瓦楞輥是瓦楞紙箱生產線的核心部件， 也是最昂貴、 易損的部件之一， 而瓦楞輥的制造與翻修都離不開瓦楞輥磨床。磨床的加工精度與效率直接影響到瓦楞輥的質量與企業的效益。目前在用的瓦楞輥磨床數控系統主要 分 為兩 類…： 一類 為通 用 數控 系統 如、 S I E ME N S ； 另一類為基于 P C的數控系統。前者性能突出但價格過高， 相對于瓦楞輥磨削工藝而言，其功能、 性能過于冗余 ； 后者功能與性能足夠， 但是其價格對于眾多的中小企業而言依然難以承受。因此，設計開發功能實用、 運行穩定可靠的瓦楞輥磨床經濟型專用數控系統具有重要意義。本文提出了一種基于單片處理器的瓦楞輥磨床經濟型數控系統設計方案，該方案無論是在數控系統成本還是在系統功能／ 性能方面都具有很大的優勢， 適合瓦楞輥磨床的配套改造之用。
數控磨床工藝與電氣結構. 瓦楞輥數控磨床與磨～ i , J - r 藝瓦楞輥數控磨床通常由平面磨床、 龍門刨床或者龍門銑床改造而來， 本文所介紹的瓦楞輥數控磨床采 用了平面磨床 M7 1 5 0的床身結構。它主要保 留了平面磨床的砂輪主軸， 為提高加工精度， 砂輪架的升降控制采用BWS伺服驅動、 減速箱與滾珠絲杠的傳動結構軸， 同時取消了水平滑臺原來的液壓傳動部分， 以交流伺服（ z軸） 代之， 并在此基礎上安裝了數控分度頭軸， 以及用于砂輪修整的金剛滾輪架。平面磨床的其它輔助裝置如床身液壓泵、 主軸油泵、 冷卻水泵基本不變。為簡化數控系統結構， 砂輪主軸電動機、 冷卻水泵、 磨頭伸縮等控制功能單獨實現， 但是對所有電動機的過載保護功能仍然由數控系統實現。
瓦楞輥磨床經濟型數控系統的主要操作功能如下 。
參數設置 通過 8鍵鍵盤設定工藝參數、 工件參數、 機床有效行程和各軸間隙補償值 ；機床回零 點動控制 軸和 z軸運動， 將軸、 z軸位置點動調整到機床坐標零點， 作為磨床加工時的基準位置；工件裝夾 點動控制各軸運動， 實現工件安裝找正；建立工位 點動控制各軸運動， 確定磨床基 本工位， 如分度位、 對刀位、 磨削起刀位、 右出頭位、 砂輪修整位；砂輪修整 確定砂輪的粗修量、 精修量以及修整次數， 并完成正式磨削前的砂輪修整；自動運行 根據設定的工藝參數、 工件參數、工位參數及砂輪修整參數 自動磨削工件， 磨削過程中每條楞的工藝主要包括： 分度一粗磨一砂輪修整一精磨；軟件復位 數控系統熱啟動。
數控系統電氣結構瓦楞輥磨床經濟型數控系統的電氣結構如圖 1 所示。該系統以 A D 1 6 M4測控板為基礎， 實現了瓦楞輥磨床所有電氣測控功能。它不僅包括 L C D顯示與按鍵輸入， 還具有開關量輸入（ D I ） ／ 輸出（ D O） 、 交流伺服電動機位置／ 速度控制等功能。其中， D I 部分主要包括 軸、 軸的雙向行程開關檢測， 軸、 軸、 軸交流伺服狀態報警輸入， 各種功率電動機過載保護等；部分主要包括燈光報警、 聲音報警、 間歇潤滑、 軸與 軸電磁剎車、 軸氣剎車以及金剛輪電動機啟／ ?？刂?。三坐標數控軸選用安川交流伺服系統， 構成半閉環位置控制結構， 其輸入信號設置為 “ 方向 +脈沖”。
數控系統硬件設計瓦楞輥磨床經濟型數控系統 A D1 6 M 4測控板的硬件結構如圖2所示， 主要由主處理器 W7 8 E 5 1 6 、 地址鎖存器 7 4 L S 3 7 3 、 地址譯碼器 7 4 L S 1 3 8 、 主存儲器、 輔存 儲器 N V R A M 2 9 F 0 4 0 、 擴 展端 口和 8 2 5 5 B、 脈沖均分器 A T 8 9 C 2 0 5 1 、 L C D顯示板及鍵盤組成 。
