CN107888116A - 三相六拍脉冲微步距控制的轴承磨床及其控制方法 - Google Patents

三相六拍脉冲微步距控制的轴承磨床及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种三相六拍脉冲微步距控制的轴承磨床,包含轴承磨床,及具有能够控制步进电机进给脉冲的电脑控制板,电脑控制板经本发明控制步进电机细分驱动器,进而控制步进电机带动砂轮进给磨削。本发明还公开了此种三相六拍脉冲微步距控制的轴承磨床的控制方法。采用本发明的技术方案,实现不更换电脑控制板进而达到步进电机微步距进给。三相六拍脉冲至连续脉冲位置信号和方向信号控制器可嵌入细分驱动器中,实现双接口控制‑‑既可接收三相六拍脉冲,亦可接收连续脉冲位置和方向信号的控制,以实现步进电机微步距进给,提高磨削精度。

Description

三相六拍脉冲微步距控制的轴承磨床及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种轴承磨床控制***,具体涉及一种三相六拍脉冲微步距控制的轴承磨床及其控制方法。
背景技术
步进电机是将离散电脉冲信号转化成相应的角位移或线位移的电磁机械装置,输出的角位移与输入的脉冲数成正比,转速与脉冲频率成正比,输出与输入脉冲对应的增量驱动元件,且具有转矩大、惯性小、响应频率高、驱动简单等优点,在当今工业上得到广泛应用。但其步矩角一般为“1.5°~3°”实在是较大,难以满足高精密定位、高精密加工等要求。步距角细分技术通过精确控制电机的相电流,实现步距角细分,用来精确定位并改善其运行性能。
在微型轴承磨削加工的磨床上,步进电机应用极为广泛,其常用的是三相反应式步进电机75BF003,步进电机控制砂轮的进给,由此实现轴承的磨削加工。步进电机的控制有二种方式:一种为磨床控制核心电脑控制板产生三相六拍A、B、C控制脉冲,经步进驱动器功率驱动直接控制步进电机的A、B、C各相绕组电流,通过A—AB—B—BC—C—CA循环导通,实现步进电机正转;通过A—AC—C—CB—B—BA循环导通,实现步进电机反转,此中方式步距角为1.5°。另一种方式为磨床控制核心电脑控制板产生连续脉冲位置信号和电机运转方向信号的细分控制脉冲信号,控制步进电机细分驱动器的输出驱动步进电机,实行微步距控制磨削动作。
针对步进电机的控制方式一,磨床控制核心电脑板产生三相六拍A、B、C控制脉冲,经步进驱动器功率驱动直接控制步进电机的A、B、C各相绕组电流,实现步进电机正反转控制,此中方式步距角为1.5°。其缺陷为:步距角太大。如此步距角只能磨削精度要求较低的轴承,无法满足磨削精度要求较高的轴承。为磨削高精度轴承,必须更换磨床控制核心电脑板及步进驱动器,增加了企业设备的改造成本以及设备的改造时间。
发明内容
发明目的:本发明的目的在于解决现有的微型轴承磨削加工的磨床步矩角过大无法调节,如果需要调节需要直接更换电脑控制板的问题,同时设计三相六拍脉冲转换至连续脉冲信号和方向信号的控制方法。
技术方案:为实现上述目的,本发明提供一种三相六拍脉冲微步距控制的轴承磨床,包括轴承磨床,及具有能够控制其进行磨削操作的电脑控制板,电脑控制板控制步进电机,步进电机进一步带动砂轮进行进给磨削,还包括能够将步进电机步矩角进行细分的细分驱动器,以及设置于细分驱动器和电脑控制板之间的三相六拍脉冲转换至连续脉冲位置信号和方向信号的控制器。
进一步地,所述三相六拍脉冲转换至连续脉冲位置信号和方向信号控制器包括能够与电脑控制板进行信号对接的连接器J1,连接器J1连接到对应三相的三条脉冲支路,每条支路上依次连接能够限幅的稳压管DW,能够限流的电阻R,能够进行光电隔离的第一集成光电藕合器,能够进行波形整形的施密特触发器U4,三相脉冲汇总连接到微控制器,微控制器连接到第二集成光电藕合器。
进一步地,所述微控制器为STM8S103K3T6微控制器。
