單片機在舊銑床改造中的應用

1 概述

90年代初，我國機械加工行業(yè)實現(xiàn)機電一體化對舊式機床進行了不同程度的改造。我們在參與此項工作時，仔細分析了工廠的實際情況，本著勤儉節(jié)約、降低改造成本的原則，采用數(shù)字控制系統(tǒng)作為步進電機的主要控制裝置，對加工鞋底花紋的銑床進行了改造，從而縮短了機械加工周期，提高了加工精度和生產(chǎn)效率。控制系統(tǒng)見圖1。系統(tǒng)的CAM工作主要是通過單片機控制完成的，單片機按照輸入的加工程序進行插補等各種運算產(chǎn)生進給量，由軟硬件相結(jié)合的技術(shù)實現(xiàn)脈沖分配，輸出一系列脈沖信號，經(jīng)過功放驅(qū)動步進電機工作，實現(xiàn)了刀具按照規(guī)定曲線軌跡運動的加工。

圖1 微機開環(huán)控制系統(tǒng)框圖

2 系統(tǒng)設計

單片機工作原理

步進電機具有輸出力矩較大、驅(qū)動簡單、控制精度高、容易與數(shù)字電路接口等優(yōu)點，在改造過程中，我們采用功能價格比合理的單片微處理機系統(tǒng)?PS，構(gòu)成直接輸出步進電機所需驅(qū)動信號。X向、Y向、Z向步進電機通過單片?PS程序分別從擴展的I/O接口電路中獲得驅(qū)動脈沖信號（fx、fy、fz）、正反轉(zhuǎn)選擇信號（Sx、Sy、Sz）、置零信號（Se）以及聯(lián)動信號（Sxy、Sxz、Syz），用于驅(qū)動機械傳動（滾珠絲杠）轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€位移，進行位置和速度控制。因為步進電機運轉(zhuǎn)的步數(shù)是由驅(qū)動脈沖的個數(shù)決定的。所以根據(jù)這一工作原理只要不斷改變繞組的通電狀態(tài)，步進電機就會按規(guī)定方向運轉(zhuǎn)。當確定單片機晶振時，脈沖信號的最高頻率也就確定了。設計單片機程序?qū)⒉竭M電機繞組的各種不同通電方式按照二進制編碼列表編程（見下表），執(zhí)行不同次數(shù)的查表語句，輸出脈沖的頻率亦隨之變化。圖2是X方向脈沖分配子程序框圖。

圖2 X向脈沖分配子程序框圖

脈沖分配表 地址 代碼值 通電順序（A、B、C）
TAB+1 0BH 100
TAB+2 09H 110
TAB+3 0DH 010
TAB+4 0CH 011
TAB+5 0EH 001
TAB+6 0AH 101
注：1——通電 0——斷電