專利名稱：一種基于單片機(jī)的攻絲控制器及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)技術(shù)，具體涉及一種數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)中的攻絲控制器。
背景技術(shù)：
數(shù)控機(jī)床是實(shí)現(xiàn)先進(jìn)制造技術(shù)的重要基礎(chǔ)裝備，它關(guān)系到國(guó)家發(fā)展的戰(zhàn)略地位。加速發(fā)展具有較強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)能力的國(guó)產(chǎn)高性能、低成本、集成度高的數(shù)控機(jī)床已成為中國(guó)數(shù)控機(jī)床開發(fā)部門和生產(chǎn)廠家所面臨的重要任務(wù)。而恰當(dāng)選取控制芯片，合理的軟硬件設(shè)計(jì)，一體化的集成是高性能、低成本、集成度高的數(shù)控機(jī)床控制器的技術(shù)突破。 數(shù)控機(jī)床中的控制器，高性能、低成本、集成度高是新型產(chǎn)品開發(fā)的技術(shù)指標(biāo)，衡量控制器主要參數(shù)有 ①穩(wěn)定性指標(biāo)平均無誤差運(yùn)行時(shí)間。
②抗干擾性指標(biāo)在現(xiàn)場(chǎng)工作的機(jī)床控制器能忍受的浪涌電壓、電磁干擾。
③控制精度指標(biāo)控制進(jìn)給運(yùn)動(dòng)軌跡與給定軌跡的符合程度。
④集成度指標(biāo)單位體積上實(shí)現(xiàn)的功能多少。
⑤操作復(fù)雜度指標(biāo)功能實(shí)現(xiàn)要求操作步驟的盡量少。
⑥低成本指標(biāo)與同類型產(chǎn)品比較。 要實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床控制器的高性能、低成本、集成度高，控制器必須在以上六項(xiàng)性能中都有所突破。現(xiàn)有的控制器在高性能的同時(shí)，一方面要許多輔助設(shè)備(如端子板)，另一方面價(jià)格高，操作復(fù)雜，非專業(yè)人士難以掌握。需要輔助設(shè)備使機(jī)床系統(tǒng)最終成本大大上升，同時(shí)由于設(shè)備選型搭配不當(dāng)而影響機(jī)床性能，對(duì)于系統(tǒng)維護(hù)也不方便。對(duì)于操作復(fù)雜的控制器，加工操作效率低下，操作員培養(yǎng)周期長(zhǎng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)上述現(xiàn)有控制器所存在的問題，而提供一種高性能、低成本、集成度高的數(shù)控機(jī)床專用的攻絲控制器，同時(shí)還提供了該控制器實(shí)現(xiàn)控制的具體方法。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下 —種基于單片機(jī)的攻絲控制器，其包括單片機(jī)、串行D/A輸出芯片、參數(shù)命令輸入模塊、并行接口模塊、插補(bǔ)器、編碼器檢測(cè)模塊；所述單片機(jī)通過并行接口模塊與產(chǎn)生脈沖信號(hào)的手輪相接，并通過串行D/A輸出芯片控制主軸速度；所述單片機(jī)根據(jù)參數(shù)命令輸入模塊輸入命令執(zhí)行相關(guān)動(dòng)作，其相應(yīng)的插補(bǔ)信號(hào)通過并行接口模塊傳至插補(bǔ)器；所述插補(bǔ)器將信號(hào)傳至數(shù)控機(jī)床中控制伺服電機(jī)的伺服電機(jī)控制器；所述編碼器檢測(cè)模塊檢測(cè)伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速，并通過并行接口模塊傳至單片機(jī)。 所述攻絲控制器中還包括用于顯示狀態(tài)參數(shù)的顯示模塊，其與單片機(jī)相接。
所述攻絲控制器中還包括譯碼器，以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)控制并行接口模塊中的相應(yīng)接□。 所述單片機(jī)還通過232接口實(shí)現(xiàn)與PC機(jī)通信。
