【正文】 云 南 錫 業(yè) 職業(yè)技術學院 畢業(yè)設計（論文）說明 系（部） 機電工程系 專 業(yè) 機電一體化技術 年 級 09 級 姓 名 指導教師 年 月 日 云南錫業(yè)職業(yè)技術學院 畢業(yè)設計（論文）任務 書 設計（論文）題目： 基于單片機數(shù)控機床 6 刀位的自動換刀電氣控制設計 學生姓名 學號 202108006 班級 機電一班 主要任務 及目標 主要內容與基本要求或技術數(shù)據(jù) 進度安排 指導教師簽字： 年 月 日 系主管領導簽字： 年 月 日 云南錫業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文）開題報告 設計（論文）題目： 基于單片機數(shù)控機床 6 刀位的自動換刀電氣控制設計 學生姓名 學號 202108006 班級 機電一班 參考文獻 研究或解決的問題和擬采用的方法： 指導教師意見 指導教師簽字： 年 月 日 系主管領導簽字： 年 月 日 云南錫業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文）答辯記錄 表 設計（論文）題目： 基于單片機數(shù)控機床 6 刀位的自動換刀電氣控制設計 學生姓名 學號 202108006 班級 機電一班 主答委員 答辯委員 記錄員 成績 陳述時間 答辯時間 陳 述 情 況 答 辯 情 況 答辯主答委員簽字： 年 月 日 答辯委員會主任簽字： 年 月 日 云南錫業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文）成績表 設計（論文）題目： 基于單片機數(shù)控機床 6 刀位的自動 換刀電氣控制設計 學生姓名 張星榮 學號 202108006 班級 機電一班 指導教師評語 評語 成績 簽名 ： 年 月 日 答辯主答委員評語 評語 成績 簽名 ： 年 月 日 成績 成績 簽字 系部簽字蓋章： 教務處簽字蓋章： 年 月 日 年 月 日 畢業(yè)設計領導小組組長簽字蓋學院章： 年 月 日 云南錫業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文）正文 1 概述 1 頁 2 系統(tǒng)的總體設計 8 頁 減速傳動機構方案 設計 8 頁 設計 9頁 設計 9頁 自動回轉刀架的換刀流程 9 頁 3 硬件電路 設計 10 頁 單片機 選型 10 頁 收信電 路 11 頁 發(fā)信電路 13 頁 4 硬件電路主要電子元件的工作原理 15 頁 霍爾元件的工作原理和特性霍爾元件的工作原理 15 頁 霍爾開關的工作原理 15 頁 光電耦合器的工作原理 16 頁 8255 芯片的工作原理 16 頁 5 控制軟件 設計 17 頁 6 程序的實現(xiàn)方法 18頁 結束語 20 頁 參考文獻 21 頁 基于單片機 數(shù)控機床 6 刀位 的自動換刀 電氣控制 設計 【摘要】 自動換刀裝置是數(shù)控機床上最普遍的一種輔助裝置，它可以使數(shù)控機床在工件一次裝夾中完成多種甚至所有的加工工序，以縮短加工的輔助時間，減少加工過程中由于多次安裝工件而引起的誤差，從而提高機床的加工效率和加工精度。本論文是關于數(shù)控機床 6刀 位自動 換 刀 系統(tǒng)的 設計， 其中包括 原理方案的實 現(xiàn)、 單片機控制系統(tǒng)硬件電路的實現(xiàn)和軟件程序的編制 ， 主要部件的分析 。 單片機 進行系統(tǒng)控制，實現(xiàn)了數(shù)控機床 6刀位 自動換刀和精確定位要求。 【 關鍵詞 】 數(shù)控機床 ， 控制系統(tǒng) ， 單片機 數(shù)控技術 自 20 世紀中葉出現(xiàn)以來 ，數(shù)控機床給機械制造業(yè)帶來了革命性的變化。數(shù)控加工的加工柔性好，加工精度高，生產(chǎn)率高，能減輕操作者勞動強度、改善勞動條件，有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化以及經(jīng)濟效益的提高。數(shù)控機床是一種典型的機電一體化產(chǎn)品，適用于加工多品種小批量、結構較復雜、精度要求較高、的關鍵零件。而刀架是數(shù)控機床的主要附件之一，它的性能直接影響著數(shù)控機床的精度和效率，所以隨著數(shù)控機床的發(fā)展 必 然會提高其對刀架的要求，不言而喻，研究自動刀架系統(tǒng)是非常有意義的。隨著數(shù)控機床的發(fā)展，以前的刀架，能裝的刀具太少，定位精度不高，效率低，精度差，已不能滿足 要求，于是便出現(xiàn)了許多精度更高、刀架更大、自動化程度更高的刀架。自動換刀裝置是數(shù)控機床上最普遍的一種輔助裝置，它可以使數(shù)控機床在工件一次裝夾中完成多種甚至所有的加工工序，以縮短加工的輔助時間，減少加工過程中由于多次安裝工件而引起的誤差，從而提高機床的加工效率和加工精度。 