專利名稱：一種基于單片機的攻絲控制器及其控制方法
技術領域：
本發明涉及數控機床系統技術，具體涉及一種數控機床系統中的攻絲控制器。
背景技術：
數控機床是實現先進制造技術的重要基礎裝備，它關系到國家發展的戰略地位。加速發展具有較強競爭能力的國產高性能、低成本、集成度高的數控機床已成為中國數控機床開發部門和生產廠家所面臨的重要任務。而恰當選取控制芯片，合理的軟硬件設計，一體化的集成是高性能、低成本、集成度高的數控機床控制器的技術突破。 數控機床中的控制器，高性能、低成本、集成度高是新型產品開發的技術指標，衡量控制器主要參數有 ①穩定性指標平均無誤差運行時間。
②抗干擾性指標在現場工作的機床控制器能忍受的浪涌電壓、電磁干擾。
③控制精度指標控制進給運動軌跡與給定軌跡的符合程度。
④集成度指標單位體積上實現的功能多少。
⑤操作復雜度指標功能實現要求操作步驟的盡量少。
⑥低成本指標與同類型產品比較。 要實現數控機床控制器的高性能、低成本、集成度高，控制器必須在以上六項性能中都有所突破。現有的控制器在高性能的同時，一方面要許多輔助設備(如端子板)，另一方面價格高，操作復雜，非專業人士難以掌握。需要輔助設備使機床系統最終成本大大上升，同時由于設備選型搭配不當而影響機床性能，對于系統維護也不方便。對于操作復雜的控制器，加工操作效率低下，操作員培養周期長。
發明內容
本發明針對上述現有控制器所存在的問題，而提供一種高性能、低成本、集成度高的數控機床專用的攻絲控制器，同時還提供了該控制器實現控制的具體方法。
為了達到上述目的，本發明的具體技術方案如下 —種基于單片機的攻絲控制器，其包括單片機、串行D/A輸出芯片、參數命令輸入模塊、并行接口模塊、插補器、編碼器檢測模塊；所述單片機通過并行接口模塊與產生脈沖信號的手輪相接，并通過串行D/A輸出芯片控制主軸速度；所述單片機根據參數命令輸入模塊輸入命令執行相關動作，其相應的插補信號通過并行接口模塊傳至插補器；所述插補器將信號傳至數控機床中控制伺服電機的伺服電機控制器；所述編碼器檢測模塊檢測伺服電機轉速，并通過并行接口模塊傳至單片機。 所述攻絲控制器中還包括用于顯示狀態參數的顯示模塊，其與單片機相接。
所述攻絲控制器中還包括譯碼器，以實現單片機控制并行接口模塊中的相應接□。 所述單片機還通過232接口實現與PC機通信。
所述單片機還設有用于更新系統、擴展功能的UART接口和用于更新系統、加工U 盤文件的U盤讀寫模塊。 根據上述技術方案得到的攻絲控制器，其控制方法如下 —種基于單片機的攻絲控制器的控制方法，所述方法實現攻絲控制器采用主軸速 度恒定、Z軸速度可調方式進行攻絲，其包括如下步驟 (1)主軸以恒定速度旋轉，編碼器檢測模塊根據反饋脈沖個數決定Z軸下降速度；
(2)控制器需要根據螺距和編碼器反饋脈沖計算下降的距離；
(3)控制器根據編程設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，控制刀具退出，主軸反向轉動，控制器根據編碼器反饋 脈沖數決定Z軸向上移動的距離。 根據上述技術方案得到的數控機床攻絲控制器與現有的攻絲控制器相比，具有成 本低、集成度高、可靠性好、操作簡單、體積小以及專用性強等優點。 本發明提供的攻絲控制器采用常用單片機和一些特殊的外圍電路以及常用單片 機內部的特定軟件實現了一種高性能、低成本、集成度高的攻絲控制器。控制器的設計充分 考慮了提高性能指標、降低成本、增加集成度、降低體積的要求。 本發明提供的控制方法能夠實現控制器操作簡單，容易掌握，從而無需長時期培 養操作員，極大的降低成本；同時與控制器結合能夠提高數控機床的加工效率。
以下結合附圖和具體實施方式
來進一步說明本發明。
圖1為本發明中控制器的結構框圖。
圖2為本發明中方法的流程圖。
