CN101763070A - 一种基于单片机的攻丝控制器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于单片机的攻丝控制器及其控制方法，本发明采用常用的单片机和一些特殊的外围电路来实现整个控制系统。方法是由单片机运行程序实现人机通信，通过LCD的显示状态参数，操作员从键盘输入控制参数和命令。本发明与现有技术相比，具有成本低、集成度高、可靠性好、操作简单、体积小以及专用性强等优点。

Description

一种基于单片机的攻丝控制器及其控制方法

技术领域：

本发明涉及数控机床系统技术，具体涉及一种数控机床系统中的攻丝控制器。

背景技术：

数控机床是实现先进制造技术的重要基础装备，它关系到国家发展的战略地位。加速发展具有较强竞争能力的国产高性能、低成本、集成度高的数控机床已成为中国数控机床开发部门和生产厂家所面临的重要任务。而恰当选取控制芯片，合理的软硬件设计，一体化的集成是高性能、低成本、集成度高的数控机床控制器的技术突破。

数控机床中的控制器，高性能、低成本、集成度高是新型产品开发的技术指标，衡量控制器主要参数有：

①稳定性指标：平均无误差运行时间。

②抗干扰性指标：在现场工作的机床控制器能忍受的浪涌电压、电磁干扰。

③控制精度指标：控制进给运动轨迹与给定轨迹的符合程度。

④集成度指标：单位体积上实现的功能多少。

⑤操作复杂度指标：功能实现要求操作步骤的尽量少。

⑥低成本指标：与同类型产品比较。

要实现数控机床控制器的高性能、低成本、集成度高，控制器必须在以上六项性能中都有所突破。现有的控制器在高性能的同时，一方面要许多辅助设备(如端子板)，另一方面价格高，操作复杂，非专业人士难以掌握。需要辅助设备使机床系统最终成本大大上升，同时由于设备选型搭配不当而影响机床性能，对于系统维护也不方便。对于操作复杂的控制器，加工操作效率低下，操作员培养周期长。

发明内容：

本发明针对上述现有控制器所存在的问题，而提供一种高性能、低成本、集成度高的数控机床专用的攻丝控制器，同时还提供了该控制器实现控制的具体方法。

为了达到上述目的，本发明的具体技术方案如下：

一种基于单片机的攻丝控制器，其包括单片机、串行D/A输出芯片、参数命令输入模块、并行接口模块、插补器、编码器检测模块；所述单片机通过并行接口模块与产生脉冲信号的手轮相接，并通过串行D/A输出芯片控制主轴速度；所述单片机根据参数命令输入模块输入命令执行相关动作，其相应的插补信号通过并行接口模块传至插补器；所述插补器将信号传至数控机床中控制伺服电机的伺服电机控制器；所述编码器检测模块检测伺服电机转速，并通过并行接口模块传至单片机。

所述攻丝控制器中还包括用于显示状态参数的显示模块，其与单片机相接。

所述攻丝控制器中还包括译码器，以实现单片机控制并行接口模块中的相应接口。

所述单片机还通过232接口实现与PC机通信。

所述单片机还设有用于更新系统、扩展功能的UART接口和用于更新系统、加工U盘文件的U盘读写模块。

根据上述技术方案得到的攻丝控制器，其控制方法如下：

一种基于单片机的攻丝控制器的控制方法，所述方法实现攻丝控制器采用主轴速度恒定、Z轴速度可调方式进行攻丝，其包括如下步骤：

(1)主轴以恒定速度旋转，编码器检测模块根据反馈脉冲个数决定Z轴下降速度；

(2)控制器需要根据螺距和编码器反馈脉冲计算下降的距离；

(3)控制器根据编程设置的攻丝深度来判断攻丝是否完成。

所述步骤(3)完成攻丝时，控制刀具退出，主轴反向转动，控制器根据编码器反馈脉冲数决定Z轴向上移动的距离。

根据上述技术方案得到的数控机床攻丝控制器与现有的攻丝控制器相比，具有成本低、集成度高、可靠性好、操作简单、体积小以及专用性强等优点。

本发明提供的攻丝控制器采用常用单片机和一些特殊的外围电路以及常用单片机内部的特定软件实现了一种高性能、低成本、集成度高的攻丝控制器。控制器的设计充分考虑了提高性能指标、降低成本、增加集成度、降低体积的要求。

本发明提供的控制方法能够实现控制器操作简单，容易掌握，从而无需长时期培养操作员，极大的降低成本；同时与控制器结合能够提高数控机床的加工效率。

附图说明：

以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。

图1为本发明中控制器的结构框图。

图2为本发明中方法的流程图。

具体实施方式：

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

本发明所提供的一种基于单片机的攻丝控制器，采用常用的单片机和一些特殊的外围电路来实现整个控制系统。其整体控制器由主控板、端子板、LCD构成，LCD在最前方作显示功能，主控板在中间方便与背面的端子板相连。单片机运行程序实现人机通信，通过LCD的显示状态参数，操作员从键盘输入控制参数和命令。单片机根据输入的命令执行相关的动作，插补信号直接由背面的端子板输出，端子板可以直接与电机驱动器相连。

