CN110605417A - 一种基于单片机的新型摇臂钻床 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于单片机的新型摇臂钻床，包括基座，基座上设置有立柱与工作台，立柱分为外立柱与内立柱，内立柱与基座固定连接，外立柱套接于内立柱可沿内立柱旋转，外立柱外侧套接有一圆筒，圆筒与摇臂固定连接，外立柱上端固定安装有一摇臂升降电机，摇臂升降电机输出端连接有一丝杠螺母，丝杠螺母与摇臂固定连接，摇臂一端的水平轨道上安装有主轴箱，主轴箱内安装有主轴，主轴安装有回转部件和主轴进给及变速机构，主轴箱外侧设置有控制面板，控制面板与单片机相连接，单片机与控制器电连接，控制器与摇臂升降电机连接。本发明的优点在于采用单片机控制，降低了发生故障的概率，提高了设备的稳定性，降低了工作人员的操作难度。
Description
技术领域
本发明涉及一种钻床机械技术领域，特别涉及一种基于单片机的新型摇臂钻床。
背景技术
金属切削机床是一种利用刀具或研磨工具切割或加工金属工件的机器设备。在现代工业中，金属切削机床有着举足轻重的地位，其应用在机械制造业中尤为广泛。钻床又是切削机床最基础和最常见的一种设备，其种类很多，用途也各不相同。摇臂钻床是一种常见的加工孔结构的机器，其用途包括钻孔、扩大孔径，还能加工螺纹。和其他机械相比，摇臂钻床操作简单、易上手，用途广泛，生产效率比较高，具有典型特点，是一般机械加工车间最基础的机床。相比于加工中心，在一些具有多个孔的金属工件的批量加工中比较适用。
传统摇臂钻床控制电路为继电器控制,这种控制方式虽然方便却也存在许多的问题。采用继电器控制的钻床接触的触点比较多，在各个触点或接口处很容易发生故障，导致维修人员任务量加大，严重降低生产效率。同时也很难实现一些复杂的控制，如计时与计数等。专利号CN 207655947 U的摇臂钻床因为只是用继电器-接触器控制，所以发生故障的概率会大很多。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于单片机的新型摇臂钻床，降低设备发生故障的概率，提高设备的稳定性，同时也降低了操作人员的工作难度。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种基于单片机的新型摇臂钻床，其特征在于，包括基座，所述基座上设置有立柱与工作台，所述立柱分为外立柱与内立柱，所述内立柱与基座固定连接，所述外立柱套接于内立柱可沿内立柱旋转，所述外立柱外侧套接有一圆筒，所述圆筒与摇臂固定连接，所述外立柱上端固定安装有一摇臂升降电机，所述摇臂升降电机输出端连接有一丝杠螺母，所述丝杠螺母与摇臂固定连接，所述摇臂一端的水平轨道上安装有主轴箱，所述主轴箱内安装有主轴，所述主轴安装有回转部件和主轴进给及变速机构，所述主轴箱外侧设置有控制面板，所述控制面板与单片机相连接，所述单片机与控制器电连接，所述控制器与摇臂升降电机连接。
优选的，所述基座上还安装有一液压泵电机与冷却液电机，所述液压泵电机与夹紧装置连接，所述夹紧装置设置于外立柱与内立柱、外立柱与圆筒之间。
优选的，所述主轴箱上端安装有一主轴电机，所述主轴电机与回转部件、变速机构连接。
优选的，所述主轴箱外侧还连接有一手轮，所述手轮与主轴连接。
优选的，所述外立柱上下两端均设置有限位板。
优选的，所述控制器还连接有液压泵电机、冷却液电机与主轴电机。
优选的，所述主轴电机转轴处设置有一霍尔传感器。
优选的，所述单片机还与外部上位机进行连接。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1.本发明利用上位机进行加工过程的监控，在加工过程中监控电机转速和钻头下降深度，加工更加精确。
2.本发明采用单片机控制，降低了发生故障的概率，提高了设备的稳定性，降低了工作人员的操作难度。