进一步地,所述电脑控制板包括三相脉冲输出端,三相脉冲输出端连接至本控制器限压限流光电藕合电路,光电藕合电路输出连接至上拉电阻,上拉电阻连接到电源。
进一步地,所述细分驱动器包括能够与三相六拍脉冲转换至连续脉冲位置信号和电机运行方向信号控制器进行信息交互的信号控制端,即控制电机位置的连续脉冲信号和控制电机运行方向的方向信号,微控制器STM8S103K3T6控制光电藕合器输入信号,,光电藕合器输出电路连接到限流电阻,限流电阻连接到控制输出端。
进一步地,三相六拍脉冲转换至连续脉冲位置信号和方向信号控制器可以嵌入细分驱动器。
一种三相六拍脉冲微步距控制的轴承磨床的控制方法,其特征在于:包括以下步骤:
1)电脑控制板的三相脉冲由连接器J1输入,分成三条支路,对应三相脉冲;
2)三相脉冲依次经对应的稳压管DW限幅,对应的电阻R限流,对应的光电藕合器U隔离,对应的施密特触发器U波形整形,连接到微控制器STM8S103K3T6的PB2、PB3、PB4引脚;
3)引脚PB2、PB3、PB4初始化设置为上升沿、下降沿中断输入,充分利用其边沿中断的特性,接收连接器J1的三相六拍控制信号,当引脚PB2、PB3、PB4中的任意一个引脚电平产生上升沿或下降沿时,立即向微控制器STM8S103K3T6申请中断,微控制器STM8S103K3T6允许中断并进入中断处理程序;
4)微控制器读取引脚PB2、PB3、PB4的电平,与上次中断采集并记忆的电平进行比较,判断步进电机的运行方向同时在引脚PD7输出方向信号,并将本次采集的引脚电平记忆,以供下次判断比较使用;同时,读取上次中断到本次中断的时间t,并立即启动定时器1开始计时,根据SW所设步进电机细分驱动器细分数N,则启动定时器2以t/2N产生定时中断,在引脚PD2产生N个周期为t/N的方波脉冲,PD2引脚产生脉冲、PD7引脚产生方向信号,输出经U7、U8光电隔离,同时实现电平转换,输出符合细分驱动接口的控制信号。
进一步地,所述步骤3)中,引脚PB2、PB3、PB4初始化设置为上升沿、下降沿中断输入后,同时中断优先级设置为最高。
进一步地,所述步骤3)和步骤4)中,每次中断采集的引脚PB2、PB3、PB4的电平,必须记忆,以供判断比较电机运行方向。
有益效果:本发明与现有技术相比,
1)提出实现控制脉冲转换的方法,用于轴承磨床磨削控制过程中,在不更改核心电脑电控板的前提下,仅将驱动器更改为细分驱动器,核心电脑控制板与细分驱动器之间,增加本发明的三相六拍脉冲转换至连续位置脉冲信号和方向信号控制器,即可实现步进电机微步距细分控制。
2)本发明的三相六拍脉冲转换至连续脉冲位置信号和方向信号控制器亦可嵌入细分驱动器中,实现双接口控制--既可接收三相六拍脉冲,亦可接收连续脉冲和方向控制信号。
附图说明
图1为本发明的整体电路示意图;
图2为本发明的控制板电路图;
图3为本发明的细分驱动器电路图;
图4为本发明的三相六拍脉冲转换至连续脉冲和方向信号控制器控制器电路图;
图5为本发明的三相六拍时序示意图;
图6为本发明的细分驱动器细分驱动控制时序示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例进行具体说明。
实施例1
如图1至图6所示,一种三相六拍脉冲微步距控制的轴承磨床,包括轴承磨床,及具有能够控制其进行磨削操作的电脑控制板1,电脑控制板1控制步进电机,步进电机进一步带动砂轮进行进给磨削,还包括能够将步进电机步矩角进行细分的细分驱动器3,以及设置于细分驱动器3和电脑控制板1之间的三相六拍脉冲转换至连续脉冲位置信号和方向信号控制器2。
所述三相六拍脉冲转换至连续脉冲位置信号和方向信号控制器2包括能够与电脑控制板1进行信号对接的连接器J1,连接器J1连接到对应三相的三条脉冲支路,每条支路上依次连接能够限幅的稳压管DW,能够限流的电阻R,能够进行光电隔离的第一集成光电藕合器U1、U2和U3,能够进行波形整形的施密特触发器U4,三相脉冲汇总连接到微控制器,微控制器连接到第二集成光电藕合器U7和U8,控制输出连续脉冲位置信号和电机运转方向信号。
