單片機在數控機床上的應用研究

摘要：單片機在工業上的應用前景較為廣泛，本文的研究主要圍繞著其在數控機床上的具體應用開展的，具體的以單片機在數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展前景，第二部分主要研究了單片機在數控機床刀架控制器方面的作用。

關鍵詞：單片機；數控機床；因公應用

信息化工業中，單片機的使用出現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當中。從單片機發展的進程角度來看，其發展的趨勢可以歸納為下面幾點：

一、單片機的發展前景

（一）低功耗CMOS化。現在，企業都追求成本的最小化，在保證生產順利完成的條件下能減少機械的功耗，工業的生產要求低功耗，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，現在很多制造單片機的廠商都是用的CMOS技術，比如：在80C51型單片機的制造當中所使用的就是CMOS技術和HMOS工藝技術。CMOS技術的優勢是能耗低，但是這種技術也有著一定的缺陷，因為該技術自身的原因導致的效率低是造成其發展不良的主要原因，CMOS技術、HMOS工藝技術的結合工藝則兼具了高工作效率、低能耗的優點，這種單片機更容易應用到低功耗的電池供電場所。因此，這種工藝技術符合生產中的要求，將成為今后一定時期內單片機的發展方向，主要途徑有：

（二）單片機的微型化。現在的制造工藝一般是將隨機存儲數據存儲器、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、定時電路等集成到一個芯片之上，脈寬調制電路、液晶驅動電路、WDT、轉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展。

二、單片機在數控機床刀架控制器方面的作用研究

（一）單片機刀架的類型。將單片機應用到數控機床的上主要是以數字化信息來完成的，其實現了對機床的有效控制，我們知道數控機床的最為重要的部分是刀架，它是生產的關鍵，它的工作性能對數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DUPLOMATIC公司所生產的BSV-N/25類型的刀架，該刀架不管是從結構上來說，還是從性能上來說都是上品，其應用到數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困難，國產的數控機床裝置很難實現快速換刀的控制。

（二）數控機床控制原理。數控機床是自動化要求較高的設備，硬件部分主要有：主機、數控裝置、驅動裝置以及附屬裝置，數控裝置是機床的重要組成部件，它主要的作用就是開環、半閉環、閉環三種控制方式。它的控制系統是由輸入、輸出設備、數控裝置、伺服控制電機、邏輯控制裝置、位置檢測裝置組成，數控機床的控制系統工作原理如圖1所示。

從上圖可以看出數控機床的數控裝置是通過計算機硬件系統來實現的，數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、輸出設備、總線、存儲器等，此外數控裝置還有手動的數據輸入接口、PLC接口等接口單元；軟件方面主要是編寫控制相關的程序，寫入計算機的存儲器中，利用硬件的協調倆完成控制指令的執行工作。

（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容：

（1）換刀時序要以就近換刀做為原則；

（2）當刀架接到指令之后首先要做的就是對插銷是否縮回進行檢查，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、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延時現象，如果出現0.1秒以上的延時，就會導致換刀位置出現錯誤。

（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。

（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，這時換刀結束。

（四）刀架換刀。

從圖2中可以看出，刀架數量是12，其刀具和到座之間是相互對應的，當刀架順時針旋轉的時候我們將其叫做正向旋轉，反之則為反向旋轉。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，目標刀具就會不斷的接近換到位置。當刀具到達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定停止旋轉，然后在反向旋轉，刀架就會鎖緊。鎖緊之后電機就會停止運行、抱閘，縮回命令發出，當縮回完成之后整個換刀過程就完成了。

總結：數控機床綜合應用了電子、計算機、自動化控制等先進的技術，單片機以更先進的技術應用于實踐生產當中，微型計算機技術在數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、微型化方向發展，同時我們也要重視單片機技術的革新，根據不同的需要進行技術改進，發揮單片機在生產中的重要作用。

參考文獻：

[1]廖常初，PLC編程及應用（第2版）[M].北京：機械工業出版社.2005.

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

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