电路板数控钻孔机的研制
刘建春(厦门理工学院)吴道坚
摘要现在电路板一般采用专业软件如PROTEL进行辅助设计,印制电路板后一般需钻孔.钻孔有的采用普通钻床手工钻孔,有的采用专用数控钻床加工,前者速度慢、精度差,后者成本太大.本文介绍一种经济型的电路板数控钻孔机的研制,非常适合中小型企业厂家、学校及个人科研开发使用.它是通过计算机把PROTEL产生的钻孔数据传送给单片机,然后利用单片机控制微型台式钻孔机的X、Y轴的步进电机移动和Z轴电机的升降运动,实现电路板全自动数控钻.实验表明,采用该设备可大大提高钻孔速度和精度.
随着我国电子工业的快速发展及集成电路的广泛应用,对印刷电路板的精度要求越来越高,传统的手工钻孔加工工艺已明显不能适应时代的要求.虽然目前也有专门用来加工电路板的数控钻床,但它只适用于专门从事印刷电路板的大型厂家,而对于一些小批量生产的厂家和开发电路板的科研单位,花费几万、甚至几十万去购买这些设备是不经济的.当然,也可以订做电路板,但存在批量少、价格贵、时间长等问题.针对这一现状,我们研制出由单片机控制的集成电路板数控钻孔机.该数控钻孔机具有体积小、功能强、成本低、精度高的特点.本机主要供中小型企业、学校及个人科研开发使用.
本数控钻孔机的下位机控制系统采用AT89C51单片机控制,主要作用是存贮钻孔的数据,并控制相应孔的加工.基于成本考虑,该系统采用开环控制系统.以下分别介绍上位机程序设计、下位机控制系统的硬件电路设计和软件设计以及钻孔机的结构设计.
上位机控制系统设计
在开发电路板数控钻孔机中,我们使用了Visual Basic 6.0在Windows98环境下开发上位机(PC机) 控制软件.首先运行PROTEL软件,打开相应电路板的PCB图,产生的钻孔数据.接着运行上位机控制软件,把PROTEL产生的钻孔数据(数控语言格式)转化为X坐标、Y坐标、孔径大小的格式,并把10进制的数据转为16进制的数据,然后通过RS-232C串行口以十六进制数形式传送到下位机.在做RS-232C串行通讯时必须注意的一点是在发送字符数据时,必须是十六进制字符.由于下位机是8位单片机,所以在接收数据时,必须通过字节型数组变量传送,否则下位机接收时将显示为ASCII码[1] .
下位机控制系统设计
1 主要硬件说明
(1) CPU选用8位单片机AT89C51,其内部仅有256字节的RAM(数据存贮器),为了存放用户电路板加工数据,需扩展一片6264RAM(8K数据存贮器,大约可以存放1600个孔加工数据).AT89C51内部带有4K的EEPROM(程序存储器)足以存放控制程序,又有一个全双工的串行通讯口(RXD、TXD),可使用MAX232作电平转换与上位机通讯.
2.1硬件系统扩展及工作原理
主要包括控制系统扩展、输入系统扩展、输出系统扩展、通信模块扩展等,如图1所示.
为了使用户能控制加工过程,本数控钻孔机配置了键盘及12位8段数码显示器.当出现错误时可数码显示错误类型、并用蜂鸣器提醒用户.硬件上采用8279扩展键盘及显示芯片,可以接传感器、按键及显示器(最多可扩展16位).
在X轴和Y轴方向各安装两个传感器,当移动行程超出许可范围时,磁感应式传感器将产生中断信号,并在显示器上显示相应的信息,并由蜂鸣器提醒用户注意,同时该方向上的按键无效(该系统会自动恢复按键功能),防止误操作和损坏步进电机.
在该系统中,键盘、传感器和显示器共用一片8279,降低了成本和电路的复杂性,并提高了系统的可靠性.传感器及按键处理采用同种电路、同种工作方式(将传感器当作按键进行处理).显示器扩展电路主要显示X坐标、Y坐标、孔径和错误提示信息,由8279内部动态扫描,将FIFO显示单元数据送给对应的显示器,欲改变显示数据只需改变8279的FIFO单元内容.

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