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基于AVR单片机的智能分度头研究

日期:2020-12-24 09:54 作者:豪利真人游戏

  目前国外先进水平的分度头一般采取半闭环控制系统,用伺服电机的编码器作为反馈回路的检测元件,每转脉冲数为2 500 P,精度较高,但价格也昂贵。如日本NIKKEN公司生产的数控分度头的分辨率可达到0.001,定位精度为15”。

  国内很多单位也对数控分度头做了大量的理论研究和产品的开发工作,例如华中科技大学采用神经网络方法对分度头进行误差补偿,能够使分度误差达到15”;山东烟台机床厂采用意大利技术,采用半闭环控制系统,使分度精度达到20”。

  文中设计了一种体积较小能够同实验室内现有铣床配合、具有手动模式和自动模式功能的低成本智能分度头。分度的计算工作由Atmega16单片机来完成,分度速度快、精度高。机械加工、装配都是在实验室内完成,节约了大量成本。

  文中设计的智能分度头工作模式分为两种:自动模式和手动模式。当工件安装到分度头的夹具上后,在自动模式下,通过数控机床控制器输入使能信号、脉冲信号以及方向信号。分度头按系统指令要求进行分度。

  在手动模式下,又分两种控制方式:一是通过手轮旋转及倍率调节按钮,进行分度,并实时显示分度头所处位置以及转速;二是输入分度所需参数(包括等分度数、转速、方向)等。然后,Atmega16按照设定的工作模式、分度参数进行实时处理和运算,运算结果和指令又通过I/O接口电路送入步进电机驱动器来控制步进电动机运行,并将工作状态显示在显示屏上。步进电动机通过蜗轮蜗杆结构将运动传递到分度主轴,然后通过夹具带动工件进行分度。在回零模式下,通过回零电路,使分度头进行回零。

  设计以Atmega16为主控芯片,并且有回零电路、按键电路、电源电路、显示电路以及驱动电路。如图1所示。

  设计采用ATmega16单片机作为驱动步进电机的主控芯片,为了获得最高的性能以及并行性,AVR采用了Harvard结构,具有独立的数据和程序总线。程序存储器里的指令通

  过一级流水线运行。CPU在执行一条指令的同时读取下一条指令。这个概念实现了指令的单时钟周期运行。程序存储器是可以在线编程的FLASH,能够很好的满足椭圆插补的计算以及程序的烧写功能,并且用16位定时器T1来产生PWM波,能获得较宽频率的脉冲波。T1工作在相位和频率修正PWM模式,可以产生高精度、相位和频率都准确的PWM波形,十分适合于电机的控制。

  单片机的PD口以及PA5~PA7接LCD12864显示电路,PD2口用来产生PWM波驱动步进电机,PD0和PD1口与MAX232相连和上位机进行串口通信。其主控电路如图2所示。

  LM25705是美国安森美半导体公司生产的新型开关式降压型稳压电路。它们的作用与LM7805三端稳压器差不多,不过由于该系统稳压电源采用了开关技术,所以它的效率要比普通的三端稳压器要高,而且该系列稳压器的输入电压范围比普通二端稳压器更广。

  LM25755.0的基本应用电路为,外接4个元件,最大输入电压为40 V,最小输入电压为7.0 V,最大负载电流为1.0 A,最高环境温度为50 ℃,最低环境温度为0℃。

  本设计所采用LM2575为Atmega16提供电源,有效保证了单片机的工作。如图3所示。

  本系统采用max232芯片进行单片机与上位机的通信,MAX232外围需要4个电解电容C14、C13、C10、C9,是内部电源转换所需电容。其取值均为1F/25 V。一般选用钽电容并且应尽量靠近芯片,C11为0.1F的去耦电容。与Atmega16连接如图4所示。

  当需要在手动模式下工作时,通过按键输入分度所需参数。设计通过PB口与各个按键相连,如图5所示。

  文中所采用步进电机的驱动芯片是东芝公司推出的低功耗、高集成两相混合式芯片TB6560,其主要特点是:内部集成双全桥MOSFET驱动;最高耐压为40 V,单相输出最大电流3.5 A;并有整步,1/2、1/8、1/16细分方式;具有过电流保护功能,采用HZIP25封装。

  步进电机有3个控制信号,CLK、CW和ENABLE,分别控制电机的转角、速度和使能,均需要通过光电耦合器和芯片相连接。光电耦合器又叫做光电隔离器,可以防止电机干扰和损坏接口板电路,还可以对控制信号进行整形。如图6所示。

