單立柱鉆銑床數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計

王剛

摘 要：隨著微控技術(shù)的日益完善和發(fā)展，單片機(jī)的應(yīng)用在不斷走向深入。它的應(yīng)用比傳統(tǒng)的控制技術(shù)從根本上發(fā)生變革。也就是說單片機(jī)應(yīng)用的出現(xiàn)是對傳統(tǒng)控制技術(shù)的革命。它在工業(yè)控制、數(shù)據(jù)采集、智能化儀表、機(jī)電一體化、家用電器等領(lǐng)路得到了廣泛應(yīng)用，極大的提高了這些領(lǐng)域的技術(shù)水平和自動化控制。因此單片機(jī)的開發(fā)應(yīng)用已成為高技術(shù)工程領(lǐng)域的一項(xiàng)重大課題。因此了解單片機(jī)知識，掌握單片機(jī)的應(yīng)用技術(shù)具有重大的意義。

關(guān)鍵詞：單片機(jī)；系統(tǒng)；設(shè)計；

文章編號：1674-3520（2015）-08-00-01

當(dāng)前，在世界范圍內(nèi)，一個以微電子技術(shù)，計算機(jī)的通訊技術(shù)為先導(dǎo)的，一個信息技術(shù)及信息產(chǎn)業(yè)的信息革命時期。而計算機(jī)技術(shù)怎樣與實(shí)際應(yīng)用更有效的結(jié)合并有效地發(fā)揮其作用是科學(xué)界最熱門的話題，也是當(dāng)今計算機(jī)應(yīng)用中空前活躍的領(lǐng)域。

數(shù)字控制機(jī)床簡稱數(shù)控機(jī)床，這是一種將數(shù)字計算技術(shù)應(yīng)用于機(jī)床的控制技術(shù)。它把機(jī)械加工過程中的各種控制信息用代碼化的數(shù)字表示，通過信息載體輸入數(shù)控裝置。經(jīng)運(yùn)算處理由數(shù)控裝置發(fā)出各種控制信號，控制機(jī)床的動作，按圖紙要求的形狀和尺寸，自動地將零件加工出來。數(shù)控機(jī)床較好地解決了復(fù)雜、精密、小批量、多品種的零件加工問題，是一種柔性的、高效能的自動化機(jī)床，代表了現(xiàn)代機(jī)床控制技術(shù)的發(fā)展方向，是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。

數(shù)控機(jī)床的基本組成包括加工程序載體、數(shù)控裝置、伺服驅(qū)動裝置、機(jī)床主體和其他輔助裝置。數(shù)控機(jī)床工作時，不需要工人直接去操作機(jī)床，要對數(shù)控機(jī)床進(jìn)行控制，必須編制加工程序。零件加工程序中，包括機(jī)床上刀具和工件的相對運(yùn)動軌跡、工藝參數(shù)（進(jìn)給量主軸轉(zhuǎn)速等）和輔助運(yùn)動等。將零件加工程序用一定的格式和代碼，存儲在一種程序載體上，通過數(shù)控機(jī)床的輸入裝置，將程序信息輸入到單元。

數(shù)控裝置是數(shù)控機(jī)床的核心?，F(xiàn)代數(shù)控裝置均采用裝置一般使用多個微處理器，以程序化的軟件形式實(shí)現(xiàn)數(shù)控功能，因此又稱軟件數(shù)控系統(tǒng)是一種位置控制系統(tǒng)，它是根據(jù)輸入數(shù)據(jù)插補(bǔ)出理想的運(yùn)動軌跡，然后輸出到執(zhí)行部件加工出所需要的零件。因此，數(shù)控裝置主要由輸入、處理和輸出三個基本部分構(gòu)成。而所有這些工作都由計算機(jī)的系統(tǒng)程序進(jìn)行合理地組織，使整個系統(tǒng)協(xié)調(diào)地進(jìn)行工作 將數(shù)控指令輸入給數(shù)控裝置，根據(jù)程序載體的不同，相應(yīng)有不同的輸入裝置。