所述單片機(jī)還設(shè)有用于更新系統(tǒng)、擴(kuò)展功能的UART接口和用于更新系統(tǒng)、加工U 盤文件的U盤讀寫模塊。 根據(jù)上述技術(shù)方案得到的攻絲控制器，其控制方法如下 —種基于單片機(jī)的攻絲控制器的控制方法，所述方法實(shí)現(xiàn)攻絲控制器采用主軸速 度恒定、Z軸速度可調(diào)方式進(jìn)行攻絲，其包括如下步驟 (1)主軸以恒定速度旋轉(zhuǎn)，編碼器檢測(cè)模塊根據(jù)反饋脈沖個(gè)數(shù)決定Z軸下降速度；
(2)控制器需要根據(jù)螺距和編碼器反饋脈沖計(jì)算下降的距離；
(3)控制器根據(jù)編程設(shè)置的攻絲深度來判斷攻絲是否完成。 所述步驟(3)完成攻絲時(shí)，控制刀具退出，主軸反向轉(zhuǎn)動(dòng)，控制器根據(jù)編碼器反饋 脈沖數(shù)決定Z軸向上移動(dòng)的距離。 根據(jù)上述技術(shù)方案得到的數(shù)控機(jī)床攻絲控制器與現(xiàn)有的攻絲控制器相比，具有成 本低、集成度高、可靠性好、操作簡(jiǎn)單、體積小以及專用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。 本發(fā)明提供的攻絲控制器采用常用單片機(jī)和一些特殊的外圍電路以及常用單片 機(jī)內(nèi)部的特定軟件實(shí)現(xiàn)了一種高性能、低成本、集成度高的攻絲控制器?？刂破鞯脑O(shè)計(jì)充分 考慮了提高性能指標(biāo)、降低成本、增加集成度、降低體積的要求。 本發(fā)明提供的控制方法能夠?qū)崿F(xiàn)控制器操作簡(jiǎn)單，容易掌握，從而無需長(zhǎng)時(shí)期培 養(yǎng)操作員，極大的降低成本；同時(shí)與控制器結(jié)合能夠提高數(shù)控機(jī)床的加工效率。


以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
來進(jìn)一步說明本發(fā)明。
圖1為本發(fā)明中控制器的結(jié)構(gòu)框圖。
圖2為本發(fā)明中方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式
為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié) 合具體圖示，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。 本發(fā)明所提供的一種基于單片機(jī)的攻絲控制器，采用常用的單片機(jī)和一些特殊的
外圍電路來實(shí)現(xiàn)整個(gè)控制系統(tǒng)。其整體控制器由主控板、端子板、LCD構(gòu)成，LCD在最前方
作顯示功能，主控板在中間方便與背面的端子板相連。單片機(jī)運(yùn)行程序?qū)崿F(xiàn)人機(jī)通信，通過
LCD的顯示狀態(tài)參數(shù)，操作員從鍵盤輸入控制參數(shù)和命令。單片機(jī)根據(jù)輸入的命令執(zhí)行相關(guān)
的動(dòng)作，插補(bǔ)信號(hào)直接由背面的端子板輸出，端子板可以直接與電機(jī)驅(qū)動(dòng)器相連。 基于上述的設(shè)計(jì)原理，本發(fā)明提供的基于單片機(jī)的攻絲控制器的具體結(jié)構(gòu)如圖1
所示 整個(gè)控制器包括單片機(jī)、串行D/A輸出芯片、三八譯碼器、由8255構(gòu)成的并行接口 模塊、插補(bǔ)器、A/B相編碼器、LCD模塊以及鍵盤。 其中單片機(jī)與串行D/A輸出芯片相接，通過并行接口模塊與機(jī)床在加工過程中， 用來產(chǎn)生脈沖的手輪相接。單片機(jī)還通過三八譯碼器與由8255構(gòu)成的并行接口模塊相接。
單片機(jī)還配置有串行EEPR0M、232接口 、 UART接口以及USB接口 。
LCD模塊分別與單片機(jī)、鍵盤以及8255構(gòu)成的并行接口模塊相接。
8255構(gòu)成的并行接口模塊通過插補(bǔ)器與伺服電機(jī)控制器相接，伺服電機(jī)控制器控 制連接伺服電機(jī)。 A/B相編碼器檢測(cè)伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速，并將檢測(cè)到的信號(hào)通過8255構(gòu)成的并行接口模 塊傳至單片機(jī)。 整個(gè)控制器中單片機(jī)為核心，其可采用IAPllF62x單片機(jī)。單片機(jī)主要負(fù)責(zé)運(yùn)行 程序與人通信，通過LCD模塊的顯示狀態(tài)參數(shù)，操作員從鍵盤輸入控制參數(shù)和命令，單片機(jī) 根據(jù)命令執(zhí)行相應(yīng)的操作。 鍵盤輸入先經(jīng)過LCD模塊處理，然后再由LCD模塊送至8255端口，單片機(jī)通過