3.本发明采用丝杠螺母控制摇臂的上升与下降，加工工件时是通过手轮驱动主轴向下进给，操作起来更加灵活方便。
4.本发明简化了传统的机床结构，节约能源，降低能耗，单片机作为控制芯片，相比较于PLC，价格相对低廉，节约了生产成本。
5.本发明通过单片机控制，能够进行一些复杂的控制，比如计时与计数等，使得自动化的程度大大提高。
附图说明
图1是本发明的外形结构图；
图2是本发明摇臂钻床控制面板示意图；
图3是本发明的I/O分配图；
图4是本发明系统框图；
图5是本发明液压泵电机M3的驱动电路图；
图6是本发明主轴电机的驱动电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明，本实施例不构成对本发明的限制。
如图1所示，一种基于单片机的新型摇臂钻床，其特征在于，包括基座1，所述基座上设置有立柱与工作台2，所述立柱分为外立柱11与内立柱13，所述外立柱11上下两端均设置有限位板。所述内立柱13与基座1固定连接，所述外立柱11套接于内立柱13可沿内立柱13外侧360度旋转一周，所述外立柱11外侧套接有一圆筒14，所述圆筒14与摇臂4固定连接，所述外立柱11上端固定安装有一摇臂升降电机17，所述摇臂升降电机17输出端连接有一丝杠螺母15，所述丝杠螺母15与摇臂4固定连接。摇臂升降电机17转动带动丝杠螺母15运动，丝杠螺母15带动圆筒14在外立柱11上移动，这样也带动了摇臂4移动，丝杠螺母15顶端还有保险螺母，可以避免摇臂4掉落。摇臂4旋转时必须与外立柱11是夹紧的，并且能相对于内立柱13外侧360度旋转。
所述基座1上还安装有一液压泵电机18与冷却液电机19，所述液压泵电机18与夹紧装置连接，所述夹紧装置设置于外立柱11与内立柱13、外立柱11与圆筒14之间。
所述摇臂4一端的水平轨道上安装有主轴箱6，所述主轴箱6内安装有主轴3，所述主轴3安装有回转部件和主轴进给及变速机构，主轴箱6上端安装有一主轴电机16，所述主轴电机16与回转部件、变速机构连接，所述主轴箱5外侧设置有控制面板5，所述控制面板5与单片机相连接，所述单片机与控制器电连接，所述控制器与摇臂升降电机17、液压泵电机18、冷却液电机19与主轴电机16连接，所述主轴箱外侧还连接有一手轮12，所述手轮12与主轴3连接。
主轴箱6中包含了主轴3及其回转部件以及主轴进给及变速机构，这些机构驱动主轴3完成摇臂钻床的主运动。主轴箱6被安装在摇臂4的水平轨道上，当加工时需要改变主轴箱6的径向位置时，操作人员可自行移动。这样，通过移动摇臂上的主轴箱6和旋转摇臂4，主轴3可以非常容易的调整至加工所需要的适当位置。加工金属工件时，必须做到外立柱11与内立柱13是夹紧的，摇臂4与外立柱11是夹紧的，主轴箱6与摇臂4是夹紧的，之后才能进行下一步加工工作，夹紧与放松是通过液压电机驱动夹紧装置实现的。
主轴箱6外表面有一控制面板5，控制面板5上的按钮与单片机电连接，单片机再与接触器（控制电机的启动）以及诸多传感器电连接（如限位开关、霍尔传感器等）。如图2所示，所述控制面板5上设置有总闸51、主轴电动机停止按钮56、主轴电动机启动按钮57、立柱/主轴箱夹紧按钮55，立柱/主轴箱松开按钮54，摇臂上升按钮53和摇臂下降按钮52。
图3为本发明的I/O分配图，图4为本发明的电路图，所述单片机型号为AT89C51，当加工工件时，先打开控制面板5上的总闸51，固定好需要加工的工件后要对摇臂进行调整。下面以摇臂的上升过程为例：按下控制面板5上的摇臂上升按钮SB3，单片机发出指令使得液压泵电机M3正向接触器KM4得电，接通摇臂的松紧油路，液压泵通过电磁阀向摇臂输出压力油，摇臂松开，摇臂松开限位开关SQ2得到信号。然后正向接触器KM4失电，M3停转，接着摇臂上升/下降电机M2的正向接触器KM2得电，摇臂开始上升，上升到指定位置时，松开SB3，KM2失电，液压泵电机M3的反向接触器KM5得电，向摇臂输出反向压力油，摇臂夹紧。当摇臂夹紧时，摇臂夹紧限位开关SQ3得到信号，M3反向接触器失电，M3停转，摇臂上升过程结束。
