3軸數控系統采用適合實時控制的MCS-51系列單片機為控制器,實現了對3 個坐標軸機械系統的控制。設計了數控系統的硬件和軟件,給出了系統的硬件及軟件設計框圖。該數控系統以低廉的價格實現了中檔數控系統的加工精度, 具有較好的推廣應用前景。

　　數控機床很好地解決了現代機械制造中加工對象精密、結構復雜、品種多、批量小等問題。且產品加工質量穩定,生產效率大幅度提高。

　　目前市場上的中、高檔數控系統都以PC機(工控機) 作為控制平臺來實現伺服電機的驅動控制。這種方式性能固然優良,但價格昂貴。近年來,經濟型數控系統采用適合現場實時控制和數據采集的單片機作為控制器,以控制靈活、可靠性高的步進電機進行驅動,具有結構簡單、工作性能穩定、性價比高等優點。筆者在此基礎上,設計實現了能夠用于鏜銑床的3 軸經濟型數控系統。

1 機械系統的組成

　　采用MCS-51系列單片機組成控制系統,由功率步進電機經一級齒輪減速后驅動X、Y、Z三軸。進給傳動系統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XY方向的進給運動。主軸能夠沿著立柱運動,實現Z方向的進給運動。

2 數控系統的硬件電路

　　MCS-51是一種8位單片機,其指令系統功能強、硬件資源豐富、可擴展性好。

　　采用8031單片機為控制器,擴展1 片程序存儲器2764用于存放系統程序和固定參數;擴展1 片數據存儲器6264 用于存放數據; 選用1 片可編程并行I/O接口芯片8255A 作為系統擴展的I/O口,對X、Y、Z3軸步進電機及主軸進行控制;另擴展1 片8255B 作為機床開關量、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;為使系統地址統一,采用74LS138 譯碼器對系統所擴展的芯片進行譯碼尋址,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對各軸步進電機進行環形分配,其指令信號經光電隔離和功率放大后驅動各軸。

3 數控系統軟件設計

　　本單片機系統軟件采用模塊化設計,主要包括主模塊、子程序模塊和中斷處理模塊等。主模塊即系統管理程序,開機后即執行該程序。主模塊的功能為:初始化和鍵盤監控。其中初始化包括8255I/O接口初始化,8279 初始化,單片機T0/T1定時器/計數器初始化,鍵盤數據區、顯示緩沖區初始化,各種軟件標志初始化,開、中斷等處理。監控主要判別是否有功能鍵按下,若有則根據功能鍵調用相應的子程序模塊。

　如編輯子程序模塊、空運行子程序模塊、自動運行子程序模塊、手動進給子程序模塊、回零子程序模塊等等。

4 結論

　　3軸經濟型數控系統采用MCS-51單片機作為控制器,與基于工控機組成的數控系統相比,系統造價低廉,性能穩定。由于受到數據寬度的限制,運算速度相對于工控機慢一些,可通過采用16 位的單片機解決。此單片機控制的數控系統以低廉的價格實現了中高檔數控系統的加工精度,符合國情,具有較好的推廣應用前景。