1 數據存儲測控板使用 了兩片數據存儲芯片， 即與 N V R AM 2 9 F 0 4 0 。由于 R A M本身沒有掉電保護功能， 為了實現數據的掉電保護功能， 系統擴展了非易失型存儲器 N V R A M 2 9 F 0 4 0 。主存儲芯片的存儲空間為3 2 k B， 用來存儲變量、 頁面代碼等不需要掉電保護的數據。輔存儲芯片存儲空間為5 1 2 k B， 由硬件劃分的8個存儲扇區， 由主處理器的 P 1 . 4 、 P 1 . 5 、 P 1 . 6引腳選擇扇區。
每個扇區的存儲空間都可以釋放， 通過擦除操作對扇區進行區擦除， 釋放存儲空間。主處理器能夠采用直接尋址方式訪問主存儲器與輔存儲器， 由W7 8 E 5 1 6的. 7引腳控制兩片存儲芯片的選擇與切換。
2 基本輸入輸出主處理器 W7 8 E 5 1 6的 P 1 . 0 、 P 1 . 1 、 P 1 . 2 、 P 1 . 3引腳分別控制 L M G—S S C 2 4 0×6 4點陣 L C D顯示板的片選、 讀寫和使能信號， 通過 8 2 5 5 A的 P A口實現顯示數據輸出， 鍵盤數據以開關量方式輸入到8 2 5 5 A的口； 由8 2 5 5 B的 P B口檢測行程開關、 交流伺服狀態和電動機過載等信息， 其中行程開關應選擇常閉觸點， 所有電動機的熱繼電器的常閉觸點經過串聯后輸入至測控板； 由8 2 5 5 A的P C 7 、 P C 6 、 P C 4引腳分別控制燈光報警、 聲音報警和間歇潤滑， 8 2 5 5 B的 P c口的高 4位～P C 7分別控制 X軸和 軸電磁剎車、 軸氣剎車和金剛輪電動機的通斷。
3 運動控制運動控制的目的在于對運動控制軸的位置／ 速度／加速度的精確控制。當系統采用“ 脈沖 +方向” 輸出時， 既要保證脈沖與方向同步， 還要保證脈沖總數正確、 頻率準確、 頻率變化平緩。此外， 為提高系統可靠性， 位置控制信號 （ 脈沖、 方向） 均采用差分驅動形式輸出。
由于經濟型數控系統采用單片機作為主處理器，其數據處理能力有限， 難以實現較高質量的控制脈沖。
因此， 本系統使用獨立于主處理器的脈沖均分器輸出脈沖， 不但可以提高整個系統的處理速度、 簡化程序設計， 還能夠有效地提高脈沖頻率的控制精度。脈沖均分器采用 A T 8 9 C 2 0 5 1單片機， 實現脈沖均勻輸出。該控制軟件已經完全芯片化。主處理器 W7 8 E 5 1 6 B通過端口擴展 8 2 5 5 B控制系統運行， 8 2 5 5 B的 P A口控制脈沖輸出， P c口的低 4位 P C 0～3控制各軸運動方向。8 2 5 5 B的P A口連接 2片脈沖均分器， 當接收到來自主處理器的中斷信號時， 脈沖均分器讀取 8 2 5 5 B的口的脈沖數并將其均勻輸出。從脈沖均分器輸出的脈沖信號與來 自8 2 5 5 B的P c口的方向信號經差分變換后分別輸出至 軸、 軸、 z軸的伺服驅動器。其中， 軸和 軸的脈沖輸出共用一個 A T 8 9 C 2 0 5 1 ， 當. 7置“ 0 ” 時輸出 軸脈沖， 置“ 1 ” 時輸出 軸脈沖；軸和 軸共用一個 A T 8 9 C 2 0 5 1 ， U軸備用。
數控系統軟件設計瓦楞輥磨床經濟型數控系統軟件采用模塊化程序設計， 主要任務模塊包括按鍵掃描、鍵值分析、伺服電動機控制、行程開關檢測 、交流伺服狀態檢測、電動機過載檢測、燈光報警、聲音報警、間歇潤滑及 L C D顯示。系統軟件的主程序以循環方式掃描上述任務模塊， 當對應的條件滿足時， 該任務被響應并予以處理。
