目前国产电火花机床正在向数控化方向发展，而且系统渐趋采用ISO指令系统。与以往单轴数控、靠单片机处理的数控系统相比，现在的数控系统要求速度更快、精度更高、功能更齐全，并且要有良好的人机交互功能。基于这些要求，研制了一种由一个系统机和4个单片机组成的电火花机床数控系统。
一、系统的总体组成
多功能电火花加工机床有X、Y、Z、U4个轴。其数控系统采用模块化设计，由一个系统机模块和4个步进电机细分驱动模块组成。每个细分驱动模块根据系统机的控制信号只负责相应轴的工作，它从上位系统机只取两个信号：电机的方向和转速信号，故每个细分驱动器和系统机只需两根数据线通讯。主机模块采用486系统机和键盘、显示器等标准外设，用于实现人机交互和数控加工等功能。该模块通过打印适配器与步进电机驱动模块通讯。打印适配器作为8位并行数据口，每两位控制一轴细分驱动器。同时，极间火花电压及接触感知电压经A/D转换成数字量后也送到该数据线上，控制程序用此数据进行条件判断。系统的总体组成如图1所示。
图中有4个细分驱动模块，彼此独立。每个由1个8031单片机系统构成，负责1个轴的细驱动。系统机模块负责人机交互、放电状态检测、接触感知及插补运算等功能，并负责为细分驱动模块发控制信号。由于系统机为4个轴发控制信号的时间间隔很短，相对于步进电机的机械运动而言完全可忽略，故各轴驱动器相当于同时处理信号，步进电机并行运转，从而解决了脉冲增量进给系统中插补速度和进给精度的矛盾。
二、系统机部分的设计
系统机模块由于采用标准外设，其组成较简单。它主要是将打印适配器作为8位并行双向数据口，接收火花放电电压及接触感知电压(需经A/D模拟数字转换)，发送各轴驱动控制信号。由于该模块是整个系统的核心，要完成人机交互和数控加工等多种功能，故其软件设计很重要。
本系统软件采用模块化设计思想，用Bor—landC++语言编制。软件包括程序编辑、语法检查、ISO指令解释、数控仿真及数控加工等模块。其中数控加工模块为核心，又由插补运算、速度控制、放电状态检测、摇动功能和输出通讯等子模块构成。图2为系统软件组成图。系统中主要模块的功能如下：
·程序编辑可新建、打开、存储用 ISO指令编制的零件加工程序。
·语法查错对打开的零件加工文件逐条语句进行语法检查，包括查非法字符、书写格式、行程极限、结束语句等。
·代码解释将ISO指令加工程序翻译成插补运算需要的数据格式。
·转速控制通过控制系统机向单片机发脉冲的频率调节步进电机的转速。
·放电状态检测检测工件和电极间的火花放电电压，根据检测结果决定电极的进给、回退等动作。
·输出通讯完成系统机和单片机、接触感知系统、间隙状态检测系统的信息传输。
·插补运算根据不同的加工指令调用相应的插补模块，并向各轴发进给控制信号，实现所需加工。算法采用数字积分法，可实现3轴联动。
·数控仿真对欲使用的零件加工文件进行加工预览，即用图形在屏幕上显示零件的加工过程(机床不动作)，以便对加工程序进行优
化处理。
·数控加工机床实际加工，屏幕显示加工过程(同数控仿真)和加工状态参数。
·摇动加工用于修整工件侧面，加工清棱清角的型腔。几种典型的摇动模式如图3所示。
三、步进电机细分驱动模块的设计
以8031单片机为控制中心的步进电机细分驱动模块主要由单片机系统、D/A转换电路、环形分配器、脉宽调制(PWM)电路和功率放大器组成，如图4所示。
单片机系统根据系统设置的细分数把各相电流对应的数字量经D/A转换器转换为模拟量，再经软件环分电路送到脉宽调制电路和功率放大器驱动步进电机。系统中步进电机的相数和细分数由微动开关设置。该模块控制程序由汇编语言编制，固化在系统的EPROM中。由于该模块采用的是8031单片机为控制中心的成形驱动系统，在此不作详述，详情可参考文献[3,4]。
四、结论
用系统机和多个单片机组成数控系统，充分发挥系统机和单片机的优势，不但可实现多种加工功能，而且人机交互功能也很完善，操作方便。同时采用多个单片机并行工作，提高了系统的插补速度和进给精度。而且模块化设计思想的采用使得系统功能便于移植和扩展。