所述微控制器为STM8S103K3T6微控制器。
所述电脑控制板1包括三相脉冲输出端A,B和C,三相脉冲输出端A,B和C连接至本控制器限压限流光电藕合电路Na,Nb和Nc,光电藕合电路Na,Nb和Nc输出连接至限流电阻Ra,Rb和Rc,限流电阻Ra,Rb和Rc连接到24V电源。
所述细分驱动器3包括能够与三相六拍脉冲转换至连续脉冲位置信号和方向信号控制器进行信息交互的信号控制端Pulse和Direct,即控制电机位置的连续脉冲信号和控制电机运行方向的方向信号,微控制器STM8S103K3T6控制光电隔离输出信号,信号控制端Pulse和Direct连接到光电隔离电路Np和Nd,光电隔离电路Np和Nd连接到限流电阻Rp和Rd,限流电阻Rp和Rd连接到24V电源。
所述三相六拍脉冲转换至连续脉冲位置信号和方向信号控制器可以嵌入细分驱动器。
工作原理:三相脉冲由连接器J1输入,对应PH-A、PH-B、PH-C三相脉冲,三相脉冲经对应的稳压管DW1、DW2、DW3限幅,对应的R1、R3、R5限流,U1、U2、U3光电隔离,对应的U4A、U4B、U4C施密特触发器波形整形,连接到微控制器STM8S103K3T6的PB2、PB3、PB4引脚,其引脚PB2、PB3、PB4初始化设置为上升沿、下降沿中断输入,中断优先级最高,充分利用其边沿中断的特性,接收连接器J1的三相六拍控制信号,当引脚PB2、PB3、PB4中的任意一个引脚电平产生上升沿或下降沿时,立即申请中断,微控制器允许并进入中断处理程序。中断程序主要完成二个任务,一是读取引脚PB2、PB3、PB4的电平,与上次中断采集并记忆的电平进行比较,判断步进电机的运行方向同时在引脚PD7输出方向信号,并将本次采集的引脚电平记忆,以供下次判断比较使用;二是读取上次中断到本次中断的时间t,并立即启动定时器1开始计时,根据SW所设步进电机细分驱动器细分数N,则启动定时器2以t/2N产生定时中断,在引脚PD2产生N个周期为t/N的方波脉冲,PD2引脚产生脉冲、PD7引脚产生方向信号,输出经U7、U8光电隔离,同时实现电平转换,输出符合细分驱动接口的控制信号。
实施例2
如附图1至附图6所示,
一种三相六拍脉冲转换至连续脉冲和方向信号的磨床的控制方法,包括以下步骤:
1)控制板的三相脉冲由连接器J1输入,分成三条支路,对应三相脉冲;
2)三相脉冲依次经对应的稳压管DW限幅,对应的限流电阻R限流,U光电隔离,对应的U施密特触发器波形整形,连接到微控制器STM8S103K3T6的PB2、PB3、PB4引脚;
3)引脚PB2、PB3、PB4初始化设置为上升沿、下降沿中断输入,充分利用其边沿中断的特性,接收连接器J1的三相六拍控制信号,当引脚PB2、PB3、PB4中的任意一个引脚电平产生上升沿或下降沿时,立即向微控制器STM8S103K3T6申请中断,微控制器允许并进入中断处理程序,;
4)微控制器读取引脚PB2、PB3、PB4的电平,与上次中断采集并记忆的电平进行比较,判断步进电机的运行方向同时在引脚PD7输出方向信号,并将本次采集的引脚电平记忆,以供下次判断比较使用;同时,读取上次中断到本次中断的时间t,并立即启动定时器1开始计时,根据SW所设步进电机细分驱动器细分数N,则启动定时器2以t/2N产生定时中断,在引脚PD2产生N个周期为t/N的方波脉冲,PD2引脚产生脉冲、PD7引脚产生方向信号,输出经U7、U8光电隔离,同时实现电平转换,输出符合细分驱动接口的控制信号。
所述步骤3)中,引脚PB2、PB3、PB4初始化设置为上升沿、下降沿中断输入后,设置中断优先级最高。
