专利名称：经济型数控车床控制装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于一种数控机床的控制装置。
目前，在一些精密机械加工当中，数控车床被广泛使用，其优点是加工精度高，自动化程度高，无需以人工全部手动操作，只要在事先编好加工程序输入到计算机，则机器按机器程序进行加工操作，当前在一些企业使用的数控车床多为80年代中后期产品，实现开环控制，步进电机驱动，一般能够满足大多数企业实际加工的需要，但是在一些中小型即是经济型数控系统确存在有不足的问题，系统可靠性差，稳定性不佳，功能不完善，操作不方便等缺点，给全自动化、高精度的要求加工带来不便。
为解决经济型数控车床机加工的不足，本实用新型的目的提供一种经济型数控车床控制装置，利用单片机嵌入式功能和丰富的外部接口器件实现机床的复杂操作，以达到加工整体可靠性和完善功能的目的。
本实用新型之结构设计是这样实现的本控制装置的核心由四个8051系列的微控制器组成，一个是DS80C320，三个是89C2051,时钟均为24MHZ，它们协同完成数控车床的实时控制和加工过程中的插补计算，其框图(如
图1所示)，主CPU通过总线分别与轴CPU、用户程序区、装置程序区、装置显示电路、输入输出锁存电路、键盘扫描电路、轴坐标显示、辅助功能CPU联接，输入输出锁存电路与输入输出电路联接，键盘扫描电路与键盘联接，轴CPU通过装置驱动电路，步进电机驱动器与步进电机联接。
其中主CPU电路部分结构(如图2所示)在主CPU的地址数据复用总线U12(80C31的PO口上联接有程序存贮器U9(27C256)，用户程序存贮器U7(62C256)可编程接口器件U13(82C55)和两片数据隔离器件U14,U22(74HC245)；轴CPU电路结构(如图3所示)，步进电机的驱动信号是由82C55的C口以中心方式进行传送的，其联接是82C55之C口联接到U8(AT89C2051)的中断输入端，轴CPU,U8输出经U6和U4A,D,B,E(74LS07)输入端相接，输出为低有效的驱动信号X±、Z±，坐标显示CPU的工作原理与轴CPU基本一样(如图4所示)，显示CPU D13(AT89T2051)的PI口与数据锁存器D14(74LS373)数据端相接，数据为字码管字型，同时CPU又与译码器D15(74LS154)输入端相接，形成地址，输出联接开关三极管9015，点亮相应数码管，辅助功能CPU D13(AT89C2051)由总线通过转插与82C55A口，B口相应位联接，由主CPU识别机器工作完成状态切换，最后输入输出I/O接口电路为输出信号，通过I/O总线与锁存器U19,U20,U21,U81输入端相接，其输出经过隔离器TLP521直接驱动中功率三板管A1241驱动输出(如图6所示)，其输入为TLP521隔离输入到总线驱动器U15～U18，其输出由I/O总线驱动输出，在自动状态完成零件的全自动加工，在这一过程中，机器由主CPU完成各段零件程序的读取和解释工作，进行必要的插补计算，将结果送到轴CPU和显示CPU，主CPU还要进行必要的I/O状态检测与控制，以适应加工的需要。
本实用新型之优点装置模块化设计分工明确合理，实现电路结构简单，装置可靠性，稳定性高，可适合各种工业环境使用。
本实用新型之结构、工作原理结合实施例及附图加以说明。
图1为经济型数控车床控制装置总体方框图；图2为经济型数控车床控制装置主CPU电原理图；图3为经济型数控车床控制装置轴CPU电原理图；图4为经济型数控车床控制装置坐标显示CPU电原理图；图5为经济型数控车床控制装置辅助CPU电原理图；图6为经济型数控车床控制装置输出电原理图；图7为经济型数控车床控制装置输入电原理图。