具體實施例方式
為了使本發明實現的技術手段、創作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結 合具體圖示，進一步闡述本發明。 本發明所提供的一種基于單片機的攻絲控制器，采用常用的單片機和一些特殊的
外圍電路來實現整個控制系統。其整體控制器由主控板、端子板、LCD構成，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。單片機運行程序實現人機通信，通過
LCD的顯示狀態參數，操作員從鍵盤輸入控制參數和命令。單片機根據輸入的命令執行相關
的動作，插補信號直接由背面的端子板輸出，端子板可以直接與電機驅動器相連。 基于上述的設計原理，本發明提供的基于單片機的攻絲控制器的具體結構如圖1
所示 整個控制器包括單片機、串行D/A輸出芯片、三八譯碼器、由8255構成的并行接口 模塊、插補器、A/B相編碼器、LCD模塊以及鍵盤。 其中單片機與串行D/A輸出芯片相接，通過并行接口模塊與機床在加工過程中， 用來產生脈沖的手輪相接。單片機還通過三八譯碼器與由8255構成的并行接口模塊相接。
單片機還配置有串行EEPR0M、232接口 、 UART接口以及USB接口 。
LCD模塊分別與單片機、鍵盤以及8255構成的并行接口模塊相接。
8255構成的并行接口模塊通過插補器與伺服電機控制器相接，伺服電機控制器控 制連接伺服電機。 A/B相編碼器檢測伺服電機轉速，并將檢測到的信號通過8255構成的并行接口模 塊傳至單片機。 整個控制器中單片機為核心，其可采用IAPllF62x單片機。單片機主要負責運行 程序與人通信，通過LCD模塊的顯示狀態參數，操作員從鍵盤輸入控制參數和命令，單片機 根據命令執行相應的操作。 鍵盤輸入先經過LCD模塊處理，然后再由LCD模塊送至8255端口，單片機通過
三八譯碼器選通相應8255端口，并通過讀8255端口獲取按鍵的鍵數據。 同時單片機通過8255端口獲得手輪脈沖數、編碼器反饋脈沖數、數字量輸入。 單片機的插補數據和插補方向通過三八譯碼器選通相應8255端口后，傳給插補
器；數字量輸出也同理。 本發明中的三八譯碼器用來選通不同的8255，以實現單片機對不同接口的控制。
串行EEPROM用來保存一些設置的參數。 串行D/A輸出芯片用來把數字量的速度轉換成電壓控制主軸速度，此處主軸是機 床中帶動刀具高速旋轉的軸，其它移動的軸以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刀具高速旋轉起來，然后在Z軸方向控制主軸向下移動，從而在物件 上出現一個帶螺紋的孔。 單片機上的232接口可以與電腦主機相連，實現通信；UART接口可以用來更新系 統和擴展功能；USB接口用來更新系統和U盤文件加工。 本發明中的LCD模塊是系統狀態的顯示窗口，鍵盤輸出、系統輸出、外圍信號反饋
都可以在LCD的顯示中看到。 插補器將脈沖轉換成AB相脈沖輸出。 根據上述技術方案得到的本攻絲控制器，其進行工作主要涉及以下參數
螺距相鄰兩個螺紋之間的軸向距離，
攻絲深度， 誤差補償用來補償攻絲深度，
攻絲起始位置在螺孔360范圍內，
落刀位置。 為了能夠很好的控制上述參數，本發明涉及的攻絲控制器采用主軸速度恒定、Z軸 速度可調方式進行攻絲 攻絲時，主軸以恒定速度旋轉，編碼器檢測模塊根據反饋脈沖個數(考慮阻力因 素，這個才是代表主軸正真轉速)來決定Z軸下降速度；控制器需要根據螺距和編碼器反饋 脈沖計算下降距離。最后，控制器根據編程設置的攻絲深度來判斷攻絲是否完成。
基于上述原理，本發明的攻絲控制器的具體攻絲過程如下(如圖2所示)
