沈鐵軍，施佳佳，潘齊芳，黃鋟雷

（浙江亞太機(jī)電股份有限公司，杭州311201）

基于單片機(jī)的機(jī)床電氣改造

沈鐵軍，施佳佳，潘齊芳，黃鋟雷

（浙江亞太機(jī)電股份有限公司，杭州311201）

51單片機(jī)系統(tǒng)在機(jī)床電氣改造中的應(yīng)用，控制步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)滾珠絲杠進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，步進(jìn)電機(jī)控制原理在實(shí)踐中的應(yīng)用以及一些開關(guān)量的輸入輸出控制。

51單片機(jī)；滾珠絲杠；步進(jìn)電機(jī)；開關(guān)量

0 引言

一些以繼電器/接觸器控制的配備液壓進(jìn)給系統(tǒng)的老舊機(jī)床，運(yùn)行中漏油等故障影響現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境，泄漏液壓油的四處流動(dòng)容易損壞電氣線路及元器件等。同時(shí)，機(jī)床電氣控制使用的繼電器/接觸器大都是老式型號(hào)導(dǎo)致電氣控制柜占用空間相對(duì)較大，需要對(duì)這類機(jī)床進(jìn)行技術(shù)改造。隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，采用滾珠絲杠代替液壓油缸控制進(jìn)給，在電氣控制中采用51單片機(jī)系統(tǒng)作為解決方案，具有較強(qiáng)的實(shí)用性且設(shè)計(jì)改進(jìn)成本較低。

1 系統(tǒng)改造方案

采用89C52單片機(jī)做為系統(tǒng)改造的核心控制單元，通過擴(kuò)展外部程序存儲(chǔ)器、外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器以及8255可編程外圍并行接口芯片等，實(shí)現(xiàn)開關(guān)量的輸入輸出控制步進(jìn)電機(jī)以及若干液壓油缸運(yùn)行；通過LED顯示電機(jī)運(yùn)行行程；通過鍵盤接口電路輸入調(diào)試時(shí)的電機(jī)行程等功能。系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 機(jī)床電器系統(tǒng)架構(gòu)

2 系統(tǒng)硬件功能設(shè)計(jì)

2.1 開關(guān)量輸入控制

機(jī)床電氣改造中，開關(guān)量輸入涉及到油泵啟動(dòng)/停止；2臺(tái)液壓油缸的夾緊/松開；進(jìn)給手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換和自動(dòng)啟動(dòng)主軸、點(diǎn)動(dòng)控制；步進(jìn)電機(jī)手動(dòng)進(jìn)/退、回零、原點(diǎn)及左右限位、急停等動(dòng)作。開關(guān)量輸入I/O分配見表1。

2.2 開關(guān)量輸出控制

機(jī)床電氣改造中，采用繼電器輸出接口技術(shù)控制油泵輸出、工件夾緊/松開等動(dòng)作。在1#8255的PC口輸出高電平經(jīng)反向驅(qū)動(dòng)器7404變?yōu)榈碗娖剑构怆姼綦x器導(dǎo)通，繼電器線圈得電；反之PC輸出低電平時(shí)，繼電器斷開。開關(guān)量輸出I/O分配見表2。

2.3 步進(jìn)電機(jī)控制

系統(tǒng)改造前主軸電機(jī)采用功率4 kW，轉(zhuǎn)速1440 r/min的三相電機(jī)，由T=9550P/n得出T=26.53 N·m。采用斯達(dá)特130系列三相混合式130BYG250C步進(jìn)電機(jī)和TD-3H622A型驅(qū)動(dòng)器。以89C52單片機(jī)的P1.0口為脈沖輸入端，P1.1口為電機(jī)方向控制端，改造后電機(jī)控制模式見圖2。

表1 開關(guān)量輸入I/O分配表

表2 開關(guān)量輸出I/O分配表

圖2 步進(jìn)電機(jī)控制模式

2.4 行程數(shù)據(jù)計(jì)算及輸入控制

在實(shí)際生產(chǎn)中，電機(jī)從原點(diǎn)開始運(yùn)行至加工完成的行程取決于電機(jī)運(yùn)行頻率，絲杠的導(dǎo)程和脈沖計(jì)數(shù)。本次改造采用T0工作方式1，產(chǎn)生50 μs定時(shí)中斷，使在P1.0上產(chǎn)生周期為500 μs的方波，產(chǎn)生一個(gè)方波計(jì)數(shù)1次。在驅(qū)動(dòng)器上設(shè)定細(xì)分（n：steps）之后，行程L=N×X/n（其中n為脈沖數(shù)，X為絲杠導(dǎo)程）。手動(dòng)調(diào)試中，記錄行程L并輸入到系統(tǒng)中。電路設(shè)計(jì)采用LED數(shù)顯，在編輯狀態(tài)下輸入行程數(shù)據(jù)并保存；以1#8255芯片為數(shù)據(jù)鍵盤輸入，2#8255芯片為數(shù)據(jù)顯示。當(dāng)打到編輯狀態(tài)時(shí)，則編輯數(shù)據(jù)輸入，待輸入完成后，打到保存狀態(tài)3 s后再打到中間空擋狀態(tài)，數(shù)據(jù)編輯保存完成。其他狀態(tài)下則顯示電機(jī)運(yùn)行的行程。電氣控制模式見圖3、圖4。

3結(jié)語

本例機(jī)床電氣改造使用89C52單片機(jī)為核心進(jìn)行外部擴(kuò)展，改進(jìn)開關(guān)量輸入輸出、中斷、鍵盤、LED顯示等控制模式。改造后機(jī)床各種工位動(dòng)作性能可靠，實(shí)際生產(chǎn)加工精度能達(dá)到技術(shù)要求，若使用交流伺服電機(jī)，機(jī)床加工精度將會(huì)進(jìn)一步提高。

圖3 數(shù)據(jù)鍵盤輸入控制模式

圖4 數(shù)據(jù)編輯保存控制模式

［1］張友德，趙志英，涂時(shí)亮.單片微型機(jī)原理、應(yīng)用與實(shí)驗(yàn)[M].上海：復(fù)旦大學(xué)出版社，2003.

［2］潘新民，王燕芳.微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)[M].北京：高等教育出版，2001.

［3］鄭堤，唐可洪.機(jī)電一體化設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M].北京：機(jī)械工程出版社，1997.

〔編輯李波〕

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10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2016.12.34