其工作原理如附图所示整个装置有六种装置工作状态(MDI、编辑、自动、空运行、手动、回零)，一个在任何轴运动时都起作用的进给倍率修调装置和三种辅助工作状态(单段执行、跳步执行、点进驱动)控制装置。机器工作状态的切换和进给倍事选择分别由两个波段开关控制，辅助工作状态是相互独立的三个防尘按键，可自由翻转，其输入信号由一个89C2051采集，由软件处理成单稳态电平信号，送到主CPU，供加工时使用，同时该89C2051还要驱动相应状态指示灯，提示操作者当前的辅助状态，进给倍率修调共有五档(1％,5％,50％,75％,100％)，波段开关的输出信号在送到主CPU之前经过编码压缩，节省信号线开销。所有这些信号经过82C55隔离，以8位数据的形式从PO口被主CPU接收；在编辑状态，操作者除了建立必要的装置配置文件(0％号程序)外，还可以通过键盘将零件的数控加工程序输入到NC装置中，存贮在用户程序区中，也可以用计算机将零件程序通过串口(RS-232)输入到NC装置中，存贮在用户程序区中，机器下电时，用户程序在备用电池的保护下能保存三个月，配置文件描述了机器在使用过程中必须的参数，如加工程序名、最大快移速度、换刀时同、间隙补偿、刀具补偿等。
在自动状态完成零件的全自动加工，制造合格的产品，在这一过程中，控制装置由主CPU完成各段零件程序的读取和解释工作，进行必要的插补计算，将结果送到轴CPU(由它驱动步进电机带动丝杠及刀架，实现切削加工)和显示CPU(实时显示加工过程中X轴和Z轴绝对或相对坐标位置)，在加工过程中，主CPU还要进行必要的I/O状态检测与控制，以适应加工的需要；经济型数控车床控制装置的械结构经过了可靠性设计、高抗干扰能力设计和可维护性可操作性设计，前面板的布局有方便操作，最大的信息提示的特点，以及装置的四个CPU体系结构及分式最大地利用了有限的软硬件资源，在驱动信号输出上采用两极可编程器件预先设计输出信号形式及信号的抗浪涌TVS保护的应用，轴坐标显示运用单CPU环行数据分时扫描及外部数据串行接收电路，200mA的直流24V光电隔离输出能力。
权利要求1．一种经济型数控车床控制装置，其特征是控制装置的核心由四个8051系列的微控制器组成，一个是DS80C320，三个是89C2051，时钟均为24MHZ，它们协同完成数控车床的实时控制和加工过程中的插补计算，主CPU通过总线分别与轴CPU、用户程序区、装置程序区、装置显示电路、输入输出锁存电路、键盘扫描电路、轴坐标显示、辅助功能CPU联接，输入输出锁存电路与输入输出电路联接，键盘扫描电路与键盘联接，轴CPU通过装置驱动电路，步进电机驱动器与步进电机联接；其中主CPU电路部分结构，在主CPU的地址数据复用总线U12(80C31)的PO口上联接有程序存贮器U9(27C256)，用户程序存贮器U7(62C256)可编程接口器件U18(82C5和两片数据隔离器件U14,U22(74HC245)。
2．按权利要求1所述之控制装置，其特征是轴CPU电路结构为步进电机的驱动信号是由82C55的C口以中心方式进行传送的，其联接是82C55之C口联接到U8(AT89C2051)的中断输入端，轴CPU,U8输出经U6和U4A,D,B,E(74LS07)输入端相接，输出为低有效的驱动信号X±、Z±。
3．按权利要求1所述之控制装置，其特征是坐标显示CPU的结构为显示CPU D13(AT89T2051)的PI口与数据锁存器D14(74LS373)数据端相接，数据为字码管字型，同时CPU又与译码器D15(74LS154)输入端相接，形成地址，输出联接开关三极管9015，点亮相应数码管。
4．按权利要求1所述之控制装置，其特征是辅助功能CPU电路结构为D13(AT89C2051)由总线通过转插与82C55A口，B口相应位联接，由主CPU识别机器工作完成状态切换，最后输入输出I/O接口电路为输出信号，通过I/O总线与锁存器U19,U20,U21,U31输入端相接，其输出经过隔离器TLP521直接驱动中功率三极管A1241驱动输出，其输入为TLP521隔离输入到总线驱动器U15～U18，其输出由I/O总线驱动输出。
专利摘要本结构属于一种数控机床的控制装置,其结构由四个8051系列的微控制器组成,一个D80C320,三个89C2051,时钟均为24 MHz,协同完成数控车床的实时控制和加工过程中的插补计算,整个装有六个工作状态,MDI、编辑、启动、空运行、手动、回零,其电路有轴CPU,坐标显示CPU和辅助功能CPU,相互联接协调工作。优点:装置模块化设计分工明确合理,实现电路结构简单,装置可靠性,稳定性高,可适合各种工业环境使用。
文档编号G05B19/18GK2313237SQ97231740
公开日1999年4月7日 申请日期1997年12月26日 优先权日1997年12月26日
发明者李永旭 申请人:中国科学院沈阳计算技术研究所