专利名称：多轴弹簧机控制装置及其操作设定方法
技术领域：
本发明涉及弹簧制造机，尤其涉及一种多轴弹簧机控制装置及其操作设定方法。
弹簧制造机是用以生产各种弹簧产品，由于弹簧产品种类繁多且为适应各种工业场合，因此弹簧产品多具有多轴向的变化；就弹簧制造机而言，如英国专利UK Patent No 2245850(Universal automatic spring-making machine)，其具有二轴伺服驱动轴，其一即为用以驱动面盘上滑台刀具直线进退的凸轮轴，其二为用以进给传动加工弹簧钢线的进给轴，其两者之间须借助常用数字控制(NC)控制器来驱动刀具的工作顺序、钢丝线的进给以达严密配合，得以正确完成卷挠、折弯、冲切弹簧网线等工作；另有改良的弹簧制造机增设有一伺服控制的扇形心轴，用以提供钢线出线的适当的支撑及避免与刀具产生干扰。
因此，在伺服控制驱动方面，除了上述的三轴伺服驱动外，由于上述弹簧制造机的滑台刀具是分别以凸轮设定其动作顺序且仅能行直线工作，除了需经常配合不同弹簧的生产需求更换凸轮或调整凸轮转角外，对复杂或精密度需求高的弹簧仍无法适应，因此多轴计算机数字控制(CNC)弹簧机由此产生，它是将面盘某特定的滑台刀具上加装两旋转轴(即第四、五轴)，亦即该弹簧制造机具有凸轮轴、送线轴、扇形心轴、Y-Z平面旋转的第四轴、X-Z平面旋转的第五轴等五个伺服运动轴，亦即可增加该第四、五轴而具有两个不同平面的卷挠或折弯工作，即可行3D弹簧的制作。
然而，上述工作轴数的增加虽然提升了弹簧机的加工能力，但却也相对提高机械动作控制的复杂性，以及操作设定的困难度；而一般传统计算机数字控制(CNC)控制器并无法弹性应用于工作轴数的增减，而灵活度极低；而最使人不便的是其拙劣的操作设定方式；其设定方式是由控制器内定详多功能码(NC CODE)，操作者必须了解各个功能码(NC CODE)的定义后，再以条列式将其所需的加工条件输入屏幕；对于较复杂的弹簧体进行加工时，其设定程序相当复杂，且其条列式的功能码(NC CODE)亦趋庞大而不易了解外，同时单一条列式的列出(LIST)不易针对各个伺服轴于同步动作进行了解及记忆，同时其功能码(NC CODE)并无法显示其物理意义，使得设定作业相当费时并增加错误的可能。
本发明的主要目的乃在于提供一种多轴弹簧机控制装置及其操作设定方法，其可提升驱动控制的适用范围，可任意扩充伺服驱动的轴数，而相对提高加工的能力，灵活性佳。
本发明的再一目的乃在于提供一种多轴弹簧机控制装置及其操作设定方法，具有物理意义的图表式输入方式，改善人机界面的适应性而达简易操作、降低调机时间，提高查错与排除的效率。
本发明的又一目的乃在于提供一种多轴弹簧机控制装置及其操作设定方法，是以各伺服运动轴的物理量直接做为输入条件，免除习用功能码的输入方式，可大幅降低操作的技术需求，使弹簧机的操作使用更为便利。
本发明的特征在于，其控制装置为一开放式的以计算机程序控制为基础的(pc-based)控制器结构，具有一ISA总线(BUS)，其下平行分设有多数个功能板，该ISA总线(BUS)主要用以传送各功能板的资料及命令，且该各功能板分别为一中央处理器(CPU)主机板、多数个运动控制板、一输出输入板及一手轮介面板；其中该主机板是外接一操作面板用以负责控制软件的执行运算；该各运动控制板是由伺服驱动器以连结各伺服运动轴马达，以读取各伺服运动马达的位置，并用以传递运动命令至各该马达驱动器，使马达运转；该输出输入板是用以负责数位或类比讯号的侦测与传送；可由该ISA总线(BUS)扩充槽的功能可弹性增减功能板，即可自由适应不同伺服运动轴数的弹簧加工机；更包含有一手轮介面板的功能板，该手轮介面板是连结一手轮，负责该手轮的转动讯号转换为可使控制程序可接受的运动指令；操作面板上连结有硬、软式磁碟机；操作面板上连结有打印机；该操作面板的操作设定显示画面，是为图表示输入画面，具有行列式划分，其中每列代表一个运动区段，每行代表各个不同的伺服运动轴的初始、终止角度或进给长度及速度的物理量输入值；其操作设定方法，为一图表示的输入方式，是为人机操作界面的操作设定显示画面上，具有行列式划分，其中每列代表一个运动区段，每行代表各个不同的伺服运动的初始、终止角度或进给长度及速度的物理量输入值；使用者在一定的加工条件下，将加工条件划分为多数个运动区段，并在每一个运动区段，适当选择一特定的伺服运动轴为全量输入的伺服运动轴而输入其适当且全部的物理量值，而其它各伺服运动轴仅需由使用者输入部份的物理量或不输入；而不输入的物理量值则由控制装置换算，使得其它伺服运动轴的动作得以配合该特定伺服运动轴的动作；其中该特定伺服运动轴的选择，可在其加工条件允许下，适当调变为其它任一伺服运动轴。
