一種木工車床控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種木工車床控制系統(tǒng)，包括微控制器、正反轉(zhuǎn)按鍵檢測電路、電機(jī)以及IGBT驅(qū)動電路，所述正反轉(zhuǎn)按鍵檢測電路與微控制器相連；還包括母線電壓采樣模塊、電機(jī)電壓采樣模塊和電流采樣模塊，分別用以檢測母線電壓、電機(jī)電壓和電機(jī)電流，并將檢測的數(shù)值傳輸?shù)轿⒖刂破?，微控制器通過IGBT驅(qū)動電路控制電機(jī)動作。本發(fā)明不僅可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)功能，還有效的防止了電機(jī)正反轉(zhuǎn)切換誤操作，同時系統(tǒng)的電壓電流保護(hù)也更加全面，實(shí)現(xiàn)無極調(diào)速與恒轉(zhuǎn)矩輸出，降低成本，方便木工車床的切削操作，提高工作效率、精度及操作安全性，具有廣泛的推廣意義。
【專利說明】
一種木工車床控制系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及木工車床控制領(lǐng)域，具體涉及一種木工車床控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]臺式木工車床是一種結(jié)構(gòu)簡單，操作方便的家用和工業(yè)實(shí)用車床。車床主軸由電機(jī)帶動皮帶傳動驅(qū)動，該電機(jī)分為直流電機(jī)、交流異步電機(jī)以及伺服電機(jī)。木工車床的工作原理為:由電機(jī)通過皮帶傳動機(jī)構(gòu)，帶動車床主軸旋轉(zhuǎn)，主軸又通過頂尖或者卡盤帶動被加工零件旋轉(zhuǎn)，然后用刀具對工件進(jìn)行切削，從而加工出不同形狀的回轉(zhuǎn)體。由于工件的形狀和大小不同以及人們對木工車的切削力、安全性能、操作便利性能和加工表面的光潔度要求越來越高，就需要木工機(jī)床在加工工作能中提供盡量大的輸出扭矩、主軸不同的轉(zhuǎn)向和不同的轉(zhuǎn)速，因此市場上對于擁有恒轉(zhuǎn)矩、正反轉(zhuǎn)以及無級調(diào)速功能的木工車需求量日益增多。
[0003]目前市場上絕大多數(shù)的木工車都是交流異步電動機(jī)的木工車，只能提供3檔或者6檔的固定速度，不能實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速的功能，也沒有正反轉(zhuǎn)功能，上電后直接以某一恒定轉(zhuǎn)速運(yùn)行，且在切削時扭矩下降很快，不利于進(jìn)行高質(zhì)量的切削工作，變頻器控制器體積大、并且成本也很高。雖然有些小木工車可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)調(diào)速，但仍然解決不了以下技術(shù)問題:一是不具有電機(jī)正反轉(zhuǎn)功能;二是正反轉(zhuǎn)功能不能防止操作者誤操作，一旦誤操作正反轉(zhuǎn)，驅(qū)動系統(tǒng)或者電機(jī)很容易損壞，甚至操作者被突然換向旋轉(zhuǎn)的工件或者主軸傷害到，威脅人身安全;三是沒有過載、過壓、過流保護(hù)功能，或是電壓電流保護(hù)過于單一，不適于木工車床的實(shí)際應(yīng)用；由于木工愛好者都是手工操作刀具切削，因此時常出現(xiàn)過載現(xiàn)象，這樣木工車控制系統(tǒng)很容易燒壞，投訴很多。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于對現(xiàn)有木工車床不可換向、電流電壓保護(hù)點(diǎn)單一、保護(hù)形勢簡單，不利于木工車床的使用和安全操作等缺陷進(jìn)行改進(jìn)，提出的一種木工車床控制系統(tǒng)，使木工車床使用更安全、操作更方便。
[0005]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出一種木工車床控制系統(tǒng)，包括微控制器、正反轉(zhuǎn)按鍵檢測電路、電機(jī)以及IGBT驅(qū)動電路，所述正反轉(zhuǎn)按鍵檢測電路與微控制器相連;還包括母線電壓采樣模塊、電機(jī)電壓采樣模塊和電流采樣模塊，分別用以檢測母線電壓、電機(jī)電壓和電機(jī)電流，并將檢測的數(shù)值傳輸?shù)轿⒖刂破?，微控制器通過IGBT驅(qū)動電路控制電機(jī)動作。
[0006]優(yōu)選的，所述電機(jī)兩端連接有續(xù)流二極管。
[0007]優(yōu)選的，所述電流采樣模塊采用電流采樣電阻進(jìn)行電流采樣。