三八譯碼器選通相應(yīng)8255端口，并通過讀8255端口獲取按鍵的鍵數(shù)據(jù)。 同時(shí)單片機(jī)通過8255端口獲得手輪脈沖數(shù)、編碼器反饋脈沖數(shù)、數(shù)字量輸入。 單片機(jī)的插補(bǔ)數(shù)據(jù)和插補(bǔ)方向通過三八譯碼器選通相應(yīng)8255端口后，傳給插補(bǔ)
器；數(shù)字量輸出也同理。 本發(fā)明中的三八譯碼器用來選通不同的8255，以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)對(duì)不同接口的控制。
串行EEPROM用來保存一些設(shè)置的參數(shù)。 串行D/A輸出芯片用來把數(shù)字量的速度轉(zhuǎn)換成電壓控制主軸速度，此處主軸是機(jī) 床中帶動(dòng)刀具高速旋轉(zhuǎn)的軸，其它移動(dòng)的軸以XYZ來表示，主軸一般安裝在Z軸上。攻絲過 程首先需要主軸帶動(dòng)刀具高速旋轉(zhuǎn)起來，然后在Z軸方向控制主軸向下移動(dòng)，從而在物件 上出現(xiàn)一個(gè)帶螺紋的孔。 單片機(jī)上的232接口可以與電腦主機(jī)相連，實(shí)現(xiàn)通信；UART接口可以用來更新系 統(tǒng)和擴(kuò)展功能；USB接口用來更新系統(tǒng)和U盤文件加工。 本發(fā)明中的LCD模塊是系統(tǒng)狀態(tài)的顯示窗口，鍵盤輸出、系統(tǒng)輸出、外圍信號(hào)反饋
都可以在LCD的顯示中看到。 插補(bǔ)器將脈沖轉(zhuǎn)換成AB相脈沖輸出。 根據(jù)上述技術(shù)方案得到的本攻絲控制器，其進(jìn)行工作主要涉及以下參數(shù)
螺距相鄰兩個(gè)螺紋之間的軸向距離，
攻絲深度， 誤差補(bǔ)償用來補(bǔ)償攻絲深度，
攻絲起始位置在螺孔360范圍內(nèi)，
落刀位置。 為了能夠很好的控制上述參數(shù)，本發(fā)明涉及的攻絲控制器采用主軸速度恒定、Z軸 速度可調(diào)方式進(jìn)行攻絲 攻絲時(shí)，主軸以恒定速度旋轉(zhuǎn)，編碼器檢測(cè)模塊根據(jù)反饋脈沖個(gè)數(shù)(考慮阻力因 素，這個(gè)才是代表主軸正真轉(zhuǎn)速)來決定Z軸下降速度；控制器需要根據(jù)螺距和編碼器反饋 脈沖計(jì)算下降距離。最后，控制器根據(jù)編程設(shè)置的攻絲深度來判斷攻絲是否完成。
基于上述原理，本發(fā)明的攻絲控制器的具體攻絲過程如下(如圖2所示)
第一步，參數(shù)配置和程序編寫。通過鍵盤輸入攻絲的參數(shù)，以及攻絲的程序，控制 器將攻絲程序保存在FLASH里面，將參數(shù)保存在EEPR0M里面。 第二步，控制器解析攻絲程序。將攻絲螺距、攻絲深度讀取出來放在RAM區(qū)。
第三步，控制器首先根據(jù)攻絲程序?qū)⒅鬏S刀具移動(dòng)到物件上端固定位置，啟動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)，然后等待編碼器的原點(diǎn)信號(hào)。檢測(cè)到編碼器原點(diǎn)信號(hào)之后，確認(rèn)落刀位置。 第四步，確認(rèn)落刀位置之后，控制器根據(jù)編碼器反饋脈沖數(shù)和攻絲螺距，計(jì)算Z軸
向下移動(dòng)距離，然后將移動(dòng)距離轉(zhuǎn)換成脈沖插補(bǔ)出去。 第五步，控制器根據(jù)攻絲深度，判斷落刀距離是否已達(dá)到攻絲深度；如果達(dá)到，暫 停一會(huì)，則刀具開始向上退出；若沒有達(dá)到，重復(fù)步驟4。 在退出過程，主軸反向轉(zhuǎn)動(dòng)，控制器根據(jù)編碼器反饋脈沖數(shù)決定Z軸向上移動(dòng)的 距離。 以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù) 人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本 發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變 化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其 等效物界定。
