单片机在旧铣床改造中的应用

1 概述

90年代初，我国机械加工行业实现机电一体化对旧式机床进行了不同程度的改造。我们在参与此项工作时，仔细分析了工厂的实际情况，本着勤俭节约、降低改造成本的原则，采用数字控制系统作为步进电机的主要控制装置，对加工鞋底花纹的铣床进行了改造，从而缩短了机械加工周期，提高了加工精度和生产效率。控制系统见图1。系统的CAM工作主要是通过单片机控制完成的，单片机按照输入的加工程序进行插补等各种运算产生进给量，由软硬件相结合的技术实现脉冲分配，输出一系列脉冲信号，经过功放驱动步进电机工作，实现了刀具按照规定曲线轨迹运动的加工。

图1 微机开环控制系统框图

2 系统设计

单片机工作原理

步进电机具有输出力矩较大、驱动简单、控制精度高、容易与数字电路接口等优点，在改造过程中，我们采用功能价格比合理的单片微处理机系统?PS，构成直接输出步进电机所需驱动信号。X向、Y向、Z向步进电机通过单片?PS程序分别从扩展的I/O接口电路中获得驱动脉冲信号（fx、fy、fz）、正反转选择信号（Sx、Sy、Sz）、置零信号（Se）以及联动信号（Sxy、Sxz、Syz），用于驱动机械传动（滚珠丝杠）转变为直线位移，进行位置和速度控制。因为步进电机运转的步数是由驱动脉冲的个数决定的。所以根据这一工作原理只要不断改变绕组的通电状态，步进电机就会按规定方向运转。当确定单片机晶振时，脉冲信号的最高频率也就确定了。设计单片机程序将步进电机绕组的各种不同通电方式按照二进制编码列表编程（见下表），执行不同次数的查表语句，输出脉冲的频率亦随之变化。图2是X方向脉冲分配子程序框图。

图2 X向脉冲分配子程序框图

脉冲分配表 地址 代码值 通电顺序（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——通电 0——断电