基于上述的设计原理，本发明提供的基于单片机的攻丝控制器的具体结构如图1所示：

整个控制器包括单片机、串行D/A输出芯片、三八译码器、由8255构成的并行接口模块、插补器、A/B相编码器、LCD模块以及键盘。

其中单片机与串行D/A输出芯片相接，通过并行接口模块与机床在加工过程中，用来产生脉冲的手轮相接。单片机还通过三八译码器与由8255构成的并行接口模块相接。

单片机还配置有串行EEPROM、232接口、UART接口以及USB接口。

LCD模块分别与单片机、键盘以及8255构成的并行接口模块相接。

8255构成的并行接口模块通过插补器与伺服电机控制器相接，伺服电机控制器控制连接伺服电机。

A/B相编码器检测伺服电机转速，并将检测到的信号通过8255构成的并行接口模块传至单片机。

整个控制器中单片机为核心，其可采用IAP11F62x单片机。单片机主要负责运行程序与人通信，通过LCD模块的显示状态参数，操作员从键盘输入控制参数和命令，单片机根据命令执行相应的操作。

键盘输入先经过LCD模块处理，然后再由LCD模块送至8255端口，单片机通过三八译码器选通相应8255端口，并通过读8255端口获取按键的键数据。

同时单片机通过8255端口获得手轮脉冲数、编码器反馈脉冲数、数字量输入。

单片机的插补数据和插补方向通过三八译码器选通相应8255端口后，传给插补器；数字量输出也同理。

本发明中的三八译码器用来选通不同的8255，以实现单片机对不同接口的控制。

串行EEPROM用来保存一些设置的参数。

串行D/A输出芯片用来把数字量的速度转换成电压控制主轴速度，此处主轴是机床中带动刀具高速旋转的轴，其它移动的轴以XYZ来表示，主轴一般安装在Z轴上。攻丝过程首先需要主轴带动刀具高速旋转起来，然后在Z轴方向控制主轴向下移动，从而在物件上出现一个带螺纹的孔。

单片机上的232接口可以与电脑主机相连，实现通信；UART接口可以用来更新系统和扩展功能；USB接口用来更新系统和U盘文件加工。

本发明中的LCD模块是系统状态的显示窗口，键盘输出、系统输出、外围信号反馈都可以在LCD的显示中看到。

插补器将脉冲转换成AB相脉冲输出。

根据上述技术方案得到的本攻丝控制器，其进行工作主要涉及以下参数：

螺距：相邻两个螺纹之间的轴向距离，

攻丝深度，

误差补偿：用来补偿攻丝深度，

攻丝起始位置：在螺孔360范围内，

落刀位置。

为了能够很好的控制上述参数，本发明涉及的攻丝控制器采用主轴速度恒定、Z轴速度可调方式进行攻丝：

攻丝时，主轴以恒定速度旋转，编码器检测模块根据反馈脉冲个数(考虑阻力因素，这个才是代表主轴正真转速)来决定Z轴下降速度；控制器需要根据螺距和编码器反馈脉冲计算下降距离。最后，控制器根据编程设置的攻丝深度来判断攻丝是否完成。

基于上述原理，本发明的攻丝控制器的具体攻丝过程如下(如图2所示)：

第一步，参数配置和程序编写。通过键盘输入攻丝的参数，以及攻丝的程序，控制器将攻丝程序保存在FLASH里面，将参数保存在EEPROM里面。

第二步，控制器解析攻丝程序。将攻丝螺距、攻丝深度读取出来放在RAM区。

第三步，控制器首先根据攻丝程序将主轴刀具移动到物件上端固定位置，启动主轴旋转，然后等待编码器的原点信号。检测到编码器原点信号之后，确认落刀位置。

第四步，确认落刀位置之后，控制器根据编码器反馈脉冲数和攻丝螺距，计算Z轴向下移动距离，然后将移动距离转换成脉冲插补出去。

第五步，控制器根据攻丝深度，判断落刀距离是否已达到攻丝深度；如果达到，暂停一会，则刀具开始向上退出；若没有达到，重复步骤4。

在退出过程，主轴反向转动，控制器根据编码器反馈脉冲数决定Z轴向上移动的距离。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种基于单片机的攻丝控制器，其特征在于，所述攻丝控制器包括单片机、串行D/A输出芯片、参数命令输入模块、并行接口模块、插补器、编码器检测模块；所述单片机通过并行接口模块与产生脉冲信号的手轮相接，并通过串行D/A输出芯片控制主轴速度；所述单片机根据参数命令输入模块输入命令执行相关动作，其相应的插补信号通过并行接口模块传至插补器；所述插补器将信号传至数控机床中控制伺服电机的伺服电机控制器；所述编码器检测模块检测伺服电机转速，并通过并行接口模块传至单片机。

2.根据权利要求1所述的一种基于单片机的攻丝控制器，其特征在于，所述攻丝控制器中还包括用于显示状态参数的显示模块，其与单片机相接。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于单片机的攻丝控制器，其特征在于，所述攻丝控制器中还包括译码器，以实现单片机控制并行接口模块中的相应接口。

4.根据权利要求1所述的一种基于单片机的攻丝控制器，其特征在于，所述单片机还通过232接口实现与PC机通信。

5.根据权利要求1所述的一种基于单片机的攻丝控制器，其特征在于，所述单片机还设有用于更新系统、扩展功能的UART接口和用于更新系统、加工U盘文件的U盘读写模块。

6.一种基于单片机的攻丝控制器的控制方法，其特征在于，所述方法实现攻丝控制器采用主轴速度恒定、Z轴速度可调方式进行攻丝，其包括如下步骤：

(1)主轴以恒定速度旋转，编码器检测模块根据反馈脉冲个数决定Z轴下降速度；

(2)控制器需要根据螺距和编码器反馈脉冲计算下降的距离；

(3)控制器根据编程设置的攻丝深度来判断攻丝是否完成。

7.根据权利要求6所述的一种基于单片机的攻丝控制器的控制方法，其特征在于，所述步骤(3)完成攻丝时，控制刀具退出，主轴反向转动，控制器根据编码器反馈脉冲数决定Z轴向上移动的距离。

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