基于單片機的機床電氣改造

沈鐵軍，施佳佳，潘齊芳，黃鋟雷

（浙江亞太機電股份有限公司，杭州311201）

基于單片機的機床電氣改造

沈鐵軍，施佳佳，潘齊芳，黃鋟雷

（浙江亞太機電股份有限公司，杭州311201）

51單片機系統(tǒng)在機床電氣改造中的應用，控制步進電機帶動滾珠絲杠進給運動，步進電機控制原理在實踐中的應用以及一些開關(guān)量的輸入輸出控制。

51單片機；滾珠絲杠；步進電機；開關(guān)量

0 引言

一些以繼電器/接觸器控制的配備液壓進給系統(tǒng)的老舊機床，運行中漏油等故障影響現(xiàn)場工作環(huán)境，泄漏液壓油的四處流動容易損壞電氣線路及元器件等。同時，機床電氣控制使用的繼電器/接觸器大都是老式型號導致電氣控制柜占用空間相對較大，需要對這類機床進行技術(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給，在電氣控制中采用51單片機系統(tǒng)作為解決方案，具有較強的實用性且設計改進成本較低。

1 系統(tǒng)改造方案

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

圖1 機床電器系統(tǒng)架構(gòu)

2 系統(tǒng)硬件功能設計

2.1 開關(guān)量輸入控制

機床電氣改造中，開關(guān)量輸入涉及到油泵啟動/停止；2臺液壓油缸的夾緊/松開；進給手動/自動轉(zhuǎn)換和自動啟動主軸、點動控制；步進電機手動進/退、回零、原點及左右限位、急停等動作。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/松開等動作。在1#8255的PC口輸出高電平經(jīng)反向驅(qū)動器7404變?yōu)榈碗娖?，使光電隔離器導通，繼電器線圈得電；反之PC輸出低電平時，繼電器斷開。開關(guān)量輸出I/O分配見表2。

2.3 步進電機控制

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

2.4 行程數(shù)據(jù)計算及輸入控制

在實際生產(chǎn)中，電機從原點開始運行至加工完成的行程取決于電機運行頻率，絲杠的導程和脈沖計數(shù)。本次改造采用T0工作方式1，產(chǎn)生50 μs定時中斷，使在P1.0上產(chǎn)生周期為500 μs的方波，產(chǎn)生一個方波計數(shù)1次。在驅(qū)動器上設定細分（n：steps）之后，行程L=N×X/n（其中n為脈沖數(shù)，X為絲杠導程）。手動調(diào)試中，記錄行程L并輸入到系統(tǒng)中。電路設計采用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。當打到編輯狀態(tài)時，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)下則顯示電機運行的行程。電氣控制模式見圖3、圖4。

3結(jié)語

本例機床電氣改造使用89C52單片機為核心進行外部擴展，改進開關(guān)量輸入輸出、中斷、鍵盤、LED顯示等控制模式。改造后機床各種工位動作性能可靠，實際生產(chǎn)加工精度能達到技術(shù)要求，若使用交流伺服電機，機床加工精度將會進一步提高。

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，涂時亮.單片微型機原理、應用與實驗[M].上海：復旦大學出版社，2003.

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

［3］鄭堤，唐可洪.機電一體化設計基礎[M].北京：機械工程出版社，1997.

〔編輯李波〕

TG502

B

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2016.12.34