|
1 前言 電火花加工與切削加工不同，屬于“非接觸加工”。電火花加工中，隨著放電間隙大小的變化影響電極與工件蝕除量的現(xiàn)象稱為問隙效應(yīng)。電火花加工中放電間隙的大小和狀態(tài)，對加工工藝指標(biāo)有著極其重要的作用。在加工過程中，直接測量兩極間隙的距離是復(fù)雜和無必要的；又因為目前，我國的數(shù)控機(jī)床仍然以工控機(jī)為主，工控機(jī)中提供了大量的ISA插槽；同時，ISA總線具有結(jié)構(gòu)簡單、控制靈活、造價低廉等優(yōu)點(diǎn)。基于以上考慮，本文對線切割機(jī)間隙控制板進(jìn)行了研制。 2 硬件總體設(shè)計 設(shè)計的線切割機(jī)放電間隙控制板的硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。此結(jié)構(gòu)由采樣保持電路模塊、電壓信號比較模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、時序控制模塊、信號處理模塊等部分組成。 
圖1 控制板結(jié)構(gòu)圖 2．1 采樣保持電路 線切割加工中，直接測量電極間隙及其變化是很困難的，都是采用測量與放電間隙成比例關(guān)系的電參數(shù)來間接反映放電間隙的大小。設(shè)計采用間隙平均電壓電路和AD582采樣保持電路來進(jìn)行電壓信號采集，電路原理圖如圖2所示。
圖2 采樣保持電路原理圖 上圖中采用了AD582進(jìn)行采樣保持，AD582是由一個高性能的運(yùn)算放大器、低漏電阻的模擬開關(guān)和一個結(jié)型場效應(yīng)管集成的放大器共同組成。其中8腳為信號輸出端，12腳接信號觸發(fā)端，l腳和9腳為信號輸入端口。根據(jù)其引腳分布可知，當(dāng)12引腳接入高電平時，AD582工作于取樣工作狀態(tài)，這時開關(guān)閉合。取樣結(jié)束時，12腳引入的邏輯電平回到低電平，電路進(jìn)入保持狀態(tài)．這時候開關(guān)斷開。設(shè)計時12腳的觸發(fā)信號由時序控制模塊電路產(chǎn)生。 2．2 A/D轉(zhuǎn)換電路 A/D轉(zhuǎn)換器的選擇對設(shè)計是至關(guān)重要的。選擇合適的A/D轉(zhuǎn)換器才能有效的對間隙進(jìn)行控制。而且A/D轉(zhuǎn)換器接在比較器后，所以此轉(zhuǎn)換器必須為雙極性，而且用一個8位的ADC就足夠了，如果用一個12位的ADC來對它進(jìn)行采樣．增加的分辨率將是多余的。因此，設(shè)計中選用集成逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器AD673。AD673轉(zhuǎn)換器的部分應(yīng)用電路如圖3所示。
圖3 AD673轉(zhuǎn)換器的部分應(yīng)用電路 圖中AD673的引腳AN-IN為模擬信號輸入端，引腳START，DATAENABLE則外接觸發(fā)器74LS123，由觸發(fā)器來控制A/D轉(zhuǎn)換器的工作狀態(tài)。引腳DATAREADY與采樣保持器AD582的引腳IN+連接。保持采樣與轉(zhuǎn)換的一致性。 DATAREADY在AD673轉(zhuǎn)換器開始轉(zhuǎn)換到轉(zhuǎn)換結(jié)束期間是高電平，如圖3中的連接方式，使得AD673轉(zhuǎn)換器在開始轉(zhuǎn)換后AD582能夠維持在保持狀態(tài)；在AD673轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換完成后，DATAREADY變?yōu)榈碗娖剑藭rAD582則進(jìn)入采樣狀態(tài)。A/D轉(zhuǎn)換器的觸發(fā)也是依靠555和74L5123組合電路產(chǎn)生的時鐘信號，這里由12、18、20引腳共同輸入邏輯控制信號。 2．3 D/A轉(zhuǎn)換器的選擇 DAC0832是采用倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)/模轉(zhuǎn)換的一種芯片．這種是D/A轉(zhuǎn)換芯片屬于電流輸出型，如果需要輸出電壓，可以在DAC0832輸出端外接一個運(yùn)算放大器，即可轉(zhuǎn)換為電壓輸出。 DAC0832是雙列直插式8位D/A轉(zhuǎn)換器，能完成數(shù)字量輸入到模擬量(電流)輸出的轉(zhuǎn)換。其主要參數(shù)如下：分辨率為8位，轉(zhuǎn)換時間為1s，滿量程誤差為1LSB，參考電壓為(+lO - -10)V，供電電源為(+5 - +15)V，邏輯電平輸入與TTL兼容。DAC0832中有兩級鎖存器，第一級鎖存器稱為輸入寄存器，它的允許鎖存信號為ILE，第二級鎖存器稱為DAC寄存器，它的鎖存信號也稱為通道控制信號XFER。 DAC0832可處于三種不同的工作方式：直通方式、單緩沖方式、雙緩沖方式。本控制板讓其工作于直通方式。其部分程序如下： MOVE R0，#DATA ；建立數(shù)據(jù)存放地址指針 MOVE DPTR,**** ；建立D/A地址指針、 MOVE A，@R0 ； MOVE @DPTR A ；向D/A傳送轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù) 2．