[0008]進(jìn)一步的，所述微控制器還包括電壓保護(hù)點(diǎn)設(shè)置模塊，所述電壓保護(hù)點(diǎn)包括母線過壓保護(hù)點(diǎn)、母線欠壓保護(hù)點(diǎn)和電機(jī)電壓保護(hù)點(diǎn)，通過對電機(jī)電壓與母線電壓的檢測，對電機(jī)電壓保護(hù)更加全面，保障系統(tǒng)和人身安全。
[0009]進(jìn)一步的，所述微控制器還包括電流保護(hù)點(diǎn)設(shè)置模塊，所述電流保護(hù)點(diǎn)包括硬件保護(hù)點(diǎn)、軟件保護(hù)點(diǎn)和堵轉(zhuǎn)保護(hù)點(diǎn)，根據(jù)電機(jī)特性，設(shè)計(jì)不同的保護(hù)點(diǎn)，對電機(jī)電流保護(hù)更全面，保證設(shè)備正常安全運(yùn)轉(zhuǎn)。
[0010]進(jìn)一步的，所述正反轉(zhuǎn)按鍵檢測電路包括按鍵接口，以及與按鍵接口串聯(lián)連接組成回路的第一電容Cl和第二電阻R2;第一電容Cl與第二電阻R2的連接端通過第一電阻Rl接高電平，且連接端為I/O端;第一電容Cl的另一端接地。
[0011]進(jìn)一步的，所述電流采樣模塊通過電流濾波，然后經(jīng)電壓比較器和運(yùn)算放大器與微控制器相連，方便對數(shù)據(jù)處理。
[0012]進(jìn)一步的，所述微控制器包括無極調(diào)速與扭矩調(diào)節(jié)模塊，由于直流電機(jī)的扭矩與電流成正比，通過對電流采樣，反饋、補(bǔ)償?shù)姆绞?，?shí)時由無極調(diào)速與扭矩調(diào)節(jié)模塊控制電機(jī)電流，以實(shí)現(xiàn)對扭矩調(diào)節(jié)的控制。
[0013]進(jìn)一步的，還包括與微控制器相連的電位器檢測模塊，微控制器檢測電位器電壓大小，從而調(diào)整電機(jī)驅(qū)動信號(pmi信號的脈沖寬度)來調(diào)整電機(jī)電壓，實(shí)現(xiàn)電機(jī)無極調(diào)速，方便用戶切削不同的材料。
[0014]進(jìn)一步的，還包括與微控制器相連的數(shù)碼管，通過數(shù)字顯示提示操作人員，方便操作。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果在于:
1.本發(fā)明通過微控制器控制，可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)功能，方便切削不同形狀和大小的工件，并且通過微控制器檢測按鍵切換狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)誤操作防護(hù)控制。切削過程中在任意時刻觸動電機(jī)正反轉(zhuǎn)，木工車都會自動停機(jī)，不會直接進(jìn)行反向運(yùn)轉(zhuǎn)，有效的提高操作安全性、防止了人員誤操作，既保護(hù)了操作者，又保護(hù)了設(shè)備，延長了車床使用壽命。
[0016]2.通過設(shè)置微控制器控制，設(shè)置多個電壓保護(hù)點(diǎn)和電流保護(hù)點(diǎn)，對電機(jī)實(shí)現(xiàn)全面電流電壓保護(hù)，通過電機(jī)電壓采樣模塊、母線電壓采樣模塊和電流采樣模塊分別對電機(jī)電壓、母線電壓、電機(jī)電流檢測，與設(shè)好的保護(hù)點(diǎn)進(jìn)行比較，通過微控制器做出相應(yīng)的控制，實(shí)現(xiàn)對電機(jī)和系統(tǒng)的全面保護(hù)，既保證了使用過程中，木工車床有充沛的動力輸出，又避免了木工車因過載而導(dǎo)致車床驅(qū)動系統(tǒng)受損。
[0017]3.通過電位器檢測模塊和電流采樣模塊，由微控制器控制及無極調(diào)速與扭矩調(diào)節(jié)模塊控制，實(shí)現(xiàn)低速大扭矩，保障電機(jī)的工作性能；通過微控制器實(shí)現(xiàn)驅(qū)動信號脈寬調(diào)整，改變電機(jī)電壓，實(shí)現(xiàn)電機(jī)無極調(diào)速，保證電機(jī)轉(zhuǎn)速平滑連續(xù)變化，而且可以在整個轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)范圍內(nèi)的任意一點(diǎn)穩(wěn)定運(yùn)行，保障木工車床的安全穩(wěn)定運(yùn)作，提高切削效率與切削精度。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明實(shí)施例控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為圖1中正反轉(zhuǎn)切換按鍵檢測電路結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為本發(fā)明實(shí)施例中電機(jī)換向原理框圖；