第一步，參數配置和程序編寫。通過鍵盤輸入攻絲的參數，以及攻絲的程序，控制 器將攻絲程序保存在FLASH里面，將參數保存在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。
第三步，控制器首先根據攻絲程序將主軸刀具移動到物件上端固定位置，啟動主軸旋轉，然后等待編碼器的原點信號。檢測到編碼器原點信號之后，確認落刀位置。 第四步，確認落刀位置之后，控制器根據編碼器反饋脈沖數和攻絲螺距，計算Z軸
向下移動距離，然后將移動距離轉換成脈沖插補出去。 第五步，控制器根據攻絲深度，判斷落刀距離是否已達到攻絲深度；如果達到，暫 停一會，則刀具開始向上退出；若沒有達到，重復步驟4。 在退出過程，主軸反向轉動，控制器根據編碼器反饋脈沖數決定Z軸向上移動的 距離。 以上顯示和描述了本發明的基本原理和主要特征和本發明的優點。本行業的技術 人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本 發明的原理，在不脫離本發明精神和范圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變 化和改進都落入要求保護的本發明范圍內。本發明要求保護范圍由所附的權利要求書及其 等效物界定。
權利要求
一種基于單片機的攻絲控制器，其特征在于，所述攻絲控制器包括單片機、串行D/A輸出芯片、參數命令輸入模塊、并行接口模塊、插補器、編碼器檢測模塊；所述單片機通過并行接口模塊與產生脈沖信號的手輪相接，并通過串行D/A輸出芯片控制主軸速度；所述單片機根據參數命令輸入模塊輸入命令執行相關動作，其相應的插補信號通過并行接口模塊傳至插補器；所述插補器將信號傳至數控機床中控制伺服電機的伺服電機控制器；所述編碼器檢測模塊檢測伺服電機轉速，并通過并行接口模塊傳至單片機。
2. 根據權利要求1所述的一種基于單片機的攻絲控制器，其特征在于，所述攻絲控制器中還包括用于顯示狀態參數的顯示模塊，其與單片機相接。
3. 根據權利要求1或2所述的一種基于單片機的攻絲控制器，其特征在于，所述攻絲控制器中還包括譯碼器，以實現單片機控制并行接口模塊中的相應接口 。
4. 根據權利要求1所述的一種基于單片機的攻絲控制器，其特征在于，所述單片機還通過232接口實現與PC機通信。
5. 根據權利要求1所述的一種基于單片機的攻絲控制器，其特征在于，所述單片機還設有用于更新系統、擴展功能的UART接口和用于更新系統、加工U盤文件的U盤讀寫模塊。
6. —種基于單片機的攻絲控制器的控制方法，其特征在于，所述方法實現攻絲控制器采用主軸速度恒定、Z軸速度可調方式進行攻絲，其包括如下步驟(1) 主軸以恒定速度旋轉，編碼器檢測模塊根據反饋脈沖個數決定Z軸下降速度；(2) 控制器需要根據螺距和編碼器反饋脈沖計算下降的距離；(3) 控制器根據編程設置的攻絲深度來判斷攻絲是否完成。
7. 根據權利要求6所述的一種基于單片機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，控制刀具退出，主軸反向轉動，控制器根據編碼器反饋脈沖數決定Z軸向上移動的距離。
全文摘要
本發明公開了一種基于單片機的攻絲控制器及其控制方法，本發明采用常用的單片機和一些特殊的外圍電路來實現整個控制系統。方法是由單片機運行程序實現人機通信，通過LCD的顯示狀態參數，操作員從鍵盤輸入控制參數和命令。本發明與現有技術相比，具有成本低、集成度高、可靠性好、操作簡單、體積小以及專用性強等優點。
文檔編號G05B19/414GK101763070SQ20101002285
公開日2010年6月30日 申請日期2010年1月15日 優先權日2010年1月15日
發明者周俊華, 汪定軍, 汪正偉 申請人:上海維宏電子科技有限公司;上海奈凱電子科技有限公司