單片機控制系統在電火花機床的應用

1 引言
目前在油泵油嘴行業中，傳統的油嘴加工，多數依靠個人技能所決定的手工操作，產品質量不穩定，生產效率低，勞動強度大，廢品率高。
本系統是對一種電火花機床設計的，采用負極放電方式即采用黃銅對工件的放電達到加工目的。通過試驗得到黃銅對工件的耗損比值，用程序控制所需要的加工深度，加工出來的油嘴座面完全符合要求，提高了加工速度，保證了加工精度，完全取代了傳統的風磨加工。
2 設計思想
根據油嘴加工工藝及加工工件的參數，由步進電機驅動電極移動，要準確地自動實時采樣，，改變步進電機的工作頻率，以控制步進電機的進給量，為了符合油嘴的座面要求，在加工過程中，根據試驗得到的耗損比值，利用查表法編程方法來對電極進行實時修正，這是控制砂輪電機完成的。根據不同的粗坯工件的加工深度，采取相應的頻率以及控制運行的步數。其工序順序控制邏輯包括：
（1）快速趨進：為了提高工作效率，在工件安裝好后，步進電機必須快速趨進被加工工件的表面。
（2）快速退回：當加工完預置的加工量后，步進電機必須退回到初始位置。
（3）粗磨：對于加工尺寸大的毛坯，為了提高工作效率，可選擇單獨進行粗加工，粗加工時，步進電機以粗磨速度進給，同時通過改變放電電壓，切換放電電容，控制放電火花，放電快，提高加工速度。
（4）精磨：當加工尺寸較小，為了保證座面的角度和光潔度，采用精磨的方式，精磨時，放電火花小，加工電壓低，這也是通過軟件控制繼電器切換加工電壓和放電電容實現。
（5）粗精磨：本系統可進行粗精磨加工一次完成。在開始加工時采用粗磨，當加工到一定范圍以內（如3絲），系統自動轉換為加工，這樣既提高了加工速度，又保證了精度和光潔度。系統在兩種加工方式下能控制火花放電量。
我們選用三相拍步進電機（45BF3）作為電極的進給驅動部件。被控制的步進電機有正轉（進刀）、反轉（退刀）和停轉三種基本工作方式，正反轉又各有不同的運行頻率（即進刀或退刀速度）要求，進刀、退刀速度是根據軟件進行調整的。當步進電機三相繞組按A→AB→B→BC→C→CA→A的順序得電，就可實現正轉，反之，若按A→AC→C→BC→B→AB→A的順序得電，就可實現反轉，若輸出狀態始終保持不變，電機也就停止了運行，利用8031的P1口的P1．0、P1．1、P1．2控制電機的三相繞組，達到控制其運行方式。
在加工過程中，同時要控制加工電壓、切換放電電容，當修復加工電極時，要切換工件、電機的電壓。這些都是軟件來控制各個繼電器按一定的時序的開、閉實現。
3 系統硬件設計
本系統硬件由四個部分組成，即由8031單片機、2764EPROM以及74LS373組成的基本系統，驅動電路、采樣電路和顯示與鍵盤掃描電路。這里主要介紹基本系統及驅動電路。
3．1基本系統
系統設立了5位顯示器和7個按鍵，顯示器分別顯示加工的模式狀態、設置值、加工剩余量，七個按鍵分別為：啟動、復位、暫停、十位置數位、個位置數位、置數功能鍵、加工模式選擇，當置數按鍵起作用后，可給十位和個數置數，加工模式選擇可選擇粗磨、粗精磨加工方式。在軟件中將1～99絲的加工量根據一定的轉換關系轉換成相應的數據存入一個表中，在加工時根據不同的加工量取相應的表中的數據即可。用串行輸入、并行輸出移位寄存器74LSl64連接LED顯示器與鍵盤。
3．2驅動電路
程序控制8031P1口輸出數據，通過74LS07驅動器使步進電機正、反轉，考慮到本系統在加工過程中高低頻輻射及現場電網波動引起的干擾，因此采用光電隔離。
當P1．0輸出為高電平，則74LS07第1腳輸出為低電平，此時光耦二極管導通，發光三極管也即導通，三極管T也導通，使繞組受到24V的激勵，反之則光隔離，繞組不受電壓激勵。二極管D1起保護作用發光二極管D2指示電機的每相的工作狀態，也為維修帶來方便，同樣可用程序控制P1口其它位輸出。74LS373也可以作為繼電器的控制或為以后擴展控制作用。
4 系統軟件框圖
系統上電復位后，從8000H單元開始執行程序。首先進行系統初始化，然后進行顯示調用和鍵掃描及按鍵處理。當按置數鍵后，可對十位、個位調整設置相應的加工步數，按啟動鍵后，系統啟動定時器中斷，進入加工狀態，加工完成后，顯示其狀態并退刀，電極退回到原位。
根據步進電機正反轉的控制狀態，確定出相應的控制字，然后存入一個表中，在程序中根據加工的狀態取相應的控制字輸出。步進電機的步進步數也是根據步進電機的步進當量和電極的耗損系統來確定相應的控制參數，將1～99絲的控制數存入一表中，在加工時與表中相應的單元進行比較。而步進電機轉速的快慢，可以通過改變定時常數來實現速度的調整。
在設計軟件過程還加進了干擾自動保護措施。在程序運行時，利用8031的定時器跟蹤程序，當程序正常時，定時器不斷得到復位，若由于干擾使程序出錯，定時器便能夠使程序返回到出錯點，從而使程序繼續運行。
5 結束語
本系統已在某油嘴油泵廠投入使用，實踐表明，該系統性能可靠，操作也很方便，給企業帶來了明顯的經濟效益。