CN110658787A - 基于单片机的数控机床主动温控单回路调控系统及方法 - Google Patents

基于单片机的数控机床主动温控单回路调控系统及方法 Download PDF

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张大卫
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Abstract

本发明公开了基于单片机的数控机床主动温控单回路调控系统及方法。其包括：温度测量模块、电磁阀、触摸屏、单回路油箱、数据备份模块、USB转RS485通讯模块、核心微处理器。本发明中的单回路调控系统能够精确测量单回路油箱的温度，将温度传输到核心微处理器，利用动态调整控制周期的温控策略，控制电磁阀调节进入单回路油箱的高、低温冷却液，精确控制单回路油箱中冷却液的温度。本发明提出的单回路调控系统及方法具有简单易于操作、精度高、成本低、模块化可对数控机床热误差进行有效抑制的优点，弥补了以往相关研究成果的缺陷。

Description

基于单片机的数控机床主动温控单回路调控系统及方法
技术领域
本发明涉及数控机床加工技术领域，特别是涉及基于单片机的数控机床主动温控单回路调控系统及方法。
背景技术
近年来，随着我国航空航天、船舶海洋、石油化工等行业的不断发展，制造业的迅猛发展对精密机床加工性能、综合精度水平提出了越来越高的要求，使得机床热平衡设计与热动特性研究成为保证精密机床高精度、精度稳定性的重要因素。据资料显示，在精密及超精密机床加工中，由热效应引起的机床误差大约占到综合误差的40％-70％。因此，如何有效改善精密机床热态特性，从技术源头探寻一种针对机床热误差的有效抑制方法，已成为我国制造业中亟待解决的一大关键性技术问题。
目前，开环循环冷却液方式换热控制法控制机床整机或关键功能部件的温度已经被广泛采用。在精密机床加工时，机床的热态特性一般具有时变性，而开环循环冷却液换热控制法一般具有静态、被动等特点。主动温控装置的可以根据不同的区域控制输出所需温度，这就需要同时有多个精确温度的冷却液输出，现有的调温油路还不能够精确控制支路的循环冷却液输出温度。
综上所述，有必要提出一种新的调控系统及方法，可通过基于单片机的数控机床主动温控单回路调控系统控制单回路油箱冷却液的温度，以实现数控机床热误差的有效抑制。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供基于单片机的数控机床主动温控单回路调控系统及方法，该方法具有简单、精度高、成本低、模块化可对数控机床热误差进行有效抑制的优点，适合中高档数控机床的应用。
本发明是通过以下技术方案实现的：
基于单片机的数控机床主动温控单回路调控系统，包括：温度测量模块1、电磁阀2、触摸屏3、单回路油箱4、数据备份模块5、USB转RS485通讯模块6、核心微处理器7。
温度测量模块1用于调理温度传感器测量得到的温度信号测量，温度传感器布置在单回路油箱出液口；
电磁阀2为两位三通型，用于接收核心微处理器7的指令改变自身的通断情况，进而控制当前进入单回路油箱4的冷却液为高温冷却液或低温冷却液；
触摸屏3实时显示单回路油箱4出液口的温度、设定和显示单回路油箱4的目标温度、控制周期H；
单回路油箱4用于将达到目标温度的冷却液输送到数控机床冷却部位；
数据备份模块5用于存储温度测量模块测量1的实时温度和单回路油箱4的目标温度；
USB转RS485通讯模块6用于实现核心微处理器7与PC机通讯；
核心微处理器7为基于单片机的数控机床主动温控单回路调控系统的核心控制器，其分别温度测量模块1、电磁阀2、触摸屏3、数据备份模块5、USB转RS485通讯电路相连接6；核心微处理器7用于接收来自温度测量模块测量1的实时温度，向电磁阀2发送指令改变电磁阀2的状态，控制当前进入单回路油箱4的冷却液为高温冷却液或低温冷却液。
利用基于单片机的数控机床主动温控单回路调控系统，基于单片机的数控机床主动温控单回路调控方法，包含如下步骤：
步骤1，通过触摸屏3设定单回路油箱4的目标温度为Tset。
步骤2，核心微处理器7接收来自温度测量模块1测量的实时温度Ttest与步骤1中设定单回路油箱4的目标温度为Tset比较，利用核心微处理器7内部算法动态调整电磁阀2的控制周期Hi。
其中核心微处理器7内部算法的控制策略为当Tset与Ttest差值的绝对值大于0.3℃，下一次控制周期Hi+1比当前控制周期Hi增大20％；当Tset与Ttest差值的绝对值小于0.3℃，下一次控制周期Hi+1比当前控制周期Hi减小20％；当TSET与Ttest相等时，下一次控制周期Hi+1等于当前控制周期Hi。
步骤3，当Tset大于Ttest时，在下一个控制周期Hi+1中控制电磁阀2使高温冷却液进入单回路油箱；当Tset小于Ttest时，在下一个控制周期Hi+1中控制电磁阀2使低温冷却液进入单回路油箱；当Tset等于Ttest时，在下一个控制周期Hi+1中控制电磁阀2的方向与上一控制周期相反。
本发明具有以下有益效果：本发明包括温度测量模块、电磁阀、触摸屏、单回路油箱、数据备份模块、USB转RS485通讯模块、核心微处理器。本发明中的单回路调控系统能够精确测量单回路油箱的温度，将温度传输到核心微处理器，利用动态调整控制周期的温控策略，通过控制电磁阀调节进入单回路油箱的高、低温冷却液，精确控制单回路油箱中冷却液的温度。本发明提出的单回路调控系统及方法具有简单易于操作、精度高、成本低、模块化可对数控机床热误差进行有效抑制的优点，弥补了以往相关研究成果的缺陷。
附图说明
图1为基于单片机的数控机床主动温控单回路调控系统框图；
图2为基于单片机的数控机床主动温控单回路调控方法流程图；
图3为控制周期-温度图；
对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据以上附图获得其他的相关附图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种基于单片机的精密机床多点主动测控系统。如图1所示基于单片机的数控机床主动温控单回路调控系统包括：温度测量模块1、电磁阀2、触摸屏3、单回路油箱4、数据备份模块5、USB转RS485通讯模块6、核心微处理器7。
核心微处理器7为基于单片机的数控机床主动温控单回路调控系统的核心控制器，其分别温度测量模块1、电磁阀2、触摸屏3、数据备份模块5、USB转RS485通讯电路相连接6；核心微处理器7用于接收来自温度测量模块测量1的实时温度，向电磁阀2发送指令改变电磁阀2的状态，控制当前进入单回路油箱4的冷却液为高温冷却液或低温冷却液。
如图2所示，基于单片机的数控机床主动温控单回路调控方法，基本控制步骤如下：
步骤1，通过触摸屏3设定单回路油箱4的目标温度为Tset。
步骤2，核心微处理器7接收来自温度测量模块1测量的实时温度Ttest与步骤1中设定单回路油箱4的目标温度为Tset比较，利用核心微处理器7内部算法动态调整电磁阀2的控制周期Hi。
其中核心微处理器7内部算法的控制策略为当Tset与Ttest差值的绝对值大于0.3℃，下一次控制周期Hi+1比当前控制周期Hi增大20％；当Tset与Ttest差值的绝对值小于0.3℃，下一次控制周期Hi+1比当前控制周期Hi减小20％；当TSET与Ttest相等时，下一次控制周期Hi+1等于当前控制周期Hi。
步骤3，当Tset大于Ttest时，在下一个控制周期Hi+1中控制电磁阀2使高温冷却液进入单回路油箱；当Tset小于Ttest时，在下一个控制周期Hi+1中控制电磁阀2使低温冷却液进入单回路油箱；当Tset等于Ttest时，在下一个控制周期Hi+1中控制电磁阀2的方向与上一控制周期相反。
如图3所示，在当前控制周期Hi中Tset与Ttest差值的绝对值大于0.3℃，下一次控制周期Hi+1比当前控制周期Hi增大20％，同时Tset大于Ttest时，在下一个控制周期Hi+1中控制电磁阀2使高温冷却液进入单回路油箱；
在控制周期Hi+1中Tset与Ttest差值的绝对值小于0.3℃，下一次控制周期Hi+2比当前控制周期Hi+1减小20％，同时Tset大于Ttest时，在下一个控制周期Hi+2中控制电磁阀2使高温冷却液进入单回路油箱；
在控制周期Hi+2中Tset与Ttest差值的绝对值大于0.3℃，下一次控制周期Hi+3比当前控制周期Hi+2增大20％，同时Tset小于Ttest时，在下一个控制周期Hi+3中控制电磁阀2使低温冷却液进入单回路油箱；
在控制周期Hi+3中Tset与Ttest差值的绝对值小于0.3℃，下一次控制周期Hi+4比当前控制周期Hi+3减小20％，同时Tset小于Ttest时，在下一个控制周期Hi+4中控制电磁阀2使低温冷却液进入单回路油箱。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。
以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims (2)

