單片機在數(shù)控機床上的應用研究

摘要：單片機在工業(yè)上的應用前景較為廣泛，本文的研究主要圍繞著其在數(shù)控機床上的具體應用開展的，具體的以單片機在數(shù)控機床刀架控制器方面的作用開展研究。本文的研究共分為兩個部分，第一部分分別從三個方面分析了單片機的發(fā)展前景，第二部分主要研究了單片機在數(shù)控機床刀架控制器方面的作用。

關(guān)鍵詞：單片機；數(shù)控機床；因公應用

信息化工業(yè)中，單片機的使用出現(xiàn)了百花齊放的的局面，全世界各大CPU制造公司先后制造擁有自己特點的單片計算機，種類也多種多樣，有8位、16位、32位，在應用方面有和C51系列相兼容的，也有不兼容的，但是它們的特點決定了它們可以相輔相成，使單片機更好的應用到實踐生產(chǎn)當中。從單片機發(fā)展的進程角度來看，其發(fā)展的趨勢可以歸納為下面幾點：

一、單片機的發(fā)展前景

（一）低功耗CMOS化。現(xiàn)在，企業(yè)都追求成本的最小化，在保證生產(chǎn)順利完成的條件下能減少機械的功耗，工業(yè)的生產(chǎn)要求低功耗，但是以往的單片機，例如MCS-51系列中8031的功耗為630mW，功耗消耗非常大，但是隨著技術(shù)的提高普遍的功率都在100mW左右，從這方面看消耗功率上有很大的差距，現(xiàn)在很多制造單片機的廠商都是用的CMOS技術(shù)，比如：在80C51型單片機的制造當中所使用的就是CMOS技術(shù)和HMOS工藝技術(shù)。CMOS技術(shù)的優(yōu)勢是能耗低，但是這種技術(shù)也有著一定的缺陷，因為該技術(shù)自身的原因?qū)е碌男实褪窃斐善浒l(fā)展不良的主要原因，CMOS技術(shù)、HMOS工藝技術(shù)的結(jié)合工藝則兼具了高工作效率、低能耗的優(yōu)點，這種單片機更容易應用到低功耗的電池供電場所。因此，這種工藝技術(shù)符合生產(chǎn)中的要求，將成為今后一定時期內(nèi)單片機的發(fā)展方向，主要途徑有：

（二）單片機的微型化?，F(xiàn)在的制造工藝一般是將隨機存儲數(shù)據(jù)存儲器、中央處理器、只讀程序存儲器、并行或者是串行通信接口，中斷系統(tǒng)、定時電路等集成到一個芯片之上，脈寬調(diào)制電路、液晶驅(qū)動電路、WDT、轉(zhuǎn)換器等都集中到一個芯片上，這種集中方式就使得原來的單片機電路變得更加豐富，其功能也就會相應的加強，同時還能夠依據(jù)客戶的需要來進行芯片的制作。這種單片機體積小、重量輕，而且低功耗、高功能，很多單片機都具備多種封裝方式，表面封裝最受人們的青睞，所以單片機正向微型化方向發(fā)展。

二、單片機在數(shù)控機床刀架控制器方面的作用研究

（一）單片機刀架的類型。將單片機應用到數(shù)控機床的上主要是以數(shù)字化信息來完成的，其實現(xiàn)了對機床的有效控制，我們知道數(shù)控機床的最為重要的部分是刀架，它是生產(chǎn)的關(guān)鍵，它的工作性能對數(shù)控機床是否能夠順利運行有著直接的影響，當前刀架性能最好的要數(shù)DUPLOMATIC公司所生產(chǎn)的BSV-N/25類型的刀架，該刀架不管是從結(jié)構(gòu)上來說，還是從性能上來說都是上品，其應用到數(shù)控機床上能夠達到使其準確換刀、快速運行的目的。但該類型的刀架因為速度快，所以對時序的要求就較為嚴格，那么控制起來也就存在一定的技術(shù)困難，國產(chǎn)的數(shù)控機床裝置很難實現(xiàn)快速換刀的控制。