主程序中的鍵盤掃描周期約為 1 0 0 ms ， 過小的掃描間隔難以過濾掉按鍵抖動， 而過大的掃描間隔則可能漏掉按鍵動作。本系統采用定時器 1 1 D實現插補周期的中斷定時， 中斷服務程序主要完成運動控制參數的計算以及脈沖數的輸出。在系統上電后 ， 為防止因上電時電壓波動造成系統初始化錯誤 ， 程序延時 1 0 0 ms 左右。延時完成后， 進行變量初始化、 芯片與硬件端口初始化及輸出狀態初始化。在程序運行過程中， 大概每必須刷新 L C D顯示一次， 以防止 L C D顯示錯誤信息。
系統軟件以多級菜單的形式顯示各操作功能。其主菜單顯示內容為： 參數設置、 機床回零、 工件裝夾、 建立工位、 砂輪修整、 自動運行、 技術支持、 軟件復位。為配合上述操作功能， 系統按鍵采用多重定義方式， 與通用數控系統中的軟鍵設計思想基本一致。與之不同的是本系統沒有專門的數字輸入鍵 ， 而是以軟鍵輸入代替。另外， 系統取消了一般數控系統中的手輪和點動按鈕， 其對應功能由軟鍵結合多速（ 粗調／ 中調／ 細調／微調） 點動按鍵實現。這種“ 以軟代硬” 的實現方式能夠在很大程度上簡化系統硬件結構， 而對系統操作效率影 響極小。
1 數據管理設計數控系統需要保存 的參數 比較多， 如工藝參數磨削量、 粗磨速度、 精磨速度） 、工件參數（ 中高、 楞長、 楞數） 、 邏輯行程保護參數（ 軸、 z軸） 、 機床間隙補償量（ 軸、 z軸、 軸） 以及砂輪修整參數 （ 粗修整量、 精修整量、修整次數） 。此外， 根據工件參數計算得到的中高分布曲線表、 分度角度表也同樣要求實現掉電保護。由于系統采用的是增量式位置控制系統，工位信息則不必實現掉電保護。系統進入參數設置頁面時， 顯示保存在 N V R A M里的數據。為防止出現亂碼或其它錯誤 ， 需要對顯示的數據格式和數據進行有效性檢查。如果數據錯誤 ， 則強制賦隱含值， 參數在修改后將存入 N V R A M的對應扇區中。
2 基本算法設計中高算法： 本系統以拋物線作為中高曲線 ，為降低運動控制兩軸聯動的復雜性， 采用分段直線逼近拋物線的方法。首先將瓦楞輥楞長換算成對應的總脈沖數， 然后等分成 4 0段， 再計算出各段中高值對應的脈沖數及各段的斜率并存入 N V R A M中。在磨削中高時， 根據當前段 z軸運行的脈沖數與斜率計算出本中斷周期 軸應輸出的脈沖數。
分度算法： 由于單片機難以滿足復雜的實時計算要求， 與中高處理類似， 分度計算也同樣在磨削加工前處理完成。具體計算方法： 先計算 軸一周. 對應的總脈沖數， 然后以總脈沖數與設定的楞數相除取整得到每條楞的基本分度脈沖數， 再適當處理余數， 將余數脈沖按一定規律均勻插入到對應楞中去， 則足以保證均勻分度。理論上， 分度誤差不超過一個脈沖， 完全能滿足瓦楞輥分度的技術要求 ， 而且即使 軸連續旋轉多周也不會出現累積誤差。
3 運動控制設計脈沖插補算法是運動控制的核心。系統軟件采用了脈沖增量插補算法中的數字積分直線插補， 每次插補產生一個位移增量， 并以脈沖形式輸出。本控制系統一邊進行插補運算， 一邊進行加工， 是一種典型的實時控制方式， 所以插補運算的效率直接影響到磨床的進給速度。插補周期越小 ， 則輪廓精度也就越高。在兩軸聯動時， 運動控制計算量非常大， 因此， 要求軟件設計時盡量避免雙精度、 長整型變量數據處理， 以簡化計算過程， 降低處理器時間消耗。本系統采用的定時.
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