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使用单片机提高普车加工精度的探索 淮阴区职教中心 巩小六 摘要:随着新技术革命的发展,对于车床加工精度的要求不断提高，本文探索了在加工细长轴时单片机的使用。用误差的数学模型及其补偿实现方式.论述采用的MCS-51(8051)单片机的功能和作为终端的步进电机的运作方式.设计采用Intel8279芯片连接单片机和键盘/显示器的硬件接口电路.并基于系统需要设计误差补偿程序,步进电机控制程序和键盘/显示程序.对其由于中断引起的运行可靠性,和系统抗干扰问题也进行了分析并提出了解决方法. 关键词:误差补偿、 单片机、 Intel8279、 软件设对其受力分析，如下图所示： P为刀具的径向切削力，Ra,Rb分别为P在该细长轴两端A，B产生的反力。由于B端在XAY面内仅受垂直于X轴向的力Rb，所以，有顶针的B端可简化为一绞链。a为刀具至A端的距离，L为该细长轴加工部分的总长。M为在P和Rb作用下，该轴的弯距。 1.1．由于弯曲变形很小，材料服从胡克定律，故与外力成线性关系。所以，该模型可以应用弯曲变形的叠加法。即有： M=M(p)+M(Rb) M(p)为径向切削力P在A端单独产生的弯距； M(Rb)为支反力Rb在A端单独产生的弯距； 1.2 当仅作用P力时，如下图所示： 有v/= Mp/EI=/ ∴Mp= EI 1.3.当仅作用Rb时,如下图所示: 同理于1.2,也有截面转角就是y轴与挠曲线法线的夹角,即x 轴与挠曲线切线的夹角.且转角非常小. ∴可得/=/EI ∴=EI 1.4.总挠度等于单独作用力P和单独作用力Rb产生的挠度的代数和. 当单独作用力P时，得挠曲线方程为:=px/6－PLx/2－a)=(3L－a )/6EI ( I )b时，有=Px =－RbL/3EI ( II ) 此即为Rb单独作用时在轴上产生的挠度 1.5下面计算力Rb和P的关系: 因为B点挠度为零,即=()+()，所加工轴在为实心时,I=D/32(D为轴的直径)；所加工轴在为空心时,I=D( D－d)/32(D为轴的外直径, d为轴的内直径)。 由此可见,加工轴的误差与轴所受的力P,轴的长度L,刀具离A端的距离a,轴的材料弹性模量E和轴的直径D(空心轴时还有内径d)有关。 2.数学模型在系统应用方面的实现. 这里论述的是将挠度曲线方程和系统联系起来的问题.首先要说得是,在加工细长轴时,车刀是受步进电机控制的.而步进电机是一种能把输出机械位移增量和输出数字脉冲对应的驱动器件.所以,车刀在加工细长轴时在轴上某点的位移为:x=0.005N(0.005为步进电机的横向脉冲当量;N为步进电机行进的步数). 因此,该挠度曲线方程就可以转化为一个关于 x的函数(x为车刀的位移)=f( x ) 而加工细长轴时的变形的主要表现为拱鼓现象. ∴v= （1）v0时,表示为车刀纵向进刀; （2）v0时,表示为车刀纵向退刀; 而补偿量又可表示为:N=v/0.01(步进电机纵向脉冲当量为0.01) 这样,就把误差补偿量转化为步进电机的脉冲个数.然后步进电机发出脉冲信号控制车刀进行误差补偿,这样就实现了本设计的目的.这部分的流程图如下: 二.硬件系统设计: 2.1 MCS-51(8051)单片机MCS-51单片机是美国INTE公司于1980年推出的产品指令数达 111条，MCS-51单片机可以算是相当成功的产品.MCS-51系列或其兼容的单片机仍是应用的主流产品.MCS-51系列单片机主要包括8031、8051和8751等通用产品.MCS-51把微型计算机的主要部件都集成在一块心片上，使得数据传送距离大大缩短，可靠性更高，运行速度更块。由于属于芯片化的微型计算机，各功能部件在芯片中的布局和结构达最优化，抗干扰能力加强，工作亦相对稳定。因此，在工业测控系统中，使用单片机是最理想的选择。单片机属于典型的嵌入式系统，所以它是低端控制系统最佳器件。图中8051单片机与接口芯片8279连接.8279控制键盘输入和LED显示.键盘用于输入加工参数,LED用于显示当前的加工信息.由于某些加工参数非常重要,为了防止意外掉电时的数据丢失,系统中使用自带电池RAM.每次加工参数改变后程序自动将当前的加工参数及其他工作信息存入RAM.这样掉电或关机,系统当前的加工参数可以保留,在下次开机时自动读入. 步进电机的运行是由脉冲信号控制的，步进电机在脉冲信号的有效沿到来的时刻移动一个步距角，驱动器的有效沿是指：脉冲信号电流由小到大的时刻，或者说脉冲电平由低到高的时刻. 2.3系统中用8279做键盘/显示器接口的电路设计 以前单片机直接用I/O接口连接键盘/显示器,这样就家重了CPU的负担.8279是一种通用的可编程键盘和显示器接口器件,它能对键盘的输入和LED显示自动扫描,从而可以代替C