1.基于单片机的数控机床主动温控单回路调控系统，其特征在于：包括温度测量模块、电磁阀、触摸屏、单回路油箱、数据备份模块、USB转RS485通讯模块、核心微处理器；
所述温度测量模块用于调理温度传感器测量得到的温度信号测量，温度传感器布置在单回路油箱出液口；
所述电磁阀为两位三通型，用于接收核心微处理器的指令改变自身的通断情况，进而控制当前进入单回路油箱的冷却液为高温冷却液或低温冷却液；
所述触摸屏实时显示单回路油箱出液口的温度、设定和显示单回路油箱的目标温度、控制周期H；
所述单回路油箱用于将达到目标温度的冷却液输送到数控机床冷却部位；
所述数据备份模块用于存储温度测量模块测量的实时温度和单回路油箱的目标温度；
所述USB转RS485通讯模块用于实现核心微处理器与PC机通讯；
所述核心微处理器为基于单片机的数控机床主动温控单回路调控系统的核心控制器，其分别温度测量模块、电磁阀、触摸屏、数据备份模块、USB转RS485通讯电路相连接；核心微处理器用于接收来自温度测量模块测量的实时温度，向电磁阀发送指令改变电磁阀的状态，控制当前进入单回路油箱的冷却液为高温冷却液或低温冷却液。
2.基于单片机的数控机床主动温控单回路调控方法，其特征在于包含如下步骤：
步骤1，通过触摸屏设定单回路油箱的目标温度为Tset；
步骤2，核心微处理器接收来自温度测量模块测量的实时温度Ttest与步骤1中设定单回路油箱的目标温度为Tset比较，利用核心微处理器内部算法动态调整电磁阀的控制周期Hi；
其中核心微处理器内部算法的控制策略为当Tset与Ttest差值的绝对值大于0.3℃，下一次控制周期Hi+1比当前控制周期Hi增大20％；当Tset与Ttest差值的绝对值小于0.3℃，下一次控制周期Hi+1比当前控制周期Hi减小20％；当TSET与Ttest相等时，下一次控制周期Hi+1等于当前控制周期Hi；
步骤3，当Tset大于Ttest时，在下一个控制周期Hi+1中控制电磁阀使高温冷却液进入单回路油箱；当Tset小于Ttest时，在下一个控制周期Hi+1中控制电磁阀使低温冷却液进入单回路油箱；当Tset等于Ttest时，在下一个控制周期Hi+1中控制电磁阀的方向与上一控制周期相反。
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