现列举以下实施例并配合附图详细说明于后，其中
图1是多轴弹簧机驱动轴的简单示意图。
图2是本发明控制装置硬件结构的示意图。
图3是本发明控制装置的操作面板的画面。
图4是本发明操作面板上的操作设定显示画面。
图5是本发明第一加工条件中，各运动轴加工动作的简单示意图。
图6是本发明第一加工条件，各运动轴加工动作顺序的图表。
图7是本发明第一加工条件，该操作设定显示画面的设定输入示意图。
图8是本发明第一加工条件，该操作设定显示画面的另一设定输入示意图。
图9是本发明第二加工条件，各运动轴加工动作顺序的图表。
图10是本发明第三加工条件，各运动轴加工动作顺序的图表。
首先请参阅图1所示，本发明多轴弹簧机在机械结构方面包含有一机台1及由内部齿轮连动凸轮轴2而具有的八组刀具滑台(3A～3H)，可受各凸轮轴2驱动而做直线进退路径(P-P)运动，使得凸轮轴2形成第一伺服运动轴；又机台1背后设有一用以进给传动加工弹簧钢线的进给轴4(如图5所示)以形成第二伺服运动轴；且该机台1前的钢线出线处设有一可旋转定位的扇形心轴5，提供出线适当的支撑及避免与刀具产生干涉并形成第三伺服运动轴；另外在八组刀具滑台(3A-3H)中的第三组刀具滑台3C上加设有一伺服马达6，使得刀具具有Y-Z平面旋转加工能力而形成第四伺服运动轴，及第五组刀具滑台3E加设有一伺服马达7，使得刀具具有X-Z平面旋转加工能力而形成第五伺服运动轴；换言之，本发明具有五个伺服运动轴，其是由一控制装置8进行伺服控制。
该控制装置8，如图2所示，为一开放式的以计算机程序控制为基础的(pc-based)控制器结构，具有一ISA总线(BUS)81，其下平行分设有多数个功能板，该ISA总线(BUS)81主要是用以传送各功能板的资料及命令，且该各功能板分别为一中央处理器(CPU)主机板82、多数个运动控制板83、一输出输入板84及一手轮介面板85；其中该主机板82系外接一操作面板821并连结硬软式磁机822及打印机823等外围设备等，用以负责控制软件的执行运算；该各运动控制板83是由伺服驱动器831以连结各伺服运动轴马达832，是以读取各伺服运动马达832的位置编码器脉冲(ENCODER PULSE)并借以传递运动命令至各该马达832驱动器，使马达运转；该输出输入板84用以负责数位或类比讯号的检测与传送；该手轮介面板85是连结一手轮851，是负责该手轮851的转动讯号转换为可使控制程式可接受的运动指令；是依靠该ISA总线(BUS)81扩充槽的功能可适当增减功能板而可自由适应不同伺服运动轴数的弹簧加工机，如伺服动轴数的增加可增设运动控制板83；当然此种开放式控制结构是配合完善软件规划，各讯号的传送、资料的存取等而可予以精确控制；此外，该中央处理器(CPU)主机板(82)可周边连结工作资料储存、打印、连线管理等设备。
再请参阅图3所示，是为本发明的人机操作设定界面的操作面板821画面，其上方为操作设定显示画面821A，下方按键包括功能按键区821B、数值输入区821C、游标位置控制区821D、各轴运动控制区821E(本控制区是直列设有6个运动轴控制)、其它还有启动按键821F、马达调速旋钮821G、紧急停止开关821H及一动作手轮821I等。