伺服系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的重要組成部分，用于實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給伺服控制和主軸伺服控制。伺服系統(tǒng)的作用是把接受來自數(shù)控裝置的指令信息，經(jīng)功率放大、整形處理后，轉(zhuǎn)換成機(jī)床執(zhí)行部件的直線位移或角位移運(yùn)動。由于伺服系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的最后環(huán)節(jié)，其性能將直接影響數(shù)控機(jī)床的精度和速度等技術(shù)指標(biāo)，因此，對數(shù)控機(jī)床的伺服驅(qū)動裝置，要求具有良好的快速反應(yīng)性能，準(zhǔn)確而靈敏地跟蹤數(shù)控裝置發(fā)出的數(shù)字指令信號，并能忠實(shí)地執(zhí)行來自數(shù)控裝置的指令，提高系統(tǒng)的動態(tài)跟隨特性和靜態(tài)跟蹤精度。伺服系統(tǒng)包括驅(qū)動裝置和執(zhí)行機(jī)構(gòu)兩大部分。

驅(qū)動裝置由主軸驅(qū)動單元、進(jìn)給驅(qū)動單元和主軸伺服電動機(jī)、進(jìn)給伺服電動機(jī)組成。步進(jìn)電動機(jī)、直流伺服電動機(jī)和交流伺服電動機(jī)是常用的驅(qū)動裝置。

由于采用了直流調(diào)速的進(jìn)給伺服電動機(jī)和寬調(diào)速的主軸電動機(jī)，利用同步帶傳遞速度變速，這就簡化了機(jī)床的傳動機(jī)構(gòu)。機(jī)床布局便于排屑和工件裝卸，部分?jǐn)?shù)控機(jī)床帶有自動排屑器和自動工件交換裝置。大部分?jǐn)?shù)控機(jī)床采用具有微處理器的可編程序控制器，以代替強(qiáng)電柜中大量的繼電器，提高了機(jī)床強(qiáng)電控制的可靠性和靈活性。

隨著微電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)和軟件技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)控機(jī)床的控制系統(tǒng)日益趨向于小型化和多功能化，具備完善的自診斷功能；可靠性也大大提高；數(shù)控系統(tǒng)本身將普遍實(shí)現(xiàn)自動編程。未來數(shù)控機(jī)床的類型將更加多樣化，多工序集中加工的數(shù)控機(jī)床品種越來越多；激光加工等技術(shù)將應(yīng)用在切削加工機(jī)床上，從而擴(kuò)大多工序集中的工藝范圍；數(shù)控機(jī)床的自動化程度更加提高，并具有多種監(jiān)控功能，從而形成一個柔性制造單元，更加便于納入高度自動化的柔性制造系統(tǒng)中。

控制系統(tǒng)設(shè)計

控制系統(tǒng)總體設(shè)計。系統(tǒng)的組成：中央處理器AT89S52；接口芯片8155H、8255A；存儲器的靜態(tài)RAM62256；譯碼器74LS138；鎖存器8282；LM629；TLP521-4；運(yùn)算放大器MC1416；定時器555。

中央處理器CPU。AT89S52 是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8KB 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲器。使用Atmel 公司高密度非 易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)8051 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。

AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32 位I/O 口線，看門狗定時器，2 個數(shù)據(jù)指針，三個16 位定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外，AT89S52 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。

AT89S52的主要性能

AT89S52 的主要性能如下：

1、與MCS-51單片機(jī)產(chǎn)品兼容 ，8位字長CPU；

2、振蕩器和時鐘電路，全靜態(tài)操作：0Hz～33Hz ；

3、8KB系統(tǒng)可編程Flash存儲器；

4、256KB內(nèi)部RAM；

5、4個 I/O端口共32線；

6、3個16位定時器/計數(shù)器；

7、全雙工UART串行通道；

8、ISP端口；

9、看門狗定時器；

10、雙數(shù)據(jù)指針（DPTR）；

11、20多個特殊功能寄存器；

12、電源下降標(biāo)志。