基于单片机的机床电气改造

沈铁军，施佳佳，潘齐芳，黄锓雷

（浙江亚太机电股份有限公司，杭州311201）

基于单片机的机床电气改造

沈铁军，施佳佳，潘齐芳，黄锓雷

（浙江亚太机电股份有限公司，杭州311201）

51单片机系统在机床电气改造中的应用，控制步进电机带动滚珠丝杠进给运动，步进电机控制原理在实践中的应用以及一些开关量的输入输出控制。

51单片机；滚珠丝杠；步进电机；开关量

0 引言

一些以继电器/接触器控制的配备液压进给系统的老旧机床，运行中漏油等故障影响现场工作环境，泄漏液压油的四处流动容易损坏电气线路及元器件等。同时，机床电气控制使用的继电器/接触器大都是老式型号导致电气控制柜占用空间相对较大，需要对这类机床进行技术改造。随着数控技术的发展，采用滚珠丝杠代替液压油缸控制进给，在电气控制中采用51单片机系统作为解决方案，具有较强的实用性且设计改进成本较低。

1 系统改造方案

采用89C52单片机做为系统改造的核心控制单元，通过扩展外部程序存储器、外部数据存储器以及8255可编程外围并行接口芯片等，实现开关量的输入输出控制步进电机以及若干液压油缸运行；通过LED显示电机运行行程；通过键盘接口电路输入调试时的电机行程等功能。系统架构如图1所示。

图1 机床电器系统架构

2 系统硬件功能设计

2.1 开关量输入控制

机床电气改造中，开关量输入涉及到油泵启动/停止；2台液压油缸的夹紧/松开；进给手动/自动转换和自动启动主轴、点动控制；步进电机手动进/退、回零、原点及左右限位、急停等动作。开关量输入I/O分配见表1。

2.2 开关量输出控制

机床电气改造中，采用继电器输出接口技术控制油泵输出、工件夹紧/松开等动作。在1#8255的PC口输出高电平经反向驱动器7404变为低电平，使光电隔离器导通，继电器线圈得电；反之PC输出低电平时，继电器断开。开关量输出I/O分配见表2。

2.3 步进电机控制

系统改造前主轴电机采用功率4 kW，转速1440 r/min的三相电机，由T=9550P/n得出T=26.53 N·m。采用斯达特130系列三相混合式130BYG250C步进电机和TD-3H622A型驱动器。以89C52单片机的P1.0口为脉冲输入端，P1.1口为电机方向控制端，改造后电机控制模式见图2。

表1 开关量输入I/O分配表

表2 开关量输出I/O分配表

图2 步进电机控制模式

2.4 行程数据计算及输入控制

在实际生产中，电机从原点开始运行至加工完成的行程取决于电机运行频率，丝杠的导程和脉冲计数。本次改造采用T0工作方式1，产生50 μs定时中断，使在P1.0上产生周期为500 μs的方波，产生一个方波计数1次。在驱动器上设定细分（n：steps）之后，行程L=N×X/n（其中n为脉冲数，X为丝杠导程）。手动调试中，记录行程L并输入到系统中。电路设计采用LED数显，在编辑状态下输入行程数据并保存；以1#8255芯片为数据键盘输入，2#8255芯片为数据显示。当打到编辑状态时，则编辑数据输入，待输入完成后，打到保存状态3 s后再打到中间空挡状态，数据编辑保存完成。其他状态下则显示电机运行的行程。电气控制模式见图3、图4。

3结语

本例机床电气改造使用89C52单片机为核心进行外部扩展，改进开关量输入输出、中断、键盘、LED显示等控制模式。改造后机床各种工位动作性能可靠，实际生产加工精度能达到技术要求，若使用交流伺服电机，机床加工精度将会进一步提高。

图3 数据键盘输入控制模式

图4 数据编辑保存控制模式

［1］张友德，赵志英，涂时亮.单片微型机原理、应用与实验[M].上海：复旦大学出版社，2003.

［2］潘新民，王燕芳.微型计算机控制技术[M].北京：高等教育出版，2001.

［3］郑堤，唐可洪.机电一体化设计基础[M].北京：机械工程出版社，1997.

〔编辑李波〕

TG502

B

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2016.12.34