手動(dòng)控制面板2及手輪17經(jīng)通訊接口 3與MCU4輸入端連接，所述MCU4輸出端連接定位伺服驅(qū)動(dòng)器、工件主軸電機(jī)的變頻器、高速電機(jī)的變頻器和激光器的電源，定位伺服驅(qū)動(dòng)器包括X軸伺服驅(qū)動(dòng)器5和Z軸伺服驅(qū)動(dòng)器6，X軸伺服驅(qū)動(dòng)器5連接X(jué)軸伺服電機(jī)7，Z軸伺服驅(qū)動(dòng)器6連接Z軸伺服電機(jī)8，X軸伺服電機(jī)7連接數(shù)控機(jī)床上的X軸18，以帶動(dòng)其移動(dòng)及定位；Z軸伺服電機(jī)8連接數(shù)控機(jī)床上的Z軸19，以帶動(dòng)其移動(dòng)及定位；所述高速電機(jī)變頻器9連接高速電機(jī)12用以控制高速電機(jī)12的轉(zhuǎn)速、工件主軸變頻器10連接工件主軸電機(jī)13用以控制主軸電機(jī)13的轉(zhuǎn)速、激光器電源11連接激光器14以控制激光器14的輸出功率。所述高速電機(jī)12以及工件主軸電機(jī)13上均裝有測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速的編碼器15、16。所述編碼器15、16的輸出端連接MCU4的輸入端。，所述高速電機(jī)12為帶動(dòng)斬光盤(pán)20轉(zhuǎn)動(dòng)的高速電機(jī)，所述工件主軸電機(jī)13帶動(dòng)工件主軸20轉(zhuǎn)動(dòng)。工作原理經(jīng)觸摸顯示屏I輸入軋輥直徑、軋輥長(zhǎng)度、軋輥頭起始位置、毛化點(diǎn)密度、毛化速度等參數(shù)，這些信號(hào)經(jīng)通訊接口 3送入MCU4，通過(guò)MCU4內(nèi)預(yù)設(shè)的程序計(jì)算出高速電機(jī)的轉(zhuǎn)速、X軸18移動(dòng)速度、Z軸19的給進(jìn)位置、以及工件主軸21的轉(zhuǎn)速、激光器14的功率等參數(shù)，并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)控制X軸18及Y軸19的定位信號(hào)，以及高速電機(jī)12、工件主軸電機(jī)13和激光器14的電壓控制信號(hào)，這些信號(hào)經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后分別輸入相應(yīng)的X軸伺服驅(qū)動(dòng)器7、Z軸伺服驅(qū)動(dòng)器8、高速電機(jī)變頻器9、工件主軸變頻器10以及激光器電源11中，工件主軸變頻器10接收到控制信號(hào)后輸出相應(yīng)電壓給主軸電機(jī)13，帶動(dòng)裝有工件的工件主軸21轉(zhuǎn)動(dòng)，高速電機(jī)12的編碼器15及工件主軸電機(jī)13的編碼器16自各采集相應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)，并反饋給MCU4，在MCU4中進(jìn)行與設(shè)定值進(jìn)行比較，輸出相應(yīng)控制信號(hào)以調(diào)整高速電機(jī)變頻器9及工件主軸變頻器10輸出電壓的大小，使高速電機(jī)變頻器9控制的高速電機(jī)12，以及工件主軸變頻器10控制的工件主軸電機(jī)13的實(shí)際轉(zhuǎn)速與目標(biāo)值一致；激光器電源11接收到控制信號(hào)后輸出相應(yīng)電壓調(diào)整激光器14的輸出功率射出相應(yīng)激光光束，同時(shí)高速電機(jī)12控制斬光盤(pán)20按設(shè)定轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)，將連續(xù)激光光速變?yōu)槊}沖光束射至軋輥表面；X軸伺服驅(qū)動(dòng)器5接收到控制信號(hào)后按照控制要求控制X軸伺服電機(jī)7轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)X軸給進(jìn)到合適的聚焦距離定位，Z軸伺服驅(qū)動(dòng)器6按照控制要求控制Z軸伺電機(jī)8轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)Z軸20先給進(jìn)至起始毛化位置，再沿Z向按給進(jìn)速度向另一側(cè)運(yùn)動(dòng)，X軸伺服電機(jī)7和Z軸伺服電機(jī)8的轉(zhuǎn)速各自反饋給X軸伺服驅(qū)動(dòng)器5和Z軸伺服驅(qū)動(dòng)器6 ;手輪17即為手動(dòng)脈沖發(fā)生器，可通過(guò)通訊接口 3及MCU4控制X軸伺服驅(qū)動(dòng)器，使X軸伺服電機(jī)帶動(dòng)相應(yīng)的X軸移動(dòng)，其作用是在手動(dòng)對(duì)焦時(shí)，人工調(diào)節(jié)使位于X軸上的激光器14移動(dòng)至焦點(diǎn)坐標(biāo)。