电火花机床之单片机控制系统应用解析

　　电火花机床之单片机控制系统应用解析
　　
　　在油泵油嘴行业中，传统的油嘴加工，多数依靠个人技能所决定的手工操作，产品质量不稳定，生产效率低，劳动强度大，废品率高。
　　
　　本系统是对一种电火花机床设计的，采用负极放电方式即采用黄铜对工件的放电达到加工目的。通过试验得到黄铜对工件的耗损比值，用程序控制所需要的加工深度，加工出来的油嘴座面*符合要求，提高了加工速度，保证了加工精度，*取代了传统的风磨加工。
　　
　　目前本系统已在某油嘴油泵厂投入使用，实践表明，该系统性能可靠，操作也很方便，给企业带来了明显的经济效益。
　　
　　本文介绍了一种采用8031单片机控制系统的电火花机床数控系统的软硬件设计，并介绍了其设计思想、控制原理。
　　
　　1.设计思想
　　
　　根据油嘴加工工艺及加工工件的参数，由步进电机驱动电极移动，要准确地自动实时采样，，改变步进电机的工作频率，以控制步进电机的进给量，为了符合油嘴的座面要求，在加工过程中，根据试验得到的耗损比值，利用查表法编程方法来对电极进行实时修正，这是控制砂轮电机完成的。根据不同的粗坯工件的加工深度，采取相应的频率以及控制运行的步数。其工序顺序控制逻辑包括：
　　
　　（1）快速趋进：为了提高工作效率，在工件安装好后，步进电机必须快速趋进被加工工件的表面。
　　
　　（2）快速退回：当加工完预置的加工量后，步进电机必须退回到初始位置。
　　
　　（3）粗磨：对于加工尺寸大的毛坯，为了提高工作效率，可选择单独进行粗加工，粗加工时，步进电机以粗磨速度进给，同时通过改变放电电压，切换放电电容，控制放电火花，放电快，提高加工速度。
　　
　　（4）精磨：当加工尺寸较小，为了保证座面的角度和光洁度，采用精磨的方式，精磨时，放电火花小，加工电压低，这也是通过软件控制继电器切换加工电压和放电电容实现。
　　
　　（5）粗精磨：本系统可进行粗精磨加工一次完成。在开始加工时采用粗磨，当加工到一定范围以内（如3丝），系统自动转换为加工，这样既提高了加工速度，又保证了精度和光洁度。系统在两种加工方式下能控制火花放电量。
　　
　　我们选用三相拍步进电机（45BF3）作为电极的进给驱动部件。被控制的步进电机有正转（进刀）、反转（退刀）和停转三种基本工作方式，正反转又各有不同的运行频率（即进刀或退刀速度）要求，进刀、退刀速度是根据软件进行调整的。当步进电机三相绕组按A→AB→B→BC→C→CA→A的顺序得电，就可实现正转，反之，若按A→AC→C→BC→B→AB→A的顺序得电，就可实现反转，若输出状态始终保持不变，电机也就停止了运行，利用8031的P1口的P1．0、P1．1、P1．2控制电机的三相绕组，达到控制其运行方式。
　　
　　在加工过程中，同时要控制加工电压、切换放电电容，当修复加工电极时，要切换工件、电机的电压。这些都是软件来控制各个继电器按一定的时序的开、闭实现。
　　
　　2.系统硬件设计
　　
　　本系统硬件由四个部分组成，即由8031单片机、2764EPROM以及74LS373组成的基本系统，驱动电路、采样电路和显示与键盘扫描电路。这里主要介绍基本系统及驱动电路。
　　
　　2．1基本系统
　　
　　系统设立了5位显示器和7个按键，显示器分别显示加工的模式状态、设置值、加工剩余量，七个按键分别为：启动、复位、暂停、十位置数位、个位置数位、置数功能键、加工模式选择，当置数按键起作用后，可给十位和个数置数，加工模式选择可选择粗磨、粗精磨加工方式。在软件中将1～99丝的加工量根据一定的转换关系转换成相应的数据存入一个表中，在加工时根据不同的加工量取相应的表中的数据即可。
　　
　　用串行输入、并行输出移位寄存器74LSl64连接LED显示器与键盘。
　　
　　2．2驱动电路
　　
　　程序控制8031P1口输出数据，通过74LS07驱动器使步进电机正、反转，考虑到本系统在加工过程中高低频辐射及现场电网波动引起的干扰，因此采用光电隔离，如图2所示。
　　
　　当P1．0输出为高电平，则74LS07第1脚输出为低电平，此时光耦二极管导通，发光三极管也即导通，三极管T也导通，使绕组受到24V的激励，反之则光隔离，绕组不受电压激励。二极管D1起保护作用发光二极管D2指示电机的每相的工作状态，也为维修带来方便，同样可用程序控制P1口其它位输出。74LS373也可以作为继电器的控制或为以后扩展控制作用。
　　
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