單片機控制系統在電火花機床上的應用

1引言

目前在油泵油嘴行業(yè)中，傳統的油嘴加工，多數依靠個(gè)人技能所決定的手工操作，產(chǎn)品質(zhì)量不穩定，生產(chǎn)效率低，勞動(dòng)強度大，廢品率高。

本系統是對一種電火花機床設計的，采用負極放電方式即采用黃銅對工件的放電達到加工目的。通過(guò)試驗得到黃銅對工件的耗損比值，用程序控制所需要的加工深度，加工出來(lái)的油嘴座面完全符合要求，提高了加工速度，保證了加工精度，完全取代了傳統的風(fēng)磨加工。

2設計思想

根據油嘴加工工藝及加工工件的參數，由步進(jìn)電機驅動(dòng)電極移動(dòng)，要準確地自動(dòng)實(shí)時(shí)采樣，，改變步進(jìn)電機的工作頻率，以控制步進(jìn)電機的進(jìn)給量，為了符合油嘴的座面要求，在加工過(guò)程中，根據試驗得到的耗損比值，利用查表法編程方法來(lái)對電極進(jìn)行實(shí)時(shí)修正，這是控制砂輪電機完成的。根據不同的粗坯工件的加工深度，采取相應的頻率以及控制運行的步數。其工序順序控制邏輯包括：

(1)快速趨進(jìn)：為了提高工作效率，在工件安裝好后，步進(jìn)電機必須快速趨進(jìn)被加工工件的表面。

(2)快速退回：當加工完預置的加工量后，步進(jìn)電機必須退回到初始位置。

(3)粗磨：對于加工尺寸大的毛坯，為了提高工作效率，可選擇單獨進(jìn)行粗加工，粗加工時(shí)，步進(jìn)電機以粗磨速度進(jìn)給，同時(shí)通過(guò)改變放電電壓，切換放電電容，控制放電火花，放電快，提高加工速度。

(4)精磨：當加工尺寸較小，為了保證座面的角度和光潔度，采用精磨的方式，精磨時(shí)，放電火花小，加工電壓低，這也是通過(guò)軟件控制繼電器切換加工電壓和放電電容實(shí)現。

(5)粗精磨：本系統可進(jìn)行粗精磨加工一次完成。在開(kāi)始加工時(shí)采用粗磨，當加工到一定范圍以?xún)?如3絲)，系統自動(dòng)轉換為加工，這樣既提高了加工速度，又保證了精度和光潔度。系統在兩種加工方式下能控制火花放電量。

我們選用三相拍步進(jìn)電機(45BF3)作為電極的進(jìn)給驅動(dòng)部件。被控制的步進(jìn)電機有正轉(進(jìn)刀)、反轉(退刀)和停轉三種基本工作方式，正反轉又各有不同的運行頻率(即進(jìn)刀或退刀速度)要求，進(jìn)刀、退刀速度是根據軟件進(jìn)行調整的。當步進(jìn)電機三相繞組按A→AB→B→BC→C→CA→A的順序得電，就可實(shí)現正轉，反之，若按A→AC→C→BC→B→AB→A的順序得電，就可實(shí)現反轉，若輸出狀態(tài)始終保持不變，電機也就停止了運行，利用8031的P1口的P1．0、P1．1、P1．2控制電機的三相繞組，達到控制其運行方式。

在加工過(guò)程中，同時(shí)要控制加工電壓、切換放電電容，當修復加工電極時(shí)，要切換工件、電機的電壓。這些都是軟件來(lái)控制各個(gè)繼電器按一定的時(shí)序的開(kāi)、閉實(shí)現。

3系統硬件設計

本系統硬件由四個(gè)部分組成，即由8031單片機、2764EPROM以及74LS373組成的基本系統，驅動(dòng)電路、采樣電路和顯示與鍵盤(pán)掃描電路。這里主要介紹基本系統及驅動(dòng)電路。

3．1基本系統

系統設立了5位顯示器和7個(gè)按鍵，顯示器分別顯示加工的模式狀態(tài)、設置值、加工剩余量，七個(gè)按鍵分別為：?jiǎn)?dòng)、復位、暫停、十位置數位、個(gè)位置數位、置數功能鍵、加工模式選擇，當置數按鍵起作用后，可給十位和個(gè)數置數，加工模式選擇可選擇粗磨、粗精磨加工方式。在軟件中將1～99絲的加工量根據一定的轉換關(guān)系轉換成相應的數據存入一個(gè)表中，在加工時(shí)根據不同的加工量取相應的表中的數據即可。

用串行輸入、并行輸出移位寄存器74LSl64連接LED顯示器與鍵盤(pán)。系統原理圖如圖1所示。

3．2驅動(dòng)電路

驅動(dòng)電路圖如圖2所示。

程序控制8031P1口輸出數據，通過(guò)74LS07驅動(dòng)器使步進(jìn)電機正、反轉，考慮到本系統在加工過(guò)程中高低頻輻射及現場(chǎng)電網(wǎng)波動(dòng)引起的干擾，因此采用光電隔離，如圖2所示。

當P1．0輸出為高電平，則74LS07第1腳輸出為低電平，此時(shí)光耦二極管導通，發(fā)光三極管也即導通，三極管T也導通，使繞組受到24V的激勵，反之則光隔離，繞組不受電壓激勵。二極管D1起保護作用發(fā)光二極管D2指示電機的每相的工作狀態(tài)，也為維修帶來(lái)方便，同樣可用程序控制P1口其它位輸出。74LS373也可以作為繼電器的控制或為以后擴展控制作用。

4系統軟件框圖

框圖如圖3所示，系統上電復位后，從8000H單元開(kāi)始執行程序。首先進(jìn)行系統初始化，然后進(jìn)行顯示調用和鍵掃描及按鍵處理。當按置數鍵后，可對十位、個(gè)位調整設置相應的加工步數，按啟動(dòng)鍵后，系統啟動(dòng)定時(shí)器中斷，進(jìn)入加工狀態(tài)，加工完成后，顯示其狀態(tài)并退刀，電極退回到原位。

根據步進(jìn)電機正反轉的控制狀態(tài)，確定出相應的控制字，然后存入一個(gè)表中，在程序中根據加工的狀態(tài)取相應的控制字輸出。步進(jìn)電機的步進(jìn)步數也是根據步進(jìn)電機的步進(jìn)當量和電極的耗損系統來(lái)確定相應的控制參數，將1～99絲的控制數存入一表中，在加工時(shí)與表中相應的單元進(jìn)行比較。而步進(jìn)電機轉速的快慢，可以通過(guò)改變定時(shí)常數來(lái)實(shí)現速度的調整。

在設計軟件過(guò)程還加進(jìn)了干擾自動(dòng)保護措施。在程序運行時(shí)，利用8031的定時(shí)器跟蹤程序，當程序正常時(shí)，定時(shí)器不斷得到復位，若由于干擾使程序出錯，定時(shí)器便能夠使程序返回到出錯點(diǎn)，從而使程序繼續運行。

5結束語(yǔ)

本系統已在某油嘴油泵廠(chǎng)投入使用，實(shí)踐表明，該系統性能可靠，操作也很方便，給企業(yè)帶來(lái)了明顯的經(jīng)濟效益。

參考文獻：
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