專利名稱：經(jīng)濟型數(shù)控車床控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于一種數(shù)控機床的控制裝置。
目前，在一些精密機械加工當中，數(shù)控車床被廣泛使用，其優(yōu)點是加工精度高，自動化程度高，無需以人工全部手動操作，只要在事先編好加工程序輸入到計算機，則機器按機器程序進行加工操作，當前在一些企業(yè)使用的數(shù)控車床多為80年代中后期產(chǎn)品，實現(xiàn)開環(huán)控制，步進電機驅(qū)動，一般能夠滿足大多數(shù)企業(yè)實際加工的需要，但是在一些中小型即是經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)確存在有不足的問題，系統(tǒng)可靠性差，穩(wěn)定性不佳，功能不完善，操作不方便等缺點，給全自動化、高精度的要求加工帶來不便。
為解決經(jīng)濟型數(shù)控車床機加工的不足，本實用新型的目的提供一種經(jīng)濟型數(shù)控車床控制裝置，利用單片機嵌入式功能和豐富的外部接口器件實現(xiàn)機床的復(fù)雜操作，以達到加工整體可靠性和完善功能的目的。
本實用新型之結(jié)構(gòu)設(shè)計是這樣實現(xiàn)的本控制裝置的核心由四個8051系列的微控制器組成，一個是DS80C320，三個是89C2051,時鐘均為24MHZ，它們協(xié)同完成數(shù)控車床的實時控制和加工過程中的插補計算，其框圖(如

圖1所示)，主CPU通過總線分別與軸CPU、用戶程序區(qū)、裝置程序區(qū)、裝置顯示電路、輸入輸出鎖存電路、鍵盤掃描電路、軸坐標顯示、輔助功能CPU聯(lián)接，輸入輸出鎖存電路與輸入輸出電路聯(lián)接，鍵盤掃描電路與鍵盤聯(lián)接，軸CPU通過裝置驅(qū)動電路，步進電機驅(qū)動器與步進電機聯(lián)接。
其中主CPU電路部分結(jié)構(gòu)(如圖2所示)在主CPU的地址數(shù)據(jù)復(fù)用總線U12(80C31的PO口上聯(lián)接有程序存貯器U9(27C256)，用戶程序存貯器U7(62C256)可編程接口器件U13(82C55)和兩片數(shù)據(jù)隔離器件U14,U22(74HC245)；軸CPU電路結(jié)構(gòu)(如圖3所示)，步進電機的驅(qū)動信號是由82C55的C口以中心方式進行傳送的，其聯(lián)接是82C55之C口聯(lián)接到U8(AT89C2051)的中斷輸入端，軸CPU,U8輸出經(jīng)U6和U4A,D,B,E(74LS07)輸入端相接，輸出為低有效的驅(qū)動信號X±、Z±，坐標顯示CPU的工作原理與軸CPU基本一樣(如圖4所示)，顯示CPU D13(AT89T2051)的PI口與數(shù)據(jù)鎖存器D14(74LS373)數(shù)據(jù)端相接，數(shù)據(jù)為字碼管字型，同時CPU又與譯碼器D15(74LS154)輸入端相接，形成地址，輸出聯(lián)接開關(guān)三極管9015，點亮相應(yīng)數(shù)碼管，輔助功能CPU D13(AT89C2051)由總線通過轉(zhuǎn)插與82C55A口，B口相應(yīng)位聯(lián)接，由主CPU識別機器工作完成狀態(tài)切換，最后輸入輸出I/O接口電路為輸出信號，通過I/O總線與鎖存器U19,U20,U21,U81輸入端相接，其輸出經(jīng)過隔離器TLP521直接驅(qū)動中功率三板管A1241驅(qū)動輸出(如圖6所示)，其輸入為TLP521隔離輸入到總線驅(qū)動器U15～U18，其輸出由I/O總線驅(qū)動輸出，在自動狀態(tài)完成零件的全自動加工，在這一過程中，機器由主CPU完成各段零件程序的讀取和解釋工作，進行必要的插補計算，將結(jié)果送到軸CPU和顯示CPU，主CPU還要進行必要的I/O狀態(tài)檢測與控制，以適應(yīng)加工的需要。