就操作设定显示画面821A而言，如图4所示，是为图表示的输入设定方式，其中最左边栏位N代表各工序(STEP)的设定条件，而每一个工序(STEP)可同时对所有伺服运动轴设定其运动条件，在本发明中画面的上行各列采用六个伺服运动轴的画面，即凸轮轴2为第一运动轴凸轮(CAM)，进给轴4为第二驱动轴进给(FEED)，扇形心轴为第三运动轴套筒轴(QUILL)，第三组刀具滑台3C的伺服马达6为第四运动轴轴线(AXIS4)，第五组刀具滑台3E的伺服马达7为第五运动轴轴线(AXIS5)，画面上最右边的轴线(AXIS6)是若为扩充第六运动轴的预设画面；在设定运动条件；在凸轮(CAM)列的下行具有三个输入格，其中最左边为初始角度，中央为转速，最右边为终止角度；在进给(FEED)列下行具有二个输入格，其中左边为速度，右边为进给长度；在套筒轴(QUILL)列下行具有三个输入格，其中左边为初始角度，中央为转速，最右边为终止角度；在轴线(AXIS4，5，6)列各下行具有二个输入格，其中左边为速度，右边为角度；也就是说，各输入格均为对应该各运动轴的运动转角(或进给长度)及其速度的物理意义输入，其输入的单位可为角度，长度等，而本发明则采用编码器脉冲(ENCODER PULSE)数做分割而为直接控制的参考。
就本发明操作设定方法而言，首先要说明的，多轴弹簧加工机的加工动作，若主要驱动是以各滑台刀具利用凸轮轴的顺序传动安排外，其它各伺服运动轴亦得回应所需的加工条件做同动或顺序动作等控制；若其它伺服运转轴运动，则该各凸轮轴所驱动滑台刀具则亦得回应配合而处停顿或同动状态；换言之，本发明多轴弹簧加工机的加工动作，必须以其中一个伺服运动轴为主要依归而设定全部物理量，而其它伺服运动轴适应配合而设定其中一部份的物理量；因此在操作设定方法，是由使用者于人机操作界面上的操作面板上的操作设定画面821A，对某一特定的伺服运动轴设定全部的物理量输入值，而其它的伺服运动轴则因动作配合或停顿而设定其中一部份物理量输入值或不输入，而各运动轴不输入的物理量则由控制装置换算决定其配合的对应值而决定；因此在操作设定上，每一工序(STEP)仅由使用者对某一特定伺服运动轴做全部具物理意义的输入处进行输入，再对其它各伺服运动轴做部份物理意义的输入处做输入，因此此种图表式的各运动轴物理意义的输入方式，增加入机界面的适应性；且减少调机时间，提高查错与排除效率，同时大幅降低操作者的技术需求。
再请参阅图5至图7所示，是为本发明第一加工条件，其中图5为弹簧钢线100加工卷挠的各运动轴的加工示意图，其中图5A为顶视图，图5B为正视图，设若其卷挠工作是于第一组刀具3A上完成，假设刀具进给与后退相对应凸轮轴转角均10°，而加工期的对应角度为25°，卷挠圆直径为d，卷挠所需卷数为n，则其动作顺序如图6所示，可分为3个工序(STEP)，其第一工序(STEP)为第一组刀具3A进刀至定位期，则凸轮轴2为使用者特定控制的伺服运动轴，而进给轴4及扇形心轴5为配合的伺服运动轴，其中该进给轴4在此工序(STEP)并不供给钢线而无动作，而该扇形心轴5则必需配合该刀具3A于定位同时转至某特定角度定位，以利第一组刀具3A加工时支撑钢线及避开该刀具；第二工序(STEP)则为进给轴4进给钢线的加工期，则进给轴4为使用者特定控制的伺服运动轴，而凸轮轴2在此工序(STEP)则相对旋角度为25°，另外该扇形心轴5则不动作；第三工序(STEP)则为第一组刀具3A退刀期，则凸轮轴2为使用者特定控制的伺服运动轴，而进给轴4及扇形心轴5为配合的伺服运动轴，该进给轴4在此工序(STEP)并不供给钢线而无动作，而该扇形心轴5则必须下一个加工条件上供第二或下一个任意刀具进给时的特定定位角度上而定位者；因此在操作设定时，如图7所示，于操作设定显示画面821A上，在工序(STEP1)是由使用者针对该凸轮轴2设定初始、终止角度及速度等全部物理量做输入，而扇形心轴5则以配合的速度于0°转至θ1度而定位，故使用者仅需设定扇形心轴5的初始、终止角度而不需由使用者设定速度，而由控制装置换算速度；于工序(STEP2)时，由使用者针对该进给轴4的进给长度及速度等全部物理量做输入，而该凸轮轴2则以配合速度由10°转至35°，故使用者仅需设定该凸轮轴2的初始、终止角度而不需设定速度而由控制装置换算速度；于工序(STEP3)时，由使用者针对该凸轮轴2设定初始，终止角度及速度等全部物理量做输入，而扇形心轴5则以配合速度于θ1度转至0°，故使用者仅需设定该扇形心轴5的初始、终止速度而不需设定速度而由控制装置换算速度，就如图7所示，其输入量为使易于了解而在本图中以角度及长度单元表示，事实上，本发明则以编码器脉冲(ENCODER PULSE)做分割的参数输入者；必需再加以说明的是，上述加工条件的工序(STEP2)，事实上亦可以该凸轮轴2为使用者全量控制对象，亦即由使用者针对该凸轮轴2设定初始、终止角度及速度全部物理量做输入，而进给轴4则需设定供给长度而不需由使用者设定速度而由控制装置换算者，其设定方式如图8所示；换言之，在加工条件允许下，可适当调变各伺服运动轴为一使用者特定全量控制的对象而具有弹性设定。