圖4為本發(fā)明實(shí)施例中電壓保護(hù)原理框圖；
圖5為本發(fā)明實(shí)施例中電流保護(hù)原理框圖；
圖6為本發(fā)明實(shí)施例中電機(jī)無極調(diào)速與扭矩調(diào)節(jié)控制原理框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]本發(fā)明提供一種木工車床控制系統(tǒng)，下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步地說明。
[0020]參考圖1，為本實(shí)施例木工車床控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，包括微控制器、正反轉(zhuǎn)按鍵檢測電路、電機(jī)以及IGBT驅(qū)動電路，電機(jī)兩端連接有續(xù)流二極管，所述正反轉(zhuǎn)按鍵檢測電路與微控制器相連;還包括母線電壓采樣模塊、電機(jī)電壓采樣模塊和電流采樣模塊，分別用以檢測母線電壓、電機(jī)電壓和電機(jī)電流，并將檢測的數(shù)值傳輸?shù)轿⒖刂破?，微控制器通過IGBT驅(qū)動電路控制電機(jī)動作，本實(shí)施例中微控制器采用STM8S系列單片機(jī)。
[0021]為了方便操作人員操作，所述微控制器還連接有數(shù)碼管(圖中未示意)，通過數(shù)字顯示提示操作人員，方便操作
參考圖2，所述正反轉(zhuǎn)按鍵檢測電路包括按鍵接口，以及與按鍵接口(換向開關(guān))串聯(lián)連接組成回路的第一電容Cl和第二電阻R2;第一電容Cl與第二電阻R2的連接端通過第一電阻Rl與電源相連，且連接端為I/O端;第一電容Cl的另一端接地，通過設(shè)計(jì)按鍵檢測電路，操作簡單，使用方便，提高安全性能。
[0022]實(shí)施例中，為了進(jìn)一步說明電機(jī)正反轉(zhuǎn)切換的原理，參考圖3進(jìn)一步說明:對于本實(shí)施例控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)換向功能可以采用以下兩種方式:
1、若要對電機(jī)換向，可以先將電機(jī)停機(jī)，然后切換電機(jī)方向，再重新啟動達(dá)到換向的目的；
2、還可以在電機(jī)旋轉(zhuǎn)的任意時刻去按換向開關(guān)，這時候單片機(jī)檢測到按鍵切換，控制電機(jī)自動停機(jī)，通過數(shù)碼管顯示提示符，如06，提示操作人員電機(jī)已換向，然后重啟電源，電機(jī)換向正常運(yùn)轉(zhuǎn)，保證木工車床切削效率。
[0023]并且，電機(jī)旋轉(zhuǎn)過程中，若工作人員誤操作，本實(shí)施例還可以通過單片機(jī)檢測到按鍵狀態(tài)，控制IGBT驅(qū)動電路(IGBT為絕緣柵雙極型晶體管，是由BJT (雙極型三極管)和MOS(絕緣柵型場效應(yīng)管)組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動式功率半導(dǎo)體器件，驅(qū)動功率小而飽和壓降低)關(guān)閉IGBT，使電機(jī)停機(jī)，起到安全防護(hù)作用，保障操作人員人身安全。
[0024]另外，為了對控制系統(tǒng)和木工車床進(jìn)行更全面電壓電流的保護(hù)，所述微控制器還包括電壓保護(hù)點(diǎn)設(shè)置模塊和電流保護(hù)點(diǎn)設(shè)置模塊;所述電壓保護(hù)點(diǎn)包括母線過壓保護(hù)點(diǎn)、母線欠壓保護(hù)點(diǎn)和電機(jī)電壓保護(hù)點(diǎn)，所述電流保護(hù)點(diǎn)包括硬件保護(hù)點(diǎn)、軟件保護(hù)點(diǎn)和堵轉(zhuǎn)保護(hù)點(diǎn)。根據(jù)電機(jī)特性，設(shè)計(jì)不同的保護(hù)點(diǎn)，電流電壓保護(hù)更全面，有效保障設(shè)備正常安全運(yùn)轉(zhuǎn)和人身安全。
[0025]下面對本實(shí)施例的電壓保護(hù)和電流保護(hù)做進(jìn)一步的說明:
電壓保護(hù):參考圖4、電機(jī)運(yùn)行，通過電機(jī)電壓采樣模塊和母線電壓采樣模塊分別對電機(jī)電壓與母線電壓的檢測，實(shí)時獲取電壓值并傳輸?shù)轿⒖刂破鳎c電壓保護(hù)點(diǎn)設(shè)置模塊的母線欠壓保護(hù)點(diǎn)B、母線過壓保護(hù)點(diǎn)A和電機(jī)電壓保護(hù)點(diǎn)C相比較，所述母線欠壓和過壓保護(hù)點(diǎn)是根據(jù)該木工車床使用地方的電力情況和該控制系統(tǒng)的承受能力進(jìn)行設(shè)計(jì)的，母線過壓保護(hù)是對控制器本身的一種保護(hù)，如果電壓過高而沒有保護(hù)措施則會損壞控制器;所述電機(jī)電壓保護(hù)點(diǎn)C是根據(jù)電機(jī)的額定電壓來設(shè)定的，電機(jī)如果長時間過壓運(yùn)行一則損壞電機(jī)，二則電機(jī)轉(zhuǎn)速過高，危及人身安全，所以該保護(hù)也可以理解為一個超速保護(hù)。