  文中采用两片高速光耦6N137来隔离管脚CLK和CW,可以保证信号耦合后不会发生滞后和畸变而影响电机驱动,并且信号传输速率可达10 MHz;使用1片TLP521来隔离ENABLE使能信号。

  步进电机的驱动电路采用28 V直流电.电压为4.5~40 V。其中VMB、VMA作为步进电机驱动电源引脚,分别接入瓷片去耦电容和电解电容来进行稳压。OUT_AP、OUT_AM、OUT_BP、OUT_BM 引脚分别为电机的两相输出接口。NFA和NFB分别为电机A、B相最大驱动电流定义引脚,其计算公式为:Iout(A)=0.5(V)/RNF,假设电机每相的最大驱动电流为2.5 A,则RNF=0.28 ,则PGNDA、PGNDB、SGND分别为电机A、B相驱动引脚地和逻辑电源地。

  逻辑控制电路的电源为5 V,VDD是逻辑电源引脚,外接去耦电容和旁路电容减小噪声;M0和PROTECT分别为工作状态和过流保护指示灯;M1和M2为细分设置引脚,与拨码开关连接能得到不同的细分值。

  显示电路作为智能分度头的输出接口,可以显示加工过程中的状态等信息。本设计中显示模块采用OCMJ4X8A液晶显示屏,可以方便地显示汉字及图形;可全屏显示系统所有信息;电路结构简单,便于控制,功耗低,满足配合单片机的液晶驱动模块显示数据的需求。

  本研究的软件设计采用C语言编程,与汇编语言相比,有较好的移植性。程序设计使用2个标志位i、j来实现系统的逻辑控制。当自动模式按键按下后,标志位i=0;当手动模式按键按下,标志位i=1。在手动模式下,标志位j=0时,手轮脉冲发生器产生作用;标志位j=1时,可以通过输入分度数、转速和转向来控制步进电机。如果没有按键被按下,则主程序进行循环扫描。

  文中提出了一种智能分度头的设计方案,通过Atmega16单片机使分度头具有自动和手动两种控制模式,能方便的进行对分度头的控制。试验证明,效果良好,达到预期目标。

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  1 引言 分度头是机械加工中的重要装备,是铣床主要附件之一,应用十分广泛。许多零件如齿轮、离合器、花键轴及刀具开齿等在铣削时都需要利用分度头进行分度。常用的机械分度头主要是通过计算然后通过人工手动分度完成,分度速度慢,劳动强度高;市面上的数控分度头准确可靠但是投资较大,而且购买的数控分度头体积大,无法和中小型铣床配合加工尺寸较小的零件。 在项目实施过程中,需要在诸多圆盘上非等角度钻孔 15 个。鉴于市售分度头价位较高(5000-6000 元),笔者萌发了制造一台简易、高精度数控分度头的想法。根据实际需求,我们设计了一种体积较小能够同实验室内现有铣床配合、具有上位机通信功能的低成本数控分度头。分度的计算工作由上位机来完成,分度

  心轴将V形块上下前后和测量轴线调好中心。V形块间距按5/9l调好 (2)用千分表在纵向定位控制被测零件不要纵向移动,保证测量在一个截面上。 (3)在零件上端安装好光学灵敏杠杆,记住始终点位置开始测量。将最大读数值和最小读数值记录下,取差值即为h,h=h最大-h最小。 (4)确定系数(N为转折点数):n=N/2 (5)将h、n代入公式,即得棱圆度Δ,当2α=120°时: 三、测量误差 由此可得出:此种方法,在无光学分度头的情况下来测量棱圆度既简便且精度较高,又可满足工件的测量,是一种切实可行的方法。

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  Bootloader程序的开始也定位到那里。a)在avrstudio项目设置的Memory setting中添加一个段(段名记住要加个点在前面)。地址是bootloader首地址的一半(这是由于计算单位不同,一个是字节、一个是字)。也可以用保留段名“.text”,这样所有的内容都将默认到text段去。b)代码地址指定:在函数声明之前加一个宏指令,比如:__attribute__((section(.BootLoad)))void ABCfuntion(void){……}。3、BootLoader程序本身倒比较简单,就是通过数据接口(一般是串口,其实也可以是其它接口,比如有些AVRUSB系统)把bin文件

  Spm操作步骤:1.检查SPM 操作是否已经完成2.保存状态寄存器,关中断3.检查当前是否有EEPROM写操作4.执行SPM5.恢复状态寄存器,开中断.FLASH自编程过程:1.页擦除2.全能RWW区3.把数据从RAM移到时FLASH缓冲区4.页写5.重新使能RWW区6.从FLASH读回数据,比较检查写入是否正确(此步骤为可选操作)7.检查RWW区可以安全读取,函数返回.

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