再请参阅图9所示，是为本发明第二加工条件，其在输入条件时可细分为24工序(STEPS)，其中第四轴于第11工序(STEP)至第14工序(STEP)动作，第五轴则第17工序(STEP)至第20工序(STEP)动作，如此诸多动作的分割，以传统习用的功能码(NC CODE)的条列式命令下达，势必造成一庞大的工作程式；而本发明的设定仅需设定24工序(STEPS)；再者请参阅图10所示，是为本发明第三加工条件，其在输入调变方面，仅需改变第四轴数值设定由第10工序(STEP)至第13工序(STEP)，操作设定时仅针对此段的数个工序(STEPS)作变动，反观传统的功能码(NC CODE)在调变上相当不易，故本发明的操作设定方法确具有适应性，且简便并具物理量的输入；易懂、易查错及故障排除的功用。
权利要求
1.一种多轴弹簧机控制装置及其操作设定方法，其特征在于其控制装置为一开放式的以计算机程序控制为基础的(pc-based)控制器结构，具有一ISA总线(BUS)，其下平行分设有多数个功能板，该ISA总线(BUS)主要用以传送各功能板的资料及命令，且该各功能板分别为一中央处理器(CPU)主机板、多数个运动控制板、一输出输入板及一手轮介面板；其中该主机板是外接一操作面板用以负责控制软件的执行运算；该各运动控制板是由伺服驱动器以连结各伺服运动轴马达，以读取各伺服运动马达的位置，并用以传递运动命令至各该马达驱动器，使马达运转；该输出输入板是用以负责数位或类比讯号的侦测与传送；可由该ISA总线(BUS)扩充槽的功能可弹性增减功能板，即可自由适应不同伺服运动轴数的弹簧加工机。
2.依据权利要求1所述的多轴弹簧机控制装置及其操作设定方法，其特征在于，更包含有一手轮介面板的功能板，该手轮介面板是连结一手轮，负责该手轮的转动讯号转换为可使控制程序可接受的运动指令。
3.依据权利要求1所述的多轴弹簧机控制装置及其操作设定方法，其特征在于，该操作面板上连结有硬、软式磁碟机。
4.依据权利要求1所述的多轴弹簧机控制装置及其操作设定方法，其特征在于，该操作面板上连结有打印机。
5.依据权利要求1所述的多轴弹簧机控制装置及其操作设定方法，其特征在于，该操作面板的操作设定显示画面，是为图表示输入画面，具有行列式划分，其中每列代表一个运动区段，每行代表各个不同的伺服运动轴的初始、终止角度或进给长度及速度的物理量输入值。
6.一种多轴弹簧机控制装置及其操作设定方法，其特征在于，其操作设定方法，为一图表示的输入方式，是为人机操作界面的操作设定显示画面上，具有行列式划分，其中每列代表一个运动区段，每行代表各个不同的伺服运动的初始、终止角度或进给长度及速度的物理量输入值；使用者在一定的加工条件下，将加工条件划分为多数个运动区段，并在每一个运动区段，适当选择一特定的伺服运动轴为全量输入的伺服运动轴而输入其适当且全部的物理量值，而其它各伺服运动轴仅需由使用者输入部份的物理量或不输入；而不输入的物理量值则由控制装置换算，使得其它伺服运动轴的动作得以配合该特定伺服运动轴的动作。
7.依据权利要求6所述的多轴弹簧机控制装置及其操作设定方法，其特征在于，其中该特定伺服运动轴的选择，可在其加工条件允许下，适当调变为其它任一伺服运动轴。
全文摘要
本发明是以开放式的以计算机程序控制为基础的(pc－based)控制配合独创的操作设定人机界面,使多轴弹簧机的运动轴数可弹性扩充,并通过图表式的资料输入设定方法取代传统条例式的功能码(NC CODE)输入方式,使得弹簧的加工成型易于实现,其设定的参数更可直接对应各伺服运动轴的物理意义,使用者仅需对某特定伺服运动轴的物理量做全量输入,对其它各伺服运动轴的物理量做部分输入或不输入,不但使误动作易于检测,且可增进操作的适应性。
文档编号B21F35/00GK1182651SQ9612067
公开日1998年5月27日 申请日期1996年11月19日 优先权日1996年11月19日
发明者吴金涂, 杨宏智, 彭志诚, 何奇旺, 林淑惠, 廖清恩 申请人:吴金涂, 杨宏智, 彭志诚, 何奇旺