郭 烽，敖 陽，夏筱筠，劉月和

（1.中航工業(yè)沈陽黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī) (集團(tuán))有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽 110042；2.中國科學(xué)院沈陽計(jì)算技術(shù)研究所有限公司, 遼寧 沈陽 110168）

目前我國機(jī)床數(shù)控化率很低，多數(shù)人注重?cái)?shù)控精度的提高，而忽視其配套裝置的輔助作用，由于用戶在5軸運(yùn)動(dòng)操作控制及多種激光設(shè)備開關(guān)控制的接口技術(shù)方面存在空白，導(dǎo)致人機(jī)配合的工作效率較低，影響了制造業(yè)的發(fā)展。

為此，研制三維激光控制器手持操作站作為數(shù)控機(jī)床的配套裝置，提供對數(shù)控機(jī)床進(jìn)行手持操作的用戶接口。此配套裝置是專門針對激光數(shù)控切割機(jī)設(shè)計(jì)的三維激光手持終端控制裝置，在顯示CNC工作狀態(tài)的同時(shí)把操作者的意愿傳達(dá)給CNC，從而實(shí)現(xiàn)對機(jī)床運(yùn)動(dòng)及其加工過程的控制。三維表面的切割一般需要五軸聯(lián)動(dòng)，激光束的姿態(tài)對于三維激光切割的質(zhì)量有著重要的影響操控，而且零件加工往往有特定的形狀且不規(guī)則，為更好地解決以上問題所開發(fā)的三維激光控制器手持操作站可滿足需求。

一、手持站外觀

殼體為鋁制，操作界面上有開機(jī)鑰匙、設(shè)備急停開關(guān)、操作鍵盤、手搖脈沖編碼發(fā)生器等。顯示由3個(gè)狀態(tài)顯示燈和LED多點(diǎn)數(shù)碼顯示燈等組成(圖1)。通過手持站，可以對三維激光切割機(jī)進(jìn)行手動(dòng)控制并實(shí)時(shí)監(jiān)控切割機(jī)的工作狀態(tài)。

圖1 三維激光手持站的外觀結(jié)構(gòu)

二、手持站控制電路

本設(shè)備采用單片機(jī)(89C51)作CPU，控制電路如圖2所示。其中由單片機(jī)P0口組成了3對20鍵(4×5)鍵盤掃描電路；由單片機(jī)的P1口組成了多點(diǎn)點(diǎn)陣LED數(shù)碼顯示，顯示LED點(diǎn)陣為5×8點(diǎn)陣構(gòu)成，可完成0~9數(shù)碼與A、B……X、Y、Z等34字符顯示；P2口同時(shí)控制蜂鳴器、告警和3種狀態(tài)顯示；單片機(jī)的P3口完成單片機(jī)通信(RS232)；手搖脈沖發(fā)生器、急停和鑰匙開關(guān)直接控制激光數(shù)控設(shè)備的CNC系統(tǒng)。

圖2 三維激光手持站的控制電路

三、手持站供電系統(tǒng)

本設(shè)備的供電系統(tǒng)直接使用CNC系統(tǒng)提供的+5V電源，電源有過壓和欠壓檢測電路，指向脈沖整形系統(tǒng)，脈沖發(fā)生器對CPU進(jìn)行復(fù)位并發(fā)出警告，電源告警示意圖如圖3所示。

圖3 電源告警示意圖

四、手持站的鍵盤掃描電路

由單片機(jī)P0口的P00—P07與P1口的P10完成CPU對鍵盤輸入的掃描。如圖4所示的鍵盤掃描電路，以20ms的掃描速度對鍵盤進(jìn)行掃描。掃描程序中設(shè)有防抖動(dòng)的功能程序，系統(tǒng)操作有糾錯(cuò)功能。當(dāng)掃描電路掃描到按鍵輸入時(shí)，會把輸入的字符通過RS232送入到CNC主機(jī)，得到CNC的確認(rèn)后轉(zhuǎn)回來確認(rèn)。確認(rèn)后，手持站的點(diǎn)陣LED顯示出按鍵字符，否則不予以顯示和操作處理。

圖4 鍵盤掃描電路

五、手持站的復(fù)位電路

采用3HA4095的4位比較器做電源檢測電路(圖5)。

U4-1做4.5V檢測，U4-2做5.5V檢測，U3-1為單穩(wěn)電路。當(dāng)其中任何一個(gè)電路發(fā)生警告時(shí)，則由單穩(wěn)電路發(fā)出一個(gè)高脈沖復(fù)位脈沖，脈沖時(shí)寬約為10ms，使CPU單片機(jī)重新開始工作，同時(shí)觸發(fā)另一半單穩(wěn)電路，脈沖時(shí)寬約為1s，發(fā)出1s時(shí)寬蜂鳴告警。告警電路除由高低電平告警控制外，還由CPU單片機(jī)控制，由CPU的P17完成。CPU單片機(jī)控制的告警電路如圖6所示。其中，單穩(wěn)脈沖完成1s時(shí)長的告警，CPU的P17口完成輸入按鍵提醒的0.5s蜂鳴。當(dāng)發(fā)出時(shí)長為0.5s蜂鳴時(shí)，說明有按鍵成功按下。

圖6 CPU單片機(jī)控制的告警電路

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