4 基于ISA總線電路板的ISA總線分析 基準(zhǔn)電壓信號可以由工控機(jī)輸入經(jīng)過ISA總線再通過D/A轉(zhuǎn)換等電路產(chǎn)生。所以，這里有必要對ISA總線進(jìn)行分析。 間隙控制板是基于ISA總線的，將其接入PC以后就要占據(jù)一些I/O空間，為了不使計算機(jī)系統(tǒng)發(fā)生地址沖突而導(dǎo)致死機(jī)等現(xiàn)象，因此，必須了解PC內(nèi)部相關(guān)的I/O空間信息．例如哪些端口是計算機(jī)制造廠商為今后開發(fā)而保留的，哪些地址已分配給其他設(shè)備，哪些端口地址是空閑的。這些信息對于開發(fā)接口程序是十分必要的。 PC系列微機(jī)中，ISA總線支持的端口數(shù)目是1024個，其有效地址譯碼是A0-A9這10根地址線來表示I/O空間，其范圍是從000H-3FFH，其中前512個地址(000H-1FFH)被主板上的I/0接口使用，其余的512個地址(200H-3FFH)被插在計算機(jī)擴(kuò)展槽中的I/0通道使用，其中還有部分被通用外部設(shè)備使用。 在設(shè)計控制板時，凡是被PC系統(tǒng)占用了的端口地址都不能使用；對于計算機(jī)廠商聲明的保留地址，為了避免發(fā)生I/O端口地址重疊或沖突，也盡量不使用。因此，端口選擇只能選用沒有使用過的地址，通常可以使用300H-31FH這段地址，這是PC系列微機(jī)留作實(shí)驗卡用的地址。因此，我們選用300H作為控制卡的基地址。在控制板設(shè)計中，根據(jù)實(shí)際需要，用到的部分信號線有： * DO-D7 系統(tǒng)雙向總線信號； * A0-A19 系統(tǒng)地址總線信號； * AEN 地址允許信號； * XFER I/O讀命令信號； * IOW I/O寫命令信號。 設(shè)計中，ISA總線接D/A轉(zhuǎn)換器提供基準(zhǔn)信號電壓，同時為控制系統(tǒng)產(chǎn)生各種控制信號等，不過電路中采用的雙向三態(tài)數(shù)據(jù)緩沖器74LS245等的片選信號均由可編程邏輯器件GALl6V8產(chǎn)生。 3 間隙狀態(tài)控制程序 3．1 主程序結(jié)構(gòu) 主程序中程序初始化后等待中斷，中斷響應(yīng)后即可初始化各個參數(shù)和電壓給定值，初始化啟動采樣，然后在原地等待定時器中斷響應(yīng)，執(zhí)行相應(yīng)的中斷服務(wù)程序。這部分程序主要用匯編語言編寫，匯編語言與C語言相比，被編譯后代碼很小，編程簡潔，運(yùn)行速度比C語言快得多。 3．2 程序的初始化 在軟件初始化的過程中，首先要關(guān)中斷，斷絕外部因素的影響： SETB P3.2 SETB P3.3 設(shè)置各種標(biāo)志位，如： MOV 42H，#00H ；O表示停止，1表示進(jìn)給分配存儲空間，并對存儲空間清零，如： MOV 61H，#00H ；存儲本次轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù) MOV 62H，#00H ；存儲前一次轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù) ...... MOV 65H，#00H ；存儲平均值 然后對定時和中斷方式的初始化，如本系統(tǒng)中： MOV TMOD．#1lH MOV 1E． #8AH 針對數(shù)據(jù)處理的其它一些設(shè)定： MOV 50H．#80H MOV 5lH. #00H 讀入各種設(shè)定基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，如間隙加工過程中電壓數(shù)值的大小，進(jìn)給速度高低，啟動間隙信號采樣與MD轉(zhuǎn)換。 4 結(jié)束語 本文介紹的基于ISA總線線切割間隙控制板，數(shù)據(jù)采集通過ISA總線插入工控機(jī)，即插即用，通過硬件電路設(shè)計采取相應(yīng)措施．使得抗干擾能力強(qiáng)。在對本控制板所做的初步實(shí)驗中，加工過程穩(wěn)定，其結(jié)構(gòu)合理，性能可靠，且系統(tǒng)控制精度達(dá)到了實(shí)際加工的要求。 本文作者創(chuàng)新點(diǎn)：線切割技術(shù)在特種加工領(lǐng)域占有重要的地位。我國自主研發(fā)的高速線切割技術(shù)已經(jīng)成熟，但是由于其加工精度不高應(yīng)用受到限制；低速線切割由于其加工精度高而在各領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。但是國內(nèi)在低速線切割技術(shù)方面還不成熟，控制精度不高，尤其放電加工間隙狀態(tài)的實(shí)時控制始終是一大難題。本課題對基于ISA的線切割間隙控制板的設(shè)計，能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時控制，同時控制精度得到了提高，降低成本，面向工業(yè)現(xiàn)場，在應(yīng)用領(lǐng)域有所創(chuàng)新。 作者：羅麗萍，周慶龍 來源：《微計算機(jī)信息》(嵌入式與SOC)2009年第1-2期 |