所述步骤3)和步骤4)中,每次中断采集的引脚PB2、PB3、PB4的电平,必须记忆,以供判断比较电机运行方向。

Claims (9)

1.一种三相六拍脉冲微步距控制的轴承磨床,包括轴承磨床,及具有能够控制步进电机进给的电脑控制板,电脑控制板控制步进电机进给,步进电机进一步带动砂轮进行磨削,其特征在于:还包括能够将步进电机步矩角进行细分的细分驱动器,以及设置于细分驱动器和电脑控制板之间的三相六拍脉冲转换至连续位置脉冲信号和方向信号的控制器。
2.根据权利要求1所述的三相六拍脉冲微步距控制的轴承磨床,其特征在于:所述三相六拍脉冲转换至连续位置脉冲和方向信号的控制器包括能够与电脑控制板进行信号对接的连接器J1,连接器J1连接到对应三相的三条脉冲支路,每条支路上依次连接能够限幅的稳压管DW,能够限流的电阻R,能够进行光电隔离的第一集成光电藕合器U1,能够进行波形整形的施密特触发器U4,三相脉冲汇总连接到微控制器,微控制器连接到第二集成光电藕合器。
3.根据权利要求2所述的三相六拍脉冲微步距控制的轴承磨床,其特征在于:所述控制器核心电路为STM8S103K3T6微控制器。
4.根据权利要求1所述的三相六拍脉冲微步距控制的轴承磨床,其特征在于:所述电脑控制板包括三相六拍脉冲输出端,三相六拍脉冲输出端连接至本发明控制器的限压限流及光电藕合器,光电藕合器输出连接至上拉电阻,上拉电阻连接到电源。
5.根据权利要求1所述的三相六拍脉冲微步距控制的轴承磨床,其特征在于:所述细分驱动器包括能够与三相六拍脉冲转换至连续位置脉冲和方向信号的控制器进行信息交互的信号控制端,即控制电机位置的连续位置脉冲信号和控制电机运行方向的方向信号,微控制器STM8S103K3T6控制光电藕合器信号输入端,光电藕合器输出连接到限流电阻,限流电阻连接到信号输出控制端。
6.根据权利要求1~5任意一项所述的三相六拍脉冲微步距控制的轴承磨床,其特征在于:三相六拍脉冲转换至连续位置脉冲信号和方向信号的控制器,可以嵌入细分驱动器。
7.一种如权利要求6的任意一项所述的三相六拍脉冲微步距控制的轴承磨床的控制方法,其特征在于:包括以下步骤:
1)电脑控制板的三相脉冲由连接器J1输入,分成三条支路,对应三相脉冲;
2)三相脉冲依次经对应的稳压管DW限幅,对应的限流电阻R限流,U光电隔离,对应的U施密特触发器波形整形,连接到微控制器STM8S103K3T6的PB2、PB3、PB4引脚;
3)引脚PB2、PB3、PB4初始化设置为上升沿、下降沿中断输入,充分利用其边沿中断的特性,接收连接器J1的三相六拍控制信号,当引脚PB2、PB3、PB4中的任意一个引脚电平产生上升沿或下降沿时,立即向微控制器STM8S103K3T6申请中断,微控制器STM8S103K3T6允许中断并进入中断处理程序;
4)微控制器读取引脚PB2、PB3、PB4的电平,与上次中断采集并记忆的电平进行比较,判断步进电机的运行方向同时在引脚PD7输出方向信号,并将本次采集的引脚电平记忆,以供下次判断比较使用;同时,读取上次中断到本次中断的时间t,并立即启动定时器1开始计时,根据SW所设步进电机细分驱动器细分数N,则启动定时器2以t/2N产生定时中断,在引脚PD2产生N个周期为t/N的方波脉冲,PD2引脚产生脉冲、PD7引脚产生方向信号,输出经U7、U8光电隔离,同时实现电平转换,输出符合细分驱动接口的控制信号。
8.根据权利要求7所述的三相六拍脉冲微步距控制的轴承磨床的控制方法,其特征在于:所述步骤3)中,引脚PB2、PB3、PB4初始化设置为上升沿、下降沿中断输入后,中断优先级最高。
9.根据权利要求7所述的三相六拍脉冲微步距控制的轴承磨床的控制方法,其特征在于:所述步骤3)和步骤4)中,每次中断采集的引脚PB2、PB3、PB4的电平,必须记忆,以供判断比较电机运行方向。
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