3軸數(shù)控系統(tǒng)采用適合實時控制的MCS-51系列單片機(jī)為控制器,實現(xiàn)了對3 個坐標(biāo)軸機(jī)械系統(tǒng)的控制。設(shè)計了數(shù)控系統(tǒng)的硬件和軟件,給出了系統(tǒng)的硬件及軟件設(shè)計框圖。該數(shù)控系統(tǒng)以低廉的價格實現(xiàn)了中檔數(shù)控系統(tǒng)的加工精度, 具有較好的推廣應(yīng)用前景。

　　數(shù)控機(jī)床很好地解決了現(xiàn)代機(jī)械制造中加工對象精密、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、品種多、批量小等問題。且產(chǎn)品加工質(zhì)量穩(wěn)定,生產(chǎn)效率大幅度提高。

　　目前市場上的中、高檔數(shù)控系統(tǒng)都以PC機(jī)(工控機(jī)) 作為控制平臺來實現(xiàn)伺服電機(jī)的驅(qū)動控制。這種方式性能固然優(yōu)良,但價格昂貴。近年來,經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)采用適合現(xiàn)場實時控制和數(shù)據(jù)采集的單片機(jī)作為控制器,以控制靈活、可靠性高的步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動,具有結(jié)構(gòu)簡單、工作性能穩(wěn)定、性價比高等優(yōu)點。筆者在此基礎(chǔ)上,設(shè)計實現(xiàn)了能夠用于鏜銑床的3 軸經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)。

1 機(jī)械系統(tǒng)的組成

　　采用MCS-51系列單片機(jī)組成控制系統(tǒng),由功率步進(jìn)電機(jī)經(jīng)一級齒輪減速后驅(qū)動X、Y、Z三軸。進(jìn)給傳動系統(tǒng)中采用高精度的滾珠絲杠。床身上面為一個XY工作臺, 采用兩層疊放, 實現(xiàn)XY方向的進(jìn)給運(yùn)動。主軸能夠沿著立柱運(yùn)動,實現(xiàn)Z方向的進(jìn)給運(yùn)動。

2 數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路

　　MCS-51是一種8位單片機(jī),其指令系統(tǒng)功能強(qiáng)、硬件資源豐富、可擴(kuò)展性好。

　　采用8031單片機(jī)為控制器,擴(kuò)展1 片程序存儲器2764用于存放系統(tǒng)程序和固定參數(shù);擴(kuò)展1 片數(shù)據(jù)存儲器6264 用于存放數(shù)據(jù); 選用1 片可編程并行I/O接口芯片8255A 作為系統(tǒng)擴(kuò)展的I/O口,對X、Y、Z3軸步進(jìn)電機(jī)及主軸進(jìn)行控制;另擴(kuò)展1 片8255B 作為機(jī)床開關(guān)量、主軸編碼器反饋信號I/O口;采用8279 作為鍵盤/顯示器接口,識別鍵盤按鍵信號,對顯示器自動掃描,完成鍵盤輸入和LED 顯示控制兩種功能;為使系統(tǒng)地址統(tǒng)一,采用74LS138 譯碼器對系統(tǒng)所擴(kuò)展的芯片進(jìn)行譯碼尋址,具體為Y0 片選6264 ,Y1片選2764 ,Y2片選8279 ,Y3片選8255A,Y4片選8255B,并由8031對各軸步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行環(huán)形分配,其指令信號經(jīng)光電隔離和功率放大后驅(qū)動各軸。

3 數(shù)控系統(tǒng)軟件設(shè)計

　　本單片機(jī)系統(tǒng)軟件采用模塊化設(shè)計,主要包括主模塊、子程序模塊和中斷處理模塊等。主模塊即系統(tǒng)管理程序,開機(jī)后即執(zhí)行該程序。主模塊的功能為:初始化和鍵盤監(jiān)控。其中初始化包括8255I/O接口初始化,8279 初始化,單片機(jī)T0/T1定時器/計數(shù)器初始化,鍵盤數(shù)據(jù)區(qū)、顯示緩沖區(qū)初始化,各種軟件標(biāo)志初始化,開、中斷等處理。監(jiān)控主要判別是否有功能鍵按下,若有則根據(jù)功能鍵調(diào)用相應(yīng)的子程序模塊。

　如編輯子程序模塊、空運(yùn)行子程序模塊、自動運(yùn)行子程序模塊、手動進(jìn)給子程序模塊、回零子程序模塊等等。

4 結(jié)論

　　3軸經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)采用MCS-51單片機(jī)作為控制器,與基于工控機(jī)組成的數(shù)控系統(tǒng)相比,系統(tǒng)造價低廉,性能穩(wěn)定。由于受到數(shù)據(jù)寬度的限制,運(yùn)算速度相對于工控機(jī)慢一些,可通過采用16 位的單片機(jī)解決。此單片機(jī)控制的數(shù)控系統(tǒng)以低廉的價格實現(xiàn)了中高檔數(shù)控系統(tǒng)的加工精度,符合國情,具有較好的推廣應(yīng)用前景。