權(quán)利要求
一種基于單片機(jī)的攻絲控制器，其特征在于，所述攻絲控制器包括單片機(jī)、串行D/A輸出芯片、參數(shù)命令輸入模塊、并行接口模塊、插補(bǔ)器、編碼器檢測(cè)模塊；所述單片機(jī)通過并行接口模塊與產(chǎn)生脈沖信號(hào)的手輪相接，并通過串行D/A輸出芯片控制主軸速度；所述單片機(jī)根據(jù)參數(shù)命令輸入模塊輸入命令執(zhí)行相關(guān)動(dòng)作，其相應(yīng)的插補(bǔ)信號(hào)通過并行接口模塊傳至插補(bǔ)器；所述插補(bǔ)器將信號(hào)傳至數(shù)控機(jī)床中控制伺服電機(jī)的伺服電機(jī)控制器；所述編碼器檢測(cè)模塊檢測(cè)伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速，并通過并行接口模塊傳至單片機(jī)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于單片機(jī)的攻絲控制器，其特征在于，所述攻絲控制器中還包括用于顯示狀態(tài)參數(shù)的顯示模塊，其與單片機(jī)相接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于單片機(jī)的攻絲控制器，其特征在于，所述攻絲控制器中還包括譯碼器，以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)控制并行接口模塊中的相應(yīng)接口 。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于單片機(jī)的攻絲控制器，其特征在于，所述單片機(jī)還通過232接口實(shí)現(xiàn)與PC機(jī)通信。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于單片機(jī)的攻絲控制器，其特征在于，所述單片機(jī)還設(shè)有用于更新系統(tǒng)、擴(kuò)展功能的UART接口和用于更新系統(tǒng)、加工U盤文件的U盤讀寫模塊。
6. —種基于單片機(jī)的攻絲控制器的控制方法，其特征在于，所述方法實(shí)現(xiàn)攻絲控制器采用主軸速度恒定、Z軸速度可調(diào)方式進(jìn)行攻絲，其包括如下步驟(1) 主軸以恒定速度旋轉(zhuǎn)，編碼器檢測(cè)模塊根據(jù)反饋脈沖個(gè)數(shù)決定Z軸下降速度；(2) 控制器需要根據(jù)螺距和編碼器反饋脈沖計(jì)算下降的距離；(3) 控制器根據(jù)編程設(shè)置的攻絲深度來判斷攻絲是否完成。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于單片機(jī)的攻絲控制器的控制方法，其特征在于，所述步驟(3)完成攻絲時(shí)，控制刀具退出，主軸反向轉(zhuǎn)動(dòng)，控制器根據(jù)編碼器反饋脈沖數(shù)決定Z軸向上移動(dòng)的距離。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于單片機(jī)的攻絲控制器及其控制方法，本發(fā)明采用常用的單片機(jī)和一些特殊的外圍電路來實(shí)現(xiàn)整個(gè)控制系統(tǒng)。方法是由單片機(jī)運(yùn)行程序?qū)崿F(xiàn)人機(jī)通信，通過LCD的顯示狀態(tài)參數(shù)，操作員從鍵盤輸入控制參數(shù)和命令。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有成本低、集成度高、可靠性好、操作簡(jiǎn)單、體積小以及專用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G05B19/414GK101763070SQ20101002285
公開日2010年6月30日 申請(qǐng)日期2010年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月15日
發(fā)明者周俊華, 汪定軍, 汪正偉 申請(qǐng)人:上海維宏電子科技有限公司;上海奈凱電子科技有限公司