基于外圓磨床數控系統設計與研究

摘 要： 任何一個數控系統都是由硬件和軟件兩部分構成，硬件是組成系統的基礎，軟件是系統的靈魂。有了硬件和軟件和配合才能有效的完成系統的使命。硬件電路的可靠性直接影響到數控系統的性能指標。本設計中要求砂輪架自動橫向進給（X）和工作臺縱向進給（Y）在兩坐標進行控制。對磨床工作過程進行分析：其調整過程有裝工件，手動退出，手動快進，對刀，手動快退；自動調整過程有設置磨削量，快進，工進，快退。

關鍵詞：數控系統外；圓磨床；功能指令

1確定硬件電路總體方案

該磨床的砂輪架橫向進給機構和工作臺縱向進給實行數控，主要的使用要求和功能如下：

要有兩臺步進電機分別驅動砂輪和工作臺。

（1）對液壓進行控制。

（2）對冷卻液進行控制。

（3）砂輪主軸電機控制。

（4）頭架主軸電機啟停控制。

（5）手動及其方向控制。

（6）手動快進和快退。

（7）工作方式。

（8）鍵盤與顯示。

（9）工作臺限位。

（10）報警。

（11）急停。

根據以上要求來確定硬件電路方案。

1.1機床數控系統的硬件電路

概括起來由四部分組成，如圖1所示

（1）主控制器，即中央處理單元CPU。

（2）總線，包括數據總線（DB），地址總線（AB）和控制總線（CB）。

（3）儲存器，包括只讀可編程程序儲存器（ROM）和隨機讀寫數據儲存器（RAM）。

1.2接口

即I/O 輸入/輸出接口電路

1.3主控制器CPU的選擇

在一般二坐標聯動的數據控制系統中，推薦采用MCS-51系列單片機作為主控制器。MCS-51系列單片機主要有三種型號的產品：8031，8051和8751。該系列產品是集中CPU，I/O端口及部分RAM為一體的功能性很強的控制器。目前，工業控制中應用最多的是8031單片機。本設計中也采用8031單片機。它是一個具有40根引腳的雙列直差式器件，其基本特征有：

（1）具有8位中央處理單元CPU

（2）片內有時鐘發生電路

（3）具有128個字節的RAM

（4）具有21個特殊功能寄存器

（5）可尋址64K字節的外部數據存儲器和64K字節的外部程序存儲器

（6）具有4個I/O接口，32根I/O線

（7）具有兩個16位定時器/計數器

（8）具有5個中斷源，配備兩個優先級別

（9）具有一個全雙功能串行接口

（10）具有位尋址能力，適用邏輯運算

8031片內沒有程序存儲器，僅有片內數據存儲器。

1.4程序存儲器擴展

單片機應用系統擴展的芯片大多采用EPROM芯片。在選擇芯片時，要考慮最大讀出速度，工作溫度及存儲器的容量。在滿足容量要求的同時，盡量選擇大容量芯片，以減少芯片數量，使系統簡化。所以本設計中選用2764EPROM芯片，它是雙列直插式28腳芯片。

單片機規定口分時輸出低8位地址和數據的通道口。為了把地址信息分離出來保存，需要地址鎖存器。本設計中采用74LS373作為地址鎖存器。

采用2764EPROM程序存儲器的擴展電路框圖如圖2所示。

1.5數據存儲器的擴展

由于8031內部RAM只有128字節，不能滿足系統的要求，需擴展片外的數據存儲器。單片機應用系統數據存儲器擴展電路一般采用6/16和6264表態RAM數據存儲器，其選用規則與EPROM程序存儲器的要求相同。在本設計中選用6264為數據存儲器的擴展芯片。容量為8K。

1.6 I/O口擴展電路設計

8031單片機共有四個八位并行I/O口，但可供用戶使用的只有口及口。因此要進行I/O接口的擴展。

采用通用的可編程接口芯片8255A。它是有A，B。C三個可編程功能的8位I/O接口，有40個引腳的雙列直插式RAM/IO/CTC擴展器。由8255A自單片機接收地址址信息，控制信息，在數據總線與端口間傳送數據狀態控制信號。

由于一塊8255A可提供24個I/O口，而本設計中經過分析，使用要求須四十幾個口，所以本設計中采用三片8255A芯片，其中一塊芯片作為鍵盤，顯示接口電路。

（4）波段開關（編輯，自動，手動）P3.4 ～P3.6

由上述可知：共使用了三片8255A芯片，其中還剩余PC3口（八位）可以利用。

2FANUC 0i系統的 PMC

2.1信號及其地址

PMC 把信號根據其作用部位及作用方向分為 4 種，如下圖：

X：由機床輸入至 PMC。如：操作員由機床操作面板上輸入的按鈕、按鍵、開關信號。

Y：由 PMC 輸出至機床的使機床強電動作的信號。如：主軸的正、反向；潤滑、冷卻的 開/關信號。

G：PMC 輸出至 CNC 的信號（CNC 輸入）。

這些信號中有些是啟動 CNC 的一個子程序。這些子程序是 CNC 控制軟件的一部分： 根據機床的實際動作設計好的機床的強電控制功能。如：急停（G8.4）；自動加工程序 啟動（G7.2）；工作方式選擇（G43.0～2）。

F：CNC 輸出至 PMC 的信號。

3結論

數控機床是采用數字控制技術對機床各移動部件相對運動進行控制的機床，它是典型的機電一體化產品，是現代制造業的關鍵設備。隨著微電子技術、計算機技術和軟件技術的迅速發展，數控機床的控制系統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；數控系統本身將普遍實現自動編程。未來數控機床的類型將更加多樣化，多工序集中加工的數控機床品種越來越多；激光加工等技術將應用在切削加工機床上，從而擴大多工序集中的工藝范圍；數控機床的自動化程度更加提高，并具有多種監控功能，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中。而PLC是一類以微處理器為基礎的通用型自動控制裝置它一般以順序控制為主，回路調節為輔，可靠性差等困難，PLC已成為人們選擇數控機床所用順序控制裝置的主要選擇。因此本文用PLC設計數控機床控制系統。

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作者簡介：馮慶前，出生于1990年，男，畢業于哈爾濱理工大學，大學本科，學士學歷，講師，現從事阜陽職業技術學校數控教師。