技术

1　引言

　　在数控机床中，手动操作面板总是必不可少的，其特点是1.有些输入量是互斥的，不允许误操作，由机械的互锁关系来保证要求；2.键的通/断用电平触发不同状态，而不是用沿触发不同状态；3.允许多个状态同时输入并可靠地做出相应的反应；4.能对设备当前状态进行必要的提示，如使用信号灯、发光二级管或液晶显示屏。现有的设计大多将手动操作面板的输入/输出作为开关量I/O的一部分，统一由一台内置的或外置的可编程控制器(PLC)进行控制。数控机床生产厂家根据自己机床的工艺特点，购买数控系统，经过二次开发，形成工艺性能和操作互不相同的数控机床产品。二次开发的工作量绝大部分在于开关量I/O的设计，而其中又有60%以上的工作是根据工艺性能与操作设计手动操作面板［1］。事实上，手动操作面板的输入/输出仅仅是控制信号开关量I/O，对其驱动能力的要求很低，是一类特殊的数控机床开关量I/O。如果将手动操作面板的输入/输出与数控机床其它开关量I/O不加以区别，会大大增加数控系统二次开发的工作量，数控机床手动操作面板无法标准化和模块化，其经济性也会受到很大影响。
　　本文提出了一种基于89C51/52单片机的数控机床面板智能处理单元，该处理单元通过标准串口与数控系统交换信息，可以显示数控机床的基本状态和对其进行手动操作。该工作是国家863计划“PC外设型完备数字机床及其关键技术研究”的一部分研究内容，已经用于三坐标数控铣床。

2　工作原理

　　89C51/52单片机具有片内ROM、16位计数和标准串口［2］。在89C51/52单片机构成数控机床面板智能处理单元中，一般不需要外部扩展ROM和RAM，单片机I/O口的一位对应一个输入/输出量，若单片机I/O口不够，可以进行扩展。单片机以定时中断检测输入，一旦发现输入电平变化，就将其对应的新状态由串口发送给数控系统。另一方面，数控系统通过串口将需要显示的信息发送给单片机。由于采用了串行通信，数控系统与面板智能处理单元的接口是标准的，操作面板的信息处理基本上不占用数控系统CPU的时间，而且面板智能处理单元本身成为一个标准化模块。图1为数控铣床面板智能处理单元的原理图。图中，数控铣床手动操作面板的输入/输出信息大致有以下几类：

                                                                                  图1　数控铣床面板智能处理单元原理图

　　1)工作方式选择：手动/自动/回原点
　　2)单步进给量选择
　　3)连续进给速度选择
　　4)进给速度倍率选择
　　5)进给坐标选择
　　6)主轴电机、泵、电磁离合制动器等的通/断控制
　　7)急停
　　8)暂停及显示
　　9)进给坐标超行程显示
　　10)故障显示
　　其中，工作方式、单步进给量和连续进给速度等的选择与进给速度倍率选择分别用转换开关1和转换开关2在不同状态间切换。同一个转换开关控制的状态具有机械互锁，可以避免由于误操作同时接通两个或两个以上具有互锁关系的状态。图1中其余的输入/输出量均由单片机的I/O口直接控制，可保证多个状态同时可靠地输入/输出。

3　系统软件

　　89C51/52单片机数控机床面板智能处理单元上电复位初始化后，进入中断工作状态，允许定时中断和串行中断。在定时中断中，将检测输入状态有无变化，并将变化了的输入状态由串口发送到数控系统；数控系统需要由手动操作面板显示的信息从串口发送给单片机，并由单片机串行中断服务程序作出相应的处理，其程序框图如图2所示，其中图2(a)为主程序框图，图2(b)为定时中断服务程序框图，图2(c)为串行中断服务程序框图。

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