【正文】 .................................................................................... 19 霍爾開關的工作原理 .................................................................................................. 19 光電耦合器的工作原理 .............................................................................................. 20 8255芯片的工作原理 ................................................................................................. 20 控制軟件設計 ........................................................................................................................... 21 換刀工作原理的程序流程圖 ........................................................................................ 21 程序的實現(xiàn)方法 ........................................................................................................... 22 結論 ............................................................................................................................................................... 23 參 考 文 獻 ................................................................................................................................................ 24 1 1 緒論 題目的背景和意義 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。 進入 21世紀，我國經(jīng)濟與國際全面接軌，進入了一個蓬勃發(fā)展的新時期。它的發(fā)展和運用，改變了制造業(yè)的生產(chǎn)方式、產(chǎn)業(yè)結構、管理方式，為普通機床演變?yōu)閿?shù)控機床創(chuàng)造了條件，使世界制造業(yè)的格局發(fā)生了巨大的變化。 目前我過的數(shù)控機床和加工中心使用的自動換刀裝置主要有轉塔式自動換刀和刀庫式自動換刀兩種。 數(shù)控刀架的市場分析：國產(chǎn)數(shù)控車床今后將向中高檔發(fā)展，中檔采用普及型數(shù)控刀架 配套，高檔采用動力型刀架，兼有液壓刀架、伺服刀架、立式刀架等品種，近年來需要量可達 1000～ 1500 臺。目前，該公司數(shù)控刀架的國內市場占有率達到了 40％左右，受到一大批機床主機廠的稱贊。 數(shù)控刀架將結合微電子技術和計算機技術的發(fā)展，朝著高精度化、多功能化、智能化、系統(tǒng)化等方向發(fā)展。為了縮短非切削時間，充分發(fā)揮機床的效率，通常采用“工序集中”的原則。 圖 )所示為凸臺棘爪式刀架 圖 )所示為電磁式刀架， 4 圖 )所示為液壓式刀架 自動刀架的基本要求和功能分析 ①基本要求： 1） 滿足工藝要求 2） 保證足夠高的重復定位精度 3） 具有足夠的剛度 4） 提高可靠性 5） 縮短換刀時間 ② 功能分析 ： 1)抬起：為了使刀架能夠轉位，回轉刀架必須先抬起。 電動刀架的初步方案簡圖如下圖 所示。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。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。 6 4 自動回轉刀架的工作原理 自動回轉刀架的換刀流程 自動回轉刀架的換刀流程如圖 所示。 自動回轉刀架的換刀過程中有關銷的位置 圖 表示自動回轉刀架在換刀過程中有關銷的位置。本設計采用結構簡單、制造方便的漸開線型圓柱蝸桿 (ZI 型 )。 ①
確定作用在蝸輪上的轉矩 2T 22211 0 0. 89. 55 9. 55 33 .6 16 33 61 625pT N m N m mn ?? ? ? ? ? ? ? 載荷系數(shù)： 1 . 1 5 1 . 1 5 1 . 0 5 1 . 3 9AVK K K K?? ? ? ? ? ③確定彈性影響系數(shù) EZ 9 鑄錫磷青銅蝸輪與鋼蝸桿相配時，從有關手冊查得彈性影響系數(shù)12160EaZ MP? 。 蝸桿和蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸 由蝸桿和蝸輪的基本尺寸和主要參數(shù)，算得蝸桿和蝸輪的主要幾何尺寸后，即可繪制蝸桿副的工作圖了。 ? ?2 3F F a FKT YYd d m ????? （ ） 蝸輪齒數(shù) 2136z iz??。 11 其他參數(shù)的確定 采用單頭梯形螺紋，頭數(shù) 1?n ,牙側角 ??15? ，外螺紋大徑（公稱直徑） mmd 501 ? ，牙側間隙 mmac ? ，基本牙型高度 mmPH ?? ，外螺紋高 mmaHh c ??? ，外螺紋中徑 mmd 472 ? ，外螺紋小徑 mmd 433 ? ，螺桿螺紋部分長度 mmH 50? 。端齒盤的齒形有直齒和 弧齒兩種，直齒端齒盤加工方便、定位精度及重復定位精度高 , 弧齒性能良好，允許一定的角位移，但加工復雜，相對加工成本較高，故選擇直齒。如齒數(shù)為 360齒時，最小分度值為1o ，用差動端齒分度裝置，分度范圍更大，例 如下盤齒數(shù)為 96，上盤齒數(shù)為 360時，就可將一個整圓分成 1440個等分 (最小分度值為 )。 ⑤結構緊湊，使用方便，這一點比其它高精度的分度裝 置更為突出。 端齒盤外徑 d 端齒盤外徑 d主要由設計結構所允許的空間范圍來確定。將作用于齒盤上每齒的切向外力 Q 和軸 向鎖緊力 N ