定子車鏜床軸角分度測量的數顯改造

1　前言
　　哈爾濱電機有限責任公司的定子車鏜床主要用于汽輪發電機定子機座的生產。原來機座軸角分度的測量是根據光學反射及投影的原理測量的。人的肉眼分辨率低，加上測量儀器自身的限制，測量精度較低，工作起來繁鎖，且易產生錯誤。為了提高精度，增加測量的可靠性，我們選用了SJF-01型數字式精密分度儀來測量軸角。該儀器操作簡單，顯示直觀，不僅提高了測量精度，而且也減少了出錯幾率。
2　技術性能和指標
　　定子車鏜床軸角分度測量系統經過數顯改造后，操作者只需根據需要，按動電動開關，機床主軸的回轉角度就會以數字形式顯示出來。該儀器的顯示方式有度、分、秒和十進制兩種，分為上、下兩行顯示，可根據用戶要求任意選擇；其分辨率為2″，測量精度達2.5″；機床轉速應小于30r/min；絕對零點任選；供電電源為AC220V±5%；工作溫度在0℃～40℃之間為最佳。
3　SJF-01型數字式分度儀的工作原理
3.1　信號的采集
　　SJF-01型數字式分度儀的信息采集，采用了JX130型絕對式軸角編碼器作為角度位移計量元件，同軸安裝兩臺，對裝于分度齒輪軸上。編碼器有24個插孔，需采集24路信號。由于編碼器采集到的信號幅值不夠，我們采用了單電源四運算放大器LM324對信號進行放大，放大后的信號作為電壓比較器LM339的輸入端輸入，經比較器處理后，產生所需的信號送入主機板。
3.2　數顯儀器的工作原理　　
　　SJF-01型數字式精密分度儀采用了工業控制中較為先進的8031單片機作為中央處理器，外部配以輔助電路，其中包括地址鎖存器、外部程序存貯器、譯碼器、A/D、D/A轉換器、緩沖器、驅動器等共同完成軸角分度測量及顯示工作。該儀器的硬件框圖如圖1。

圖1　精密分度儀硬件框圖

　　8031單片機是將中央處理器(CPU)、隨機存貯器(RAM)、定時器/計數器、并行及串行I/O口集成在一塊芯片上做成的計算機，它具有較強的通用性，又具有相當的專用性，適合于各種控制系統。片內設有多個I/O接口，便于系統擴展及信息交換，片內還帶有定時器/計數器。8031單片機內沒有程序存貯器，需外部擴展一片程序存貯器EPROM2732。單片機的系統擴展是通過單片機片外引腳進行的。8031單片機片外有40個引腳，其中VCC(40腳)和VSS(20腳)分別接+5V電源和地。XTAL1(19腳)和XTAL2(18腳)分別接晶振的兩端。RST/VPP(19腳)用于單片機的上電復位或掉電保護。ALE/PROG(30腳)為地址鎖存器74LS373的鎖存允許信號。PSEN(29腳)是在訪問片外程序存貯器EPROM2732時輸出負脈沖作為程序存貯器的讀選通信號。EA/VPD(引腳)在8031單片機中必須接地或接低電平。P0．0～P0．7(39腳～32腳)稱為P0口，在訪問外部程序存貯器EPROM2732時作為地址/數據復用口，它分時提供8位地址線和8位雙向數據總線。P2口的P2．0～P2．3用作外部程序存貯器EPROM2732的高四位地址總線。P2口的P2．4～P2．7用作譯碼器的輸入端。P1口的P1．0腳用作脈沖信號的發出端。P1．3和P1．4用于控制AD7574。　　
　　8031單片機同普通數字計算機一樣只能處理數字量而不能直接處理模擬量，所以必須進行A/D、D/A轉換。前者供8031單片機處理，后者用以控制或驅動執行機構。為了確保轉換結果的準確性，A/D、D/A轉換必須達到足夠的精度；當處理快速檢測過程時，還要保證足夠的速度。在該儀器中，AD7574是用來完成A/D轉換的。各種型號的A/D轉換芯片均設有數據輸出引腳、啟動引腳、轉換結束引腳等。8031單片機擴展A/D轉換器就是要處理好上述引腳與CPU之間的硬件連接。此外，在SJF-01型數字式精密分度儀中，還選用了LF398作為采樣保持器，AD7502作模擬開關，AD581作基準穩壓源，UA1489作電平轉換器，74LS04作反向器，8282作驅動器等外圍輔助電路。
3.3　軟件結構
　　該儀器的軟件程序采用的是匯編語言，程序執行速度快，節省存貯空間。采用助記符和標號地址為程序的編寫提供了方便，不必記憶指令的機器碼，也不必在編寫程序時進行地址計算。軟件框圖如圖2所示。

圖2　精密分度儀軟件框圖

4　結論
　　哈爾濱電機有限責任公司的定子車鏜床經過數顯改造后，操作者工作起來十分方便，只需按電動開關，儀器上就會顯示出軸角分度，達到要求后，即可定位鉆孔。改造后的機床加工一臺機座比以前提前了4～5天，節約了人力，縮短了工期，降低了產品成本，提高了經濟效益，初步實現了機床的自動化控制。由于該儀器采用的是8031單片機作中央處理器且采樣是通過同軸對裝兩臺絕對式軸角編碼器來完成信號的采集的，其精度和可靠性比其它數顯儀器要高。