設計 減速傳動機構方案 設計 普通的三相異步電動機因轉速太快，不能直接驅動刀架進行換刀，必須經(jīng)過減速機構進行減速?？紤]到本 設計 減速比較大，且為立式刀架，需改變傳動運動方向，要求自鎖，因此綜合比較之后選用蝸桿副減速。蝸桿傳 動單級傳動能得到很大的傳動比，傳動平穩(wěn)，無噪聲，沖擊載荷小，且能優(yōu)化整體結構，做到外型輪廓小，結構緊湊，固選用蝸桿傳動。 上刀體鎖緊與精定位機構 設計 本 設計 上刀體的鎖緊與定位機構選用端面齒盤，將上刀體和下刀體的配合面加工成梯形端面齒。當?shù)都芴幱诂嵕o狀態(tài)時，上下端面齒相互嚙合，這時上刀體不能繞刀架的中心軸轉動；換刀時電動機正轉，抬起機構使上刀體抬起，等上下端面齒脫開后，上刀體才可以繞刀架中心軸轉動，完成轉位動作。 刀架抬起機構 設計 要想使上、下刀體的兩個端面齒脫離，就必須 設計 合適的機構使上刀體抬起 。從經(jīng)濟型方面考慮，應采用經(jīng)濟的螺桿 螺母副，在上刀體內部加工出內螺紋，當電動機帶動螺桿繞中心軸轉動時，作為螺母的上刀體要么轉動，要么上下移動。當?shù)都芴幱阪i緊狀態(tài)時，上刀體與下刀體的端面齒相互嚙合，因為這時上刀體不能與螺桿一起轉動，所以螺桿的轉動會使上刀體向上移動。當端面齒脫離嚙合時，上刀體就與螺桿一同轉動。 設計 螺桿時要求選擇適當?shù)穆菥?，以便當螺桿轉動一定角度時，使得上刀體與下刀體的端面齒能夠完全脫離嚙合狀態(tài)。 自動回轉刀架的換刀流程 當數(shù)控裝置發(fā)出換刀指令后，電動機正轉，通過彈簧安全離合器帶動蝸桿 正轉，再經(jīng)過蝸輪帶動螺桿轉，作為螺母的上刀體要么轉動，要么上下移動，此處 設計 為電動機正轉時上刀體向上移動，當?shù)都芴幱阪i緊狀態(tài)時，上刀體與下刀體的端面齒相互嚙合，因為這時上刀體不能與螺桿一起轉動，所以螺桿的轉動會使作為螺母的上刀體向上移動，從而使刀架抬起，在螺桿旋轉的同時也帶動上蓋圓盤一起旋轉，當?shù)都芡耆鸷螅嗣纨X脫離嚙合，上刀體上部的圓柱銷落入上蓋圓盤，上蓋圓盤就通過圓柱銷帶動一同轉動，從而實現(xiàn)了上刀體的轉位，再通過霍爾元件觸發(fā)判斷上刀體是否轉到了工作位置。完成轉位后，由微動開關發(fā)出信號使電機反轉，通過彈簧安全離合器帶動蝸桿反轉，再經(jīng)過蝸輪帶動螺桿旋轉，螺桿旋轉的同時也帶動上蓋圓盤一起旋轉，上蓋圓盤通過上刀體上部的圓柱銷帶動上刀體開始反轉，上刀體下部的反靠銷馬上就會落入反靠圓盤的十字槽內，反靠銷反靠，上刀體停轉，至此，實現(xiàn)粗定位。螺桿的繼續(xù)轉動使上刀體下降，最后至上刀體的端面齒與下刀體的端面齒完全嚙合，實現(xiàn)精定位，電動機停轉，再延時鎖緊，整個換刀過程至此結束。 3 硬件電路 設計 單片機 選型 數(shù)控機床的自動回轉刀架對柔性化、自動化、定位精度、速度要求相當高，隨著計算機電子技術的發(fā)展 ,單片機 以其高性能價格比的特點適應了現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的需求，越來越多地被應用于各種生產(chǎn)和控制領域。 單片機 是典型的嵌入式系統(tǒng)，從體系結構到指令系統(tǒng)都是按照嵌入式應用特點專門 設計 的，能最好地滿足對控制對象、應用系統(tǒng)的嵌入、現(xiàn)場的可靠運行以及非凡的控制品質要求。因此， 單片機 是發(fā)展最快、品種最多、數(shù)量最大的嵌入式系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)與 單片機 已深入到國民經(jīng)濟眾多技術領域。 單片機 選型隨著集成電路技術的發(fā)展越來越成熟， 單片機 技術也日趨完善。針對不同的應用領域，世界各大集成電路制造商都推出了品種繁多的各具特色的產(chǎn)品， 設計 者可以根據(jù)自己的實際需要，從中選 擇一款最適合 設計 需要的 單片機 。 Intel 公司繼 1976 年推出 MCS48 系列 8位 單片機 之后，又于 1980 年推出了 MCS51 系列高檔 8 位 單片機 。至今 20 多年來， 51 系列 單片機 經(jīng)久不衰，并得到了廣泛的應用。近些年來，世界上很多大半導體公司都生產(chǎn)以 8051 為內核的 單片機如 :ATMEL/PHLIPS/SST 公司的 AT89/P89/STC89 系列和 AT87/P87系列 單片機 ，越來越多地得到廣泛應用。為了滿足系統(tǒng)對控制的精確性和柔性化要求，本 設計 選用的是 AT89C51 型號的 單片機 作為自動回轉刀架控制系統(tǒng)的控制核心。 自動回轉刀架的電氣控制部分主要包括收信電路和發(fā)信電路兩大塊 。 收信電路 圖 A 中，發(fā)信盤上的 6 只霍爾開關（型號為 UGN3120U），都有3 個引腳，第一腳接 +12V 電源 ， 第二腳接 +12V 地線， 第三腳為輸出。轉位時