[0026]當(dāng)檢測到母線電壓達(dá)到母線過壓保護(hù)點(diǎn)A時，直接停機(jī)，單片機(jī)控制輸入過壓保護(hù)，數(shù)碼管顯示07狀態(tài)；當(dāng)檢測到母線電壓不到保護(hù)點(diǎn)B時，此時微控制器控制電壓保護(hù)，電機(jī)不能運(yùn)行，數(shù)碼管顯示03狀態(tài)；當(dāng)檢測到電機(jī)電壓達(dá)到電機(jī)保護(hù)點(diǎn)C時，直接停機(jī)，輸出過壓保護(hù)，數(shù)碼管顯示08狀態(tài)。通過操作人員觀察數(shù)碼管顯示，方便直接，操作安全。
[0027]電流保護(hù):參考圖5，這里分別設(shè)置硬件保護(hù)點(diǎn)和軟件保護(hù)點(diǎn)是考慮到軟件保護(hù)較硬件保護(hù)慢，所以為了防止軟件保護(hù)沒有起到作用而增加了硬件保護(hù)，提高木工車床的使用、操作安全。
[0028]電機(jī)啟動后，電流增大，通過電流采樣電阻實(shí)時采集電機(jī)電流值，并通過濾波模塊濾除噪聲，由于此時的電流值較小，通過運(yùn)算放大器和電壓比較器放大處理后傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)，與設(shè)置好的電流保護(hù)點(diǎn)進(jìn)行比較。
[0029]若檢測到的電流達(dá)到硬件保護(hù)點(diǎn)A’，則通過單片機(jī)控制IGBT驅(qū)動電路，使電機(jī)直接停機(jī)，起到保護(hù)作用，并通過數(shù)碼管顯示01狀態(tài);若沒有達(dá)到硬件保護(hù)點(diǎn)A’，電機(jī)繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，采樣電阻實(shí)時采集電機(jī)電流，當(dāng)檢測到達(dá)到軟件保護(hù)點(diǎn)B’時，通過單片機(jī)控制，使電機(jī)直接停機(jī)，起到保護(hù)作用，并通過數(shù)碼管顯示02狀態(tài);若沒有達(dá)到軟件保護(hù)點(diǎn)B’，電機(jī)繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn);在木工車床的使用過程中，由于是手動進(jìn)刀所以難免會出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)情況，堵轉(zhuǎn)的同時會出現(xiàn)較大電流，如果長時間堵轉(zhuǎn)則會損壞電機(jī)和控制器，所以當(dāng)檢測到堵轉(zhuǎn)后，達(dá)到堵轉(zhuǎn)保護(hù)點(diǎn)C’時，先計(jì)時維持一段時間(如6S)，若堵轉(zhuǎn)消除，則電機(jī)可以正常繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，通過采樣電阻實(shí)時比較并做出控制；若果堵轉(zhuǎn)還沒有撤銷就要降低電流運(yùn)行，通過單片機(jī)控制IGBT驅(qū)動電路減小IGBT驅(qū)動信號(pmi脈沖寬度)，使電機(jī)電壓減小，從而減小電機(jī)電流，使此時電機(jī)在額定保護(hù)點(diǎn)E’(電機(jī)的額定工作電流)以下運(yùn)行，電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。
[0030]同時，為了實(shí)現(xiàn)電機(jī)無極調(diào)速和恒轉(zhuǎn)矩功能，方便用戶切削不同的材料，提高操作便利性，本實(shí)施例還包括與微控制器相連的電位器檢測模塊，用以檢測電機(jī)電流的電流采樣模塊，所述電流采樣模塊優(yōu)選采用電流采樣電阻，當(dāng)然也可以采用電流傳感器和電流互感器進(jìn)行電機(jī)電流采樣，所述電流采樣電阻與微控制器之間還連接有電流濾波電路，通過濾波濾除電流噪聲，由于采集的電流較小，然后通過電壓比較器和運(yùn)算放大器將電流放大傳輸?shù)轿⒖刂破鳌?br>[0031]由于直流電機(jī)的扭矩與電流成正比，參考圖6，為無極調(diào)速與扭矩調(diào)節(jié)控制原理框圖，通過單片機(jī)對電流采樣，反饋、補(bǔ)償?shù)姆绞剑瑢?shí)時由微控制器的無極調(diào)速與扭矩調(diào)節(jié)模塊控制電機(jī)電流，以實(shí)現(xiàn)對扭矩調(diào)節(jié)的控制;無極調(diào)速的實(shí)現(xiàn)通過電位器檢測電壓大小，從而控制調(diào)整電機(jī)驅(qū)動信號(pmi信號的脈沖寬度)來調(diào)整電機(jī)電壓，并且在電機(jī)低速運(yùn)行時通過微控制器對電機(jī)電流進(jìn)行控制，使電機(jī)輸出較大的扭矩，其效果明顯優(yōu)于簡單控制的異步電機(jī)和變頻器。