本系統(tǒng)可在輸入相應(yīng)參數(shù)后按照程序設(shè)計(jì)的順序自動(dòng)啟動(dòng)激光器，控制數(shù)控機(jī)床上的X軸及Y軸進(jìn)行定位，并控制工件主軸和高速電機(jī)工作，自動(dòng)完成一系列的加工操作；還可以通過(guò)手動(dòng)控制面板人工控制操作各個(gè)步驟，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)和手動(dòng)兩種控制方式，控制極為簡(jiǎn)單靈活。
權(quán)利要求1.一種輥類表面激光毛化數(shù)控系統(tǒng)，包括安裝在數(shù)控機(jī)床上的工件主軸電機(jī)及其變頻器、高速電機(jī)及其變頻器、激光器及其電源、以及定位伺服驅(qū)動(dòng)器，所述定位伺服驅(qū)動(dòng)器與伺服電機(jī)連接，其特征在于，還包括有人機(jī)界面、手動(dòng)控制面板、通訊接口及MCU，所述人機(jī)界面、手動(dòng)控制面板經(jīng)通訊接口與MCU的輸入端連接，所述MCU的輸出端分別與定位伺服驅(qū)動(dòng)器和工件主軸電機(jī)的變頻器、高速電機(jī)的變頻器以及激光器的電源連接。
2.如權(quán)利要求1所述的輥類表面激光毛化數(shù)控系統(tǒng)，其特征在于，還包括有用于檢測(cè)高速電機(jī)及工件主軸電機(jī)轉(zhuǎn)速的編碼器，所述編碼器輸出端與MCU的輸入端連接。
3.如權(quán)利要求2所述的輥類表面激光毛化數(shù)控系統(tǒng)，其特征在于，還包括有手輪，所述手輪的輸入端經(jīng)通訊接口與MCU的輸入端連接。
4.如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的輥類表面激光毛化數(shù)控系統(tǒng)，其特征在于，所述定位伺服驅(qū)動(dòng)器包括X軸伺服驅(qū)動(dòng)器和Z軸伺服驅(qū)動(dòng)器，所述伺服電機(jī)包括X軸伺服電機(jī)和Z軸伺服電機(jī)，所述X軸伺服驅(qū)動(dòng)器連接X(jué)軸伺服電機(jī)、Z軸伺服驅(qū)動(dòng)器連接Z軸伺服電機(jī)。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種輥類表面激光毛化數(shù)控系統(tǒng)，解決了現(xiàn)有輥類表面激光毛化數(shù)控系統(tǒng)操作復(fù)雜、維護(hù)困難、造價(jià)昂貴的問(wèn)題。技術(shù)方案包括安裝在數(shù)控機(jī)床上的工件主軸電機(jī)及其變頻器、高速電機(jī)及其變頻器、激光器及其電源、以及定位伺服驅(qū)動(dòng)，所述定位伺服驅(qū)動(dòng)器與伺服電機(jī)連接，還包括有人機(jī)界面、手動(dòng)控制面板、通訊接口及MCU，所述人機(jī)界面、手動(dòng)控制面板經(jīng)通訊接口與MCU的輸入端連接，所述MCU的輸出端分別與定位伺服驅(qū)動(dòng)器和工件主軸電機(jī)的變頻器、高速電機(jī)的變頻器以及激光器的電源連接，本實(shí)用新型具有操作簡(jiǎn)單、維護(hù)簡(jiǎn)便、設(shè)備成本低的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)B23K26/00GK202886936SQ20122047049
公開(kāi)日2013年4月17日 申請(qǐng)日期2012年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月14日
發(fā)明者陳培鋒, 劉著新, 王焄 申請(qǐng)人:武漢市凱瑞迪激光技術(shù)有限公司