一种新型数控钻床产品的实现

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摘要：通常的普通钻床钻孔的精度和效率受工人的熟练和疲劳程度等人力因素影响较大，要想达到高精度和高效率就十分不容易。基于此问题，开发了新型数控钻床，它可以按照输入的进刀曲线连续工作，始终保持高精度和高效率。本作品通过单片机控制步进电机，实现对印刷电路板的精确定位和自动钻孔，例如对电视机的主控制板进行钻孔。

关键词：单片机技术；C语言编程；步进电机

中图分类号：TP27 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 (2012) 06-0183-01

一、现状背景

单片机无疑是现代电子技术中一颗璀璨的明星，它不断地更新着人类的生产、生活方式。成为推动社会进步、经济发展的重要元素。单片机以革命性的姿态应用于工业测控系统，同时又广泛应用于家用电器、机电一体化以及仪器仪表行业等领域。单片机重要的意义在于，单片机的应有已经从根本上改变了传统的控制系统设计思路和设计方法。此数控钻床就是从这一点考虑出发而制作的。在平时的电路板制作过程中，都要对做好的电路板进行钻孔，而由于人为因素影响较大，在钻孔时不能保证钻孔质量。基于此问题我们制作了数控钻床，缩短产品开发周期。

通常的普通钻床钻孔的精度和效率受工人的熟练和疲劳程度等人力因素影响较大，要想达到高精度和高效率就十分不容易。因此针对此问题，研究了新型数控钻床，它可以按照输入的进刀曲线连续工作，始终保持高精度和高效率。

二、功能介绍

1.人性化的操作界面：钻床仅仅只有五个按键，操作简单，一目了然，非常方便。

2.采用AT89C52单片机技术，充分发挥其自身优势，很好的实现了数字自动化的控制、精确计算坐标、高速采集信号以及与PC机通信等多种功能。

3.此数控钻床可以和计算机进行通信。当钻床接收到来自计算机制版的命令后，通过单片机相应的处理，自动找到个各点的坐标，进行钻孔；大大的提高了精度和效率。

4.此钻床外加了一片存储器（AT28C64），可以进行程序的存储。如：在其中存储了“欢迎光临”四个字的程序，只要按下“确定”键，数控钻床就开始演示。

5.在电机驱动方式上，采用串行输入并行输出的方法，大大节约了单片机I/O口的使用。运用两片595控制三个电机的旋转。

6.在丝杠的尽头，我们加了三个SHARP的红外线探头，用以防止电机转过限定范围。

三、系统硬件介绍

数控钻床以单片机（SST89C58）技术为核心，采用AT89C52单片机技术，充分发挥其自身优势，很好的实现了数字自动化的控制、精确计算坐标、高速采集信号以及与PC机通信等多种功能。

（一）驱动电路

驱动部分用了3块STA401A，能够很好的驱动电机。在电机的控制方面，用了2片595来进行控制，由于595时传入并出，所以占用很少的I/O口，对硬件电路的设计带来了很大的方便。

（二）主控制电路

主控制电路的核心由单片机（AT89C52）构成。使用高性能单片机（AT89C52）实现对外部控制信号采样、处理，经过自身所编程序的计算和对误差的弥补计算来控制步进电机的转向和旋转角度等功能。从而使钻头到达指定位置。

（三）串口电路

串口电路主要用于单片机与计算机之间的通信。MAX202用于单片机与计算机之间的通信，其只要是转换高底电平，由于计算机默认的高电平为15V，而单片机的高电平为5V，它们之间是无法直接进行通信的，所以要进行电平转换。主要应用于在与计算机通信进行大量钻孔，例如：对印刷电路板的钻孔。

（四）稳压电路

稳压电路主要是为单片机和电机以及电钻提供稳定的电压。

四、系统软件设计

单片机程序采用C语音编写，主要程序片段如下：

void volatile main(void) //主函数

{

unsigned int k；

init_serialcomm()； //初始化串口

P1=0xc7；P3=P3&0xff； //x、y、z、轴步进电机不受电，钻孔电机不受电

send_string_com(welcome)；

push_key()； //手动

while(!read_flag)； //等待接收标志置位

read_flag=0； //取数标志清0

addr_z_new=160； //z轴抬高

drill(addr_z_new-addr_z_old，150)； //钻孔程序，参数：行程坐标，延时时间

addr_z_old=addr_z_new；

send_char_com(''\n'')；

for(k=0；inbuf1[k]!=''%''；k++)；//找到轨迹程序开始点标志''%''

k+=3； //避开这三个字符''%''，''0x0d''，''0x0a''

while(1) //程序结束以后的等待

{

switch(inbuf1[k])

{

}

五、基本工作流程

数控钻床基本工作流程：

1.开机。

2.系统初始化。

3.将钻头对准坐标的原点。

4.调整好钻头高度。

5.等待计算机发送钻孔指令及数据。

6.开始钻孔。

六、结束

此数控钻床运行稳定，可以单独使用。设计应用了单片机技术，很好地实现了精确与高速钻孔的功能，具有一定技术水平。此数控钻床市场前景广阔。

参考文献：

[1]谭浩强.C程序设计[M].北京:清华大学出版社,2010

[2]崔学红,梁宝英.机械设计基础[M].北京:机械工业出版社,2010

[3]李广弟,朱月秀,冷祖祁.北京:北京航天航空大学出版社,2007

数控车削零件加工工艺设