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中心孔加工专用机床控制系统数控化设计

作者：周文彬

来源：《科学与财富》2015年第34期

【摘 要】轴中心孔加工专用机床数控化设计，可以满足大批量生产需要，有效地提高劳动生产率，降低操作人员的劳动强度，保证加工质量。本文利用PCI总线技术，将加工信号采集到普通微型计算机中，并对采集的数据进行处理，经过输出数据控制步进电机带动拖板运动，从而自动控制中心孔的加工深度。

【关键词】中心孔加工 信号处理 PCI总线 接口电路 程序设计

根据基准先行原则，加工轴的端面和中心孔成为轴类零件加工的第一道工序。对于中小批量在普通车床上加工中心孔时，由于是两次安装，两次定位夹紧，存在生产效率低、对工人的技术水平要求比较高、中心孔的精度难以保证等问题。

本文利用PCI总线技术，进行轴中心孔加工专用机床数控化设计，实现中心孔加工深度的自动控制。

1.控制系统硬件设计

根据上述机械结构设计方案，控制系统采用PCI总线，将数据直接采集到计算机进行处理，与采用单片机相比[1]，抗干扰能力大大增强，工作框架原理如图1所示。

该控制系统主要功能分为三部分：计算机得到软件系统指令后，发出信号经过光电耦合，信号放大使电磁阀得电，驱动操纵油缸推动夹具夹紧工件。计算机得到工件已经夹紧反馈信号后发出指令驱动步进电机转动。步进电机转动，当计算机检测刀具与工件接触信号，相应中断，按照控制轴类零件中心孔加工深度经换算需要步进电机转过的步数进给。 2.控制系统软件设计

由于控制系统采用的以PC机作为主CPU。在硬件上，通过PC机上的PCI扩展槽来实现数据传递。因此，需要在软件上，通过虚拟设备驱动程序（VXD）来管理和控制硬件中断。软件系统从整体上分为两大部分： PC机上Windows应用程序（Win32）及虚拟设备驱动程序（VXD）。

（1）工作过程描述

从应用程序界面上按动“合夹具”按钮，PCI总线得到响应后，发出脉冲，向PCI9052发出一个信号，这个信号经光电耦合、信号放大驱动电磁阀闭合，使液压油缸控制夹具夹紧工件。得到夹具夹紧工件的反馈信号后，从应用程序界面上按动“启动”按钮，控制系统再发出步进脉

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冲，步进电机带动拖板运行，当运行至工件碰到刀具的一瞬间，传感电路输出信号到A/D转换模块，启动A/D转换，将检测信号输入到控制系统，控制系统再发出信号驱动步进电机运行相应换算步数后，完成一端中心孔加工，立即返回运行到另一端，当工件与另一端的刀具相接触再度检测信号，经过相应换算步数处理后，完成工件另一端中心孔深度加工。应用程序发出返回加工原点的指令，步进电机驱动拖板运行至加工原点后停止，按动“开夹具”按钮，启开夹具，取出工件，整个工件中心孔加工过程完成。 （2）应用程序功能及流程图

应用程序主要包括编写控制系统操作界面和控制程序。控制程序设计流程图如图7所示 控制程序应有检测工件是否接触刀具信号、选择步进电机旋转方向、发送步进脉冲、加工中心孔深度所需相应换算步数、控制夹具的启闭等功能。 1）中断处理

要产生PCI中断INTA#，首先将寄存器INTCSR[6]PCI（中断使能位）设置为“1”，如果需要以软件方式产生中断[4]，则只需将INTCSR[7]软件中断位设置为“1”即可，也可以通过设置INTCSR的相关位，使得本地总线上的设备产生中断信号INTi1和INTi2后，PCI9052生成一个中断INTA#，复位后INTCSR的值全为“0”。 2）步数计算

按下式进行中心孔深度所需的步数计算，式中 代表钻孔深度， 代表导程， 代表步进电机的步距角。 3 结束语

上述基于PCI总线的轴类零件中心孔加工专用机床的数控化设计方案，硬件的选择和电路设计合理，软件设计能够读入硬件的数据并响应中断，输出中心孔加工的长度数据，完成整个加工过程，具有经济可行性的特点，并为今后进一步提高设备智能化水平奠定基础。 参考文献：

[1] 严建华，郭烈恩..一种基于微机与单片机的步进电机控制系统.机械工程与自动化.2007.1

[2] 袁志刚，宁百齐.基于A/D芯片AD1674设计的数据采集电路.电子技术应用.2001.10 [3] 李贵山.局部总线开发者指南.西安电子科技大学出版社.1997

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[4] 何瑾，张烨君.基于PCI总线的数据采集卡的设计.现代电子技术2006.17 作者简介：

周文彬（1966.8--），男，汉族，山东文登人，教授，硕士，主要从事机电设备研究与教学工作