本實用新型之優(yōu)點裝置模塊化設(shè)計分工明確合理，實現(xiàn)電路結(jié)構(gòu)簡單，裝置可靠性，穩(wěn)定性高，可適合各種工業(yè)環(huán)境使用。
本實用新型之結(jié)構(gòu)、工作原理結(jié)合實施例及附圖加以說明。
圖1為經(jīng)濟型數(shù)控車床控制裝置總體方框圖；圖2為經(jīng)濟型數(shù)控車床控制裝置主CPU電原理圖；圖3為經(jīng)濟型數(shù)控車床控制裝置軸CPU電原理圖；圖4為經(jīng)濟型數(shù)控車床控制裝置坐標顯示CPU電原理圖；圖5為經(jīng)濟型數(shù)控車床控制裝置輔助CPU電原理圖；圖6為經(jīng)濟型數(shù)控車床控制裝置輸出電原理圖；圖7為經(jīng)濟型數(shù)控車床控制裝置輸入電原理圖。
其工作原理如附圖所示整個裝置有六種裝置工作狀態(tài)(MDI、編輯、自動、空運行、手動、回零)，一個在任何軸運動時都起作用的進給倍率修調(diào)裝置和三種輔助工作狀態(tài)(單段執(zhí)行、跳步執(zhí)行、點進驅(qū)動)控制裝置。機器工作狀態(tài)的切換和進給倍事選擇分別由兩個波段開關(guān)控制，輔助工作狀態(tài)是相互獨立的三個防塵按鍵，可自由翻轉(zhuǎn)，其輸入信號由一個89C2051采集，由軟件處理成單穩(wěn)態(tài)電平信號，送到主CPU，供加工時使用，同時該89C2051還要驅(qū)動相應(yīng)狀態(tài)指示燈，提示操作者當前的輔助狀態(tài)，進給倍率修調(diào)共有五檔(1％,5％,50％,75％,100％)，波段開關(guān)的輸出信號在送到主CPU之前經(jīng)過編碼壓縮，節(jié)省信號線開銷。所有這些信號經(jīng)過82C55隔離，以8位數(shù)據(jù)的形式從PO口被主CPU接收；在編輯狀態(tài)，操作者除了建立必要的裝置配置文件(0％號程序)外，還可以通過鍵盤將零件的數(shù)控加工程序輸入到NC裝置中，存貯在用戶程序區(qū)中，也可以用計算機將零件程序通過串口(RS-232)輸入到NC裝置中，存貯在用戶程序區(qū)中，機器下電時，用戶程序在備用電池的保護下能保存三個月，配置文件描述了機器在使用過程中必須的參數(shù)，如加工程序名、最大快移速度、換刀時同、間隙補償、刀具補償?shù)取?br> 在自動狀態(tài)完成零件的全自動加工，制造合格的產(chǎn)品，在這一過程中，控制裝置由主CPU完成各段零件程序的讀取和解釋工作，進行必要的插補計算，將結(jié)果送到軸CPU(由它驅(qū)動步進電機帶動絲杠及刀架，實現(xiàn)切削加工)和顯示CPU(實時顯示加工過程中X軸和Z軸絕對或相對坐標位置)，在加工過程中，主CPU還要進行必要的I/O狀態(tài)檢測與控制，以適應(yīng)加工的需要；經(jīng)濟型數(shù)控車床控制裝置的械結(jié)構(gòu)經(jīng)過了可靠性設(shè)計、高抗干擾能力設(shè)計和可維護性可操作性設(shè)計，前面板的布局有方便操作，最大的信息提示的特點，以及裝置的四個CPU體系結(jié)構(gòu)及分式最大地利用了有限的軟硬件資源，在驅(qū)動信號輸出上采用兩極可編程器件預(yù)先設(shè)計輸出信號形式及信號的抗浪涌TVS保護的應(yīng)用，軸坐標顯示運用單CPU環(huán)行數(shù)據(jù)分時掃描及外部數(shù)據(jù)串行接收電路，200mA的直流24V光電隔離輸出能力。