（二）數(shù)控機床控制原理。數(shù)控機床是自動化要求較高的設(shè)備，硬件部分主要有：主機、數(shù)控裝置、驅(qū)動裝置以及附屬裝置，數(shù)控裝置是機床的重要組成部件，它主要的作用就是開環(huán)、半閉環(huán)、閉環(huán)三種控制方式。它的控制系統(tǒng)是由輸入、輸出設(shè)備、數(shù)控裝置、伺服控制電機、邏輯控制裝置、位置檢測裝置組成，數(shù)控機床的控制系統(tǒng)工作原理如圖1所示。

從上圖可以看出數(shù)控機床的數(shù)控裝置是通過計算機硬件系統(tǒng)來實現(xiàn)的，數(shù)控裝置不是單純由一個模塊來完成控制的，它需要其他計算機組件共同完成，包括中央處理器、輸入、輸出設(shè)備、總線、存儲器等，此外數(shù)控裝置還有手動的數(shù)據(jù)輸入接口、PLC接口等接口單元；軟件方面主要是編寫控制相關(guān)的程序，寫入計算機的存儲器中，利用硬件的協(xié)調(diào)倆完成控制指令的執(zhí)行工作。

（三）刀架換刀時序。

我們以BSV-N/25系列刀架換刀時序為例，它的換刀時序主要要注意以下幾點內(nèi)容：

（1）換刀時序要以就近換刀做為原則；

（2）當?shù)都芙拥街噶钪笫紫纫龅木褪菍Σ邃N是否縮回進行檢查，當其縮回之后，松閘、起步三相異步電動機就會對正向、正反轉(zhuǎn)、反向的換刀進行控制。在到達換刀的前一個位置時，如果檢測到選通信號下降，這時候就會發(fā)出要求伸出電磁插銷的命令信號，主要是因為在每個刀位間都有選通信號的存在，所以當位于刀架的編碼器發(fā)出信號后，插銷就會按照時序的要求進行控制，在該過程當中不能出現(xiàn)延時現(xiàn)象，如果出現(xiàn)0.1秒以上的延時，就會導致?lián)Q刀位置出現(xiàn)錯誤。

（3）當檢測到插銷到位信號后，控制換刀的電動機停止工作，延時50ms后，換刀電動機開始反轉(zhuǎn)。

（4）當檢測到刀位鎖緊信號后，控制換刀的電動機停止工作，延時200ms后，縮回插銷，這時換刀結(jié)束。

（四）刀架換刀。

從圖2中可以看出，刀架數(shù)量是12，其刀具和到座之間是相互對應的，當?shù)都茼槙r針旋轉(zhuǎn)的時候我們將其叫做正向旋轉(zhuǎn)，反之則為反向旋轉(zhuǎn)。當機床進行零部件加工的時候，刀架就會沿著路勁最短的位置旋轉(zhuǎn)，目標刀具就會不斷的接近換到位置。當?shù)毒叩竭_目標的前一到座位置的時候，插銷就會伸出，插銷到位的時候電機會按照規(guī)定停止旋轉(zhuǎn)，然后在反向旋轉(zhuǎn)，刀架就會鎖緊。鎖緊之后電機就會停止運行、抱閘，縮回命令發(fā)出，當縮回完成之后整個換刀過程就完成了。

總結(jié)：數(shù)控機床綜合應用了電子、計算機、自動化控制等先進的技術(shù)，單片機以更先進的技術(shù)應用于實踐生產(chǎn)當中，微型計算機技術(shù)在數(shù)控機床的使用取得了十分顯著的效果，單片機正向多功能化、高性能、高速度、低功耗、低價格、微型化方向發(fā)展，同時我們也要重視單片機技術(shù)的革新，根據(jù)不同的需要進行技術(shù)改進，發(fā)揮單片機在生產(chǎn)中的重要作用。

參考文獻：

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[2]熊志強，陳德榮.PLC與單片機結(jié)合在自動車床控制中的應用[J].工業(yè)控制計算機，2006，02：54-55.

作者簡介：文灝（1975.8-），男，講師，江西宜春人，目前從事數(shù)控專業(yè)教學。