[0032]本實(shí)施例所述的方案，在木工車床領(lǐng)域設(shè)計(jì)新思路，不僅可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)功能，還有效的防止了電機(jī)正反轉(zhuǎn)切換誤操作，同時系統(tǒng)的電壓電流保護(hù)也更加全面;采用驅(qū)動器控制系統(tǒng)加直流電機(jī)的方案實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速功能，恒轉(zhuǎn)矩輸出，比變頻器加交流電機(jī)的方案極大的節(jié)省了成本，并且變速過程中可以比變頻器加交流電機(jī)提供更充沛的動力輸出，方便木工車床的切削操作，提高工作效率、精度及操作安全性，具有廣泛的推廣意義。
[0033]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非是對本發(fā)明作其它形式的限制，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員可能利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容加以變更或改型為等同變化的等效實(shí)施例應(yīng)用于其它領(lǐng)域，但是凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、等同變化與改型，仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種木工車床控制系統(tǒng)，其特征在于，包括微控制器、正反轉(zhuǎn)按鍵檢測電路、電機(jī)以及IGBT驅(qū)動電路，所述正反轉(zhuǎn)按鍵檢測電路與微控制器相連； 還包括母線電壓采樣模塊、電機(jī)電壓采樣模塊和電流采樣模塊，分別用以檢測母線電壓、電機(jī)電壓和電機(jī)電流，并將檢測的數(shù)值傳輸?shù)轿⒖刂破?，微控制器通過IGBT驅(qū)動電路控制電機(jī)動作； 所述微控制器還包括電壓保護(hù)點(diǎn)設(shè)置模塊和電流保護(hù)點(diǎn)設(shè)置模塊，所述電壓保護(hù)點(diǎn)包括母線過壓保護(hù)點(diǎn)、母線欠壓保護(hù)點(diǎn)和電機(jī)電壓保護(hù)點(diǎn)，所述電流保護(hù)點(diǎn)包括硬件保護(hù)點(diǎn)、軟件保護(hù)點(diǎn)和堵轉(zhuǎn)保護(hù)點(diǎn)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的木工車床控制系統(tǒng)，其特征在于:所述正反轉(zhuǎn)按鍵檢測電路包括按鍵接口，以及與按鍵接口串聯(lián)連接組成回路的第一電容Cl和第二電阻R2;第一電容Cl與第二電阻R2的連接端通過第一電阻Rl接高電平，且連接端為I/O端;第一電容Cl的另一端接地。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的木工車床控制系統(tǒng)，其特征在于:所述電流采樣模塊通過電流濾波，然后經(jīng)電壓比較器和運(yùn)算放大器與微控制器相連。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的木工車床控制系統(tǒng)，其特征在于:所述電流采樣模塊采用電流米樣電阻。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的木工車床控制系統(tǒng)，其特征在于:所述微控制器包括無極調(diào)速與扭矩調(diào)節(jié)模塊。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的木工車床控制系統(tǒng)，其特征在于:還包括與微控制器相連的電位器檢測模塊。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的木工車床控制系統(tǒng)，其特征在于:還包括與微控制器相連的數(shù)碼管。
【文檔編號】B27C7/00GK105846736SQ201610370326
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年5月30日
【發(fā)明人】段武政, 孫立斌, 趙立亭, 張敏
【申請人】青島金嶺電器有限公司