單片機(jī)控制系統(tǒng)在電火花機(jī)床上的應(yīng)用

1引言

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

本系統(tǒng)是對(duì)一種電火花機(jī)床設(shè)計(jì)的，采用負(fù)極放電方式即采用黃銅對(duì)工件的放電達(dá)到加工目的。通過試驗(yàn)得到黃銅對(duì)工件的耗損比值，用程序控制所需要的加工深度，加工出來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(tǒng)的風(fēng)磨加工。

2設(shè)計(jì)思想

根據(jù)油嘴加工工藝及加工工件的參數(shù)，由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電極移動(dòng)，要準(zhǔn)確地自動(dòng)實(shí)時(shí)采樣，，改變步進(jìn)電機(jī)的工作頻率，以控制步進(jìn)電機(jī)的進(jìn)給量，為了符合油嘴的座面要求，在加工過程中，根據(jù)試驗(yàn)得到的耗損比值，利用查表法編程方法來對(duì)電極進(jìn)行實(shí)時(shí)修正，這是控制砂輪電機(jī)完成的。根據(jù)不同的粗坯工件的加工深度，采取相應(yīng)的頻率以及控制運(yùn)行的步數(shù)。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(jī)必須快速趨進(jìn)被加工工件的表面。

(2)快速退回：當(dāng)加工完預(yù)置的加工量后，步進(jìn)電機(jī)必須退回到初始位置。

(3)粗磨：對(duì)于加工尺寸大的毛坯，為了提高工作效率，可選擇單獨(dú)進(jìn)行粗加工，粗加工時(shí)，步進(jìn)電機(jī)以粗磨速度進(jìn)給，同時(shí)通過改變放電電壓，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(dāng)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，這也是通過軟件控制繼電器切換加工電壓和放電電容實(shí)現(xiàn)。

(5)粗精磨：本系統(tǒng)可進(jìn)行粗精磨加工一次完成。在開始加工時(shí)采用粗磨，當(dāng)加工到一定范圍以內(nèi)(如3絲)，系統(tǒng)自動(dòng)轉(zhuǎn)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(tǒng)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(jī)(45BF3)作為電極的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)部件。被控制的步進(jìn)電機(jī)有正轉(zhuǎn)(進(jìn)刀)、反轉(zhuǎn)(退刀)和停轉(zhuǎn)三種基本工作方式，正反轉(zhuǎn)又各有不同的運(yùn)行頻率(即進(jìn)刀或退刀速度)要求，進(jìn)刀、退刀速度是根據(jù)軟件進(jìn)行調(diào)整的。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)三相繞組按A→AB→B→BC→C→CA→A的順序得電，就可實(shí)現(xiàn)正轉(zhuǎn)，反之，若按A→AC→C→BC→B→AB→A的順序得電，就可實(shí)現(xiàn)反轉(zhuǎn)，若輸出狀態(tài)始終保持不變，電機(jī)也就停止了運(yùn)行，利用8031的P1口的P1．0、P1．1、P1．2控制電機(jī)的三相繞組，達(dá)到控制其運(yùn)行方式。

在加工過程中，同時(shí)要控制加工電壓、切換放電電容，當(dāng)修復(fù)加工電極時(shí)，要切換工件、電機(jī)的電壓。這些都是軟件來控制各個(gè)繼電器按一定的時(shí)序的開、閉實(shí)現(xiàn)。

3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

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

3．1基本系統(tǒng)

系統(tǒng)設(shè)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(shè)置值、加工剩余量，七個(gè)按鍵分別為：啟動(dòng)、復(fù)位、暫停、十位置數(shù)位、個(gè)位置數(shù)位、置數(shù)功能鍵、加工模式選擇，當(dāng)置數(shù)按鍵起作用后，可給十位和個(gè)數(shù)置數(shù)，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(jù)一定的轉(zhuǎn)換關(guān)系轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)據(jù)存入一個(gè)表中，在加工時(shí)根據(jù)不同的加工量取相應(yīng)的表中的數(shù)據(jù)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。系統(tǒng)原理圖如圖1所示。

3．2驅(qū)動(dòng)電路

驅(qū)動(dòng)電路圖如圖2所示。

程序控制8031P1口輸出數(shù)據(jù)，通過74LS07驅(qū)動(dòng)器使步進(jìn)電機(jī)正、反轉(zhuǎn)，考慮到本系統(tǒng)在加工過程中高低頻輻射及現(xiàn)場電網(wǎng)波動(dòng)引起的干擾，因此采用光電隔離，如圖2所示。

當(dāng)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(dǎo)通，發(fā)光三極管也即導(dǎo)通，三極管T也導(dǎo)通，使繞組受到24V的激勵(lì)，反之則光隔離，繞組不受電壓激勵(lì)。二極管D1起保護(hù)作用發(fā)光二極管D2指示電機(jī)的每相的工作狀態(tài)，也為維修帶來方便，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?yàn)橐院髷U(kuò)展控制作用。

4系統(tǒng)軟件框圖

框圖如圖3所示，系統(tǒng)上電復(fù)位后，從8000H單元開始執(zhí)行程序。首先進(jìn)行系統(tǒng)初始化，然后進(jìn)行顯示調(diào)用和鍵掃描及按鍵處理。當(dāng)按置數(shù)鍵后，可對(duì)十位、個(gè)位調(diào)整設(shè)置相應(yīng)的加工步數(shù)，按啟動(dòng)鍵后，系統(tǒng)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(jù)步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)的控制狀態(tài)，確定出相應(yīng)的控制字，然后存入一個(gè)表中，在程序中根據(jù)加工的狀態(tài)取相應(yīng)的控制字輸出。步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)步數(shù)也是根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)當(dāng)量和電極的耗損系統(tǒng)來確定相應(yīng)的控制參數(shù)，將1～99絲的控制數(shù)存入一表中，在加工時(shí)與表中相應(yīng)的單元進(jìn)行比較。而步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的快慢，可以通過改變定時(shí)常數(shù)來實(shí)現(xiàn)速度的調(diào)整。

在設(shè)計(jì)軟件過程還加進(jìn)了干擾自動(dòng)保護(hù)措施。在程序運(yùn)行時(shí)，利用8031的定時(shí)器跟蹤程序，當(dāng)程序正常時(shí)，定時(shí)器不斷得到復(fù)位，若由于干擾使程序出錯(cuò)，定時(shí)器便能夠使程序返回到出錯(cuò)點(diǎn)，從而使程序繼續(xù)運(yùn)行。

5結(jié)束語

本系統(tǒng)已在某油嘴油泵廠投入使用，實(shí)踐表明，該系統(tǒng)性能可靠，操作也很方便，給企業(yè)帶來了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

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