權(quán)利要求1．一種經(jīng)濟型數(shù)控車床控制裝置，其特征是控制裝置的核心由四個8051系列的微控制器組成，一個是DS80C320，三個是89C2051，時鐘均為24MHZ，它們協(xié)同完成數(shù)控車床的實時控制和加工過程中的插補計算，主CPU通過總線分別與軸CPU、用戶程序區(qū)、裝置程序區(qū)、裝置顯示電路、輸入輸出鎖存電路、鍵盤掃描電路、軸坐標顯示、輔助功能CPU聯(lián)接，輸入輸出鎖存電路與輸入輸出電路聯(lián)接，鍵盤掃描電路與鍵盤聯(lián)接，軸CPU通過裝置驅(qū)動電路，步進電機驅(qū)動器與步進電機聯(lián)接；其中主CPU電路部分結(jié)構(gòu)，在主CPU的地址數(shù)據(jù)復(fù)用總線U12(80C31)的PO口上聯(lián)接有程序存貯器U9(27C256)，用戶程序存貯器U7(62C256)可編程接口器件U18(82C5和兩片數(shù)據(jù)隔離器件U14,U22(74HC245)。
2．按權(quán)利要求1所述之控制裝置，其特征是軸CPU電路結(jié)構(gòu)為步進電機的驅(qū)動信號是由82C55的C口以中心方式進行傳送的，其聯(lián)接是82C55之C口聯(lián)接到U8(AT89C2051)的中斷輸入端，軸CPU,U8輸出經(jīng)U6和U4A,D,B,E(74LS07)輸入端相接，輸出為低有效的驅(qū)動信號X±、Z±。
3．按權(quán)利要求1所述之控制裝置，其特征是坐標顯示CPU的結(jié)構(gòu)為顯示CPU D13(AT89T2051)的PI口與數(shù)據(jù)鎖存器D14(74LS373)數(shù)據(jù)端相接，數(shù)據(jù)為字碼管字型，同時CPU又與譯碼器D15(74LS154)輸入端相接，形成地址，輸出聯(lián)接開關(guān)三極管9015，點亮相應(yīng)數(shù)碼管。
4．按權(quán)利要求1所述之控制裝置，其特征是輔助功能CPU電路結(jié)構(gòu)為D13(AT89C2051)由總線通過轉(zhuǎn)插與82C55A口，B口相應(yīng)位聯(lián)接，由主CPU識別機器工作完成狀態(tài)切換，最后輸入輸出I/O接口電路為輸出信號，通過I/O總線與鎖存器U19,U20,U21,U31輸入端相接，其輸出經(jīng)過隔離器TLP521直接驅(qū)動中功率三極管A1241驅(qū)動輸出，其輸入為TLP521隔離輸入到總線驅(qū)動器U15～U18，其輸出由I/O總線驅(qū)動輸出。
專利摘要本結(jié)構(gòu)屬于一種數(shù)控機床的控制裝置,其結(jié)構(gòu)由四個8051系列的微控制器組成,一個D80C320,三個89C2051,時鐘均為24 MHz,協(xié)同完成數(shù)控車床的實時控制和加工過程中的插補計算,整個裝有六個工作狀態(tài),MDI、編輯、啟動、空運行、手動、回零,其電路有軸CPU,坐標顯示CPU和輔助功能CPU,相互聯(lián)接協(xié)調(diào)工作。優(yōu)點:裝置模塊化設(shè)計分工明確合理,實現(xiàn)電路結(jié)構(gòu)簡單,裝置可靠性,穩(wěn)定性高,可適合各種工業(yè)環(huán)境使用。
文檔編號G05B19/18GK2313237SQ97231740
公開日1999年4月7日 申請日期1997年12月26日 優(yōu)先權(quán)日1997年12月26日
發(fā)明者李永旭 申請人:中國科學(xué)院沈陽計算技術(shù)研究所