主轴箱/立柱的松开夹紧过程：按下主轴箱/立柱松开按钮SB5，接通主轴箱/立柱的松紧油路，单片机发出指令使得液压泵电机M3的正向接触器KM4得电，M3正转，主轴箱/立柱松开，到位后主轴箱/立柱限位SQ4得到信息，KM4失电，M3正转停止，指示灯HL1亮。手动调整摇臂回转，主轴箱沿摇臂径向运动到合适的位置。按下夹紧按钮SB6，指示灯HL1灭，液压泵电机M3的反向接触器KM5得电，M3反转，主轴箱/立柱夹紧。到位后夹紧限位开关SQ4得到信息，KM5失电，M3反转停止，指示灯HL2亮，摇臂重新夹紧，所述液压泵电机M3的驱动电路如图5所示。
为保证加工工件时的安全，每个部分在运行结束后与下一个部分之间必须有2-3s的延迟。
在加工过程中，通过上位机的监控软件可以看到主轴电机16的转速以及主轴3下降的高度。主轴电机16的转速监控是由一块霍尔传感器实现的，所述电路图如图6所示，即在电机转动部分固定一块磁铁，在磁铁运动轨迹的圆周外缘设一个霍尔开关，电机转动时霍尔开关周期性感应磁力线，产生脉冲电压，在一定时间内对脉冲进行计数，就可以换算出电机转速，单片机将电机的实时转速显示到上位机软件上。主轴3的下降高度是由手轮12的转动角度计算出的，因为主轴3的进给运动是由手轮12控制的，转动手轮12使主轴向下进给，手轮12转动角度越大，主轴3下降的越多。单片机通过计算得出下降深度并实时显示到上位机上。通过对主轴3转速和下降深度的监控，方便更精确得加工工件。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，不用于限制本发明，本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明技术方案的保护范围内。
Claims (8)
1.一种基于单片机的新型摇臂钻床，其特征在于，包括基座，所述基座上设置有立柱与工作台，所述立柱分为外立柱与内立柱，所述内立柱与基座固定连接，所述外立柱套接于内立柱可沿内立柱旋转，所述外立柱外侧套接有一圆筒，所述圆筒与摇臂固定连接，所述外立柱上端固定安装有一摇臂升降电机，所述摇臂升降电机输出端连接有一丝杠螺母，所述丝杠螺母与摇臂固定连接，所述摇臂一端的水平轨道上安装有主轴箱，所述主轴箱内安装有主轴，所述主轴安装有回转部件和主轴进给及变速机构，所述主轴箱外侧设置有控制面板，所述控制面板与单片机相连接，所述单片机与控制器电连接，所述控制器与摇臂升降电机连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于单片机的新型摇臂钻床，其特征在于：所述基座上还安装有一液压泵电机与冷却液电机，所述液压泵电机与夹紧装置连接，所述夹紧装置设置于外立柱与内立柱、外立柱与圆筒之间。
3.根据权利要求1所述的一种基于单片机的新型摇臂钻床，其特征在于：所述主轴箱上端安装有一主轴电机，所述主轴电机与回转部件、变速机构连接。
4.根据权利要求1所述的一种基于单片机的新型摇臂钻床，其特征在于：所述主轴箱外侧还连接有一手轮，所述手轮与主轴连接。
5.根据权利要求1所述的一种基于单片机的新型摇臂钻床，其特征在于：所述外立柱上下两端均设置有限位板。
6.根据权利要求1所述的一种基于单片机的新型摇臂钻床，其特征在于：所述控制器还连接有液压泵电机、冷却液电机与主轴电机。
7.根据权利要求3所述的一种基于单片机的新型摇臂钻床，其特征在于：所述主轴电机转轴处设置有一霍尔传感器。
8.根据权利要求1所述的一种基于单片机的新型摇臂钻床，其特征在于：所述单片机还与外部上位机进行连接。
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