【正文】 工程序。本設(shè)計中，牙刷植毛控制器的植毛過程大致為：首先，啟動主機，使工作臺回零；然后，取牙刷板，若取到，則夾緊刷板，工作臺找到第一孔坐標(biāo)。此時啟動主軸電機，帶動主軸旋轉(zhuǎn)，安裝在主軸上的3只互成一定角度的凸輪啟動，開始植毛。第一凸輪驅(qū)動一換向裝置，帶動拉毛梭芯在梭殼中來回拉絲。從而不斷將牙刷絲送人植毛嘴中；同時另一凸輪帶動送鐵片機構(gòu)。將鐵片送人切片刀盒；此時連桿機構(gòu)帶動刀片切出的薄片。并與梭芯拉人的刷絲一起送人植毛嘴中，由步進(jìn)電機驅(qū)動的裝有刷板的工作臺移到植毛嘴下，將一束刷絲連同鐵片植入當(dāng)前刷板孔中，這樣就完成一次循環(huán)。如果在植毛過程中出現(xiàn)機器故障、植毛孔對不準(zhǔn)等情況，步進(jìn)電機會自動停機等待處理，這時候人工進(jìn)行處理問題，然后機器會重新返回到主軸電機啟動重新開始植毛。在植毛過程中，電磁閥控制著毛色的更換，如果需要更換毛色電磁閥開啟，植毛機會自動更換毛色，重復(fù)上一步則毛色會更換回來，然后電磁閥釋放，繼續(xù)植毛。植毛過程中步進(jìn)電機會自動計算剩余毛孔數(shù)量，如果為零本支牙刷就植毛完畢，主軸電機會自動停轉(zhuǎn)，然后循環(huán)第一步更換新的一直牙刷繼續(xù)植毛。主機啟動工作臺回零取牙刷版取到嗎？夾緊刷版，工作臺定第一孔坐標(biāo)主軸電機啟動，剎車松，開始植毛重毛嗎？繼續(xù)植毛更換毛色嗎？為零嗎？剩余孔倒計數(shù)牙刷彈出板倉，工作臺回零停機，等待處理毛色控制、電磁閥釋放本只牙刷植完，主軸停轉(zhuǎn)更換毛色恢復(fù)原色嗎？日產(chǎn)量、總產(chǎn)量+1處理完嗎？N N N N N N N Y Y Y Y Y Y Y 牙刷植毛控制器工作流程圖3 系統(tǒng)設(shè)計 系統(tǒng)功能設(shè)計本設(shè)計中的牙刷植毛設(shè)備控制器主要由3部分組成：植毛機構(gòu)，高精度X、Y方向運動平臺和單片機控制系統(tǒng)。 植毛機構(gòu)主要完成刷絲傳送、鐵片傳送、鐵片剪切、尉絲與鐵片合成、植入刷板等動作。其工作原理是：啟動主軸電機，帶動主軸旋轉(zhuǎn)，安裝在主軸上的3只互成一定角度的凸輪啟動。第一凸輪驅(qū)動一換向裝置，帶動拉毛梭芯在梭殼中來回拉絲。從而不斷將牙刷絲送人植毛嘴中；同時另一凸輪帶動送鐵片機構(gòu)。將鐵片送入切片刀盒；1mm。并與梭芯拉入的刷絲一起送入植毛嘴中，由步進(jìn)電機驅(qū)動的裝有刷板的工作臺移到植毛嘴下，將一束刷絲連同鐵片植入當(dāng)前刷板孔中，完成一次循環(huán)。如此反復(fù)，機器將不停地生產(chǎn)出牙刷，平均每支牙刷植毛時間為5～7s。 高精度X、Y運動平臺這是一套精度較高的兩軸定位系統(tǒng)，主要完成牙刷取板，刷板定位，X、Y方向移位，牙刷出板等一系列動作。因此．這部分精度如何影響到整機性能及牙刷植毛質(zhì)量，要求運動平穩(wěn)、移位速度快、到位精度高。，要能準(zhǔn)確地將毛絲及鐵片植入刷板每孔中心，給運動平臺提出了較高要求。其設(shè)計原理是：由微電腦控制步進(jìn)電機，來驅(qū)動X軸與Y軸，而X軸和Y軸采用定制精密滾珠絲杠．， mm。工作臺的平移運動，由X、Y軸運動基座加裝導(dǎo)桿，并在導(dǎo)桿上安裝立線軸承．以消除晃動及步距誤差。夾板裝置安裝固定在運動平臺上，由電磁氣動闕完成刷板的夾緊及彈出。 單片機控制系統(tǒng)該部分是全自動牙刷植毛機的心臟。它所完成的工作主要包括4個方面：(1)協(xié)調(diào)整機工作狀態(tài)，檢測各個控制環(huán)節(jié)，包括X軸零位、Y軸零位、板倉空、毛色、重毛、移位等的檢測。(2)控制各支路動作，包括X、Y軸步進(jìn)電機正、反向運動控制，移位步距控制，主軸驅(qū)動電機啟、停控制，剎車、換毛、出板氣泵的工作時序。(3)故障報警指示，包括重毛故障，電源故障，X、Y軸不能回零，毛色不能變換，移位計數(shù)等指示。(4)人機對話功能，包括是否緊急停機，故障清除恢復(fù)，主軸電磁剎車是否釋放，是否啟動工作，新牙刷品種的程序編制，日產(chǎn)量計數(shù)，總產(chǎn)量計數(shù)，工作臺移位速度的設(shè)定，毛色設(shè)定，出板位置的設(shè)定，X、Y軸偏移量的修正。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計牙刷植毛設(shè)備控制器是以單片機及PLC為整個系統(tǒng)的控制核心, 驅(qū)動X、Y兩軸做插補運動的數(shù)控機床系統(tǒng)。在牙刷植毛機數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計中, 我們采用的是模塊化設(shè)計方法, 把整個系統(tǒng)分解為若干個具有相對獨立功能的子系統(tǒng), 形成不同的功能模塊, 以提高產(chǎn)品的開發(fā)速度, 快速響應(yīng)市場需求。 同時希望提高產(chǎn)品的質(zhì)量、性能并降低成本。牙刷植毛機控制系統(tǒng)硬件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)單片機控制模塊通訊模塊傳動驅(qū)動模塊PLC控制模塊液晶顯示模塊鍵盤輸入模塊電氣工作模塊 設(shè)計方案框圖整個數(shù)控牙刷機控制系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩個部分組成。硬件系統(tǒng)包括了四個模塊，單片機控制模塊、輸入輸出模塊、PLC控制模塊和伺服控制模塊。輸入輸出模塊由鍵盤輸入模塊和液晶顯示模塊構(gòu)成。在軟件系統(tǒng)中包括了單片機控制程序模塊和PLC控制程序模塊。單片機控制程序模塊由各功能子程序模塊和主程序控制模塊構(gòu)成。各功能模塊子程序包括加工程序編輯子程序、液晶顯示子程序、通信子程序、差補運算子程序和伺服控制子程序。數(shù)控牙刷機控制系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)主要是單片機控制。 硬件系統(tǒng) CPU模塊 隨著微電子技術(shù)水平的不斷提高，單片微型計算機有了飛躍的發(fā)展。單片機的型號很多，而目前市場上應(yīng)用MCS51芯片及其派生的兼容芯片比較多，如目前應(yīng)用最廣的8位單片機89S51，價格低廉，而性能優(yōu)良，功能強大。在一些復(fù)雜的系統(tǒng)中就不得不考慮使用16位單片機，MCS96系列單片機廣泛應(yīng)用于伺服系統(tǒng)，變頻調(diào)速等各類要求實時處理的控制系統(tǒng)，它具有較強的運算和擴展能力。但是定位合理的單片機可以節(jié)約資源，獲得較高的性價比。從要設(shè)計的系統(tǒng)來看，選用較老的8051單片機需要拓展程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器，無疑提高了設(shè)計價格，而選用高性能的16位MCS96又顯得過于浪費。生產(chǎn)基于51為內(nèi)核的單片機的廠家有Intel、ATMEL、Simens，其中在CMOS器件生產(chǎn)領(lǐng)域ATMEL公司的工藝和封裝技術(shù)一直處于領(lǐng)先地位。ATMEL公司的AT89系列單片機內(nèi)含F(xiàn)lash存儲器，在程序開發(fā)過程中可以十分容易的進(jìn)行程序修改，同時掉電也不影響信息的保存；它和80C51插座兼容，并且采用靜態(tài)時鐘方式可以節(jié)省電能。因此硬件CPU選用AT89S51，AT表示ATMEL公司的產(chǎn)品，9表示內(nèi)含F(xiàn)lash存儲器，S表示含有串行下載Flash存儲器。AT89S51的性能參數(shù)為：Flash存儲器容量為4KB、16位定時器2個、中斷源6個（看門狗中斷、接收發(fā)送中斷、外部中斷0、外部中斷定時器0和定時器1中斷）、RAM為128B、14位的計數(shù)器WDT、I/O口共有32個。CPU接口部分包括傳感器部分、傳動驅(qū)動部分、人機交互界面三部分。示意圖如下所示：（行程開關(guān)）前向通道傳動驅(qū)動（電磁鐵）（步進(jìn)電機）人機界面?zhèn)鞲衅鰽T89S51（鍵盤、LED）后向通道 CPU外部接口示意圖AT89S51要完成的任務(wù)：（1）將行程開關(guān)的狀態(tài)讀入CPU，通過中斷進(jìn)行處理，它的優(yōu)先級別最高。（2）通過程序?qū)崟r控制電機和電磁鐵的運行。（3）接受鍵盤中斷指令，并響應(yīng)指令，將當(dāng)前行程開關(guān)狀態(tài)和鍵盤狀態(tài)反應(yīng)到LED上，實現(xiàn)人機交互作用。由于AT89S51只有P1口和P3口是準(zhǔn)雙向口，但P3口主要以第二功能為主，并且在系統(tǒng)中要用到第二功能的中斷口，因此要進(jìn)行I/O擴展?？紤]到電路的簡便性和可實現(xiàn)性，實際中采用內(nèi)部自帶鎖存器的8155，所以AT89S51的I/O口線分配如下：（1）、B、C線圈通電，形成AABBBCCCAA三相六拍正轉(zhuǎn)模式和AACCCBBBAA的反轉(zhuǎn)模式。（2）。（3），它讀入行程開關(guān)的狀態(tài)并觸發(fā)中斷；INT1讀入點動、復(fù)位、圓弧插補開關(guān)的狀態(tài)而觸發(fā)中斷。（4）。（5）、PB、PC口的地址。驅(qū)動1X步進(jìn)電機驅(qū)動2Y步進(jìn)電機驅(qū)動3外部中斷1外部中斷2AD0~AD7CEIO/MPB 口PA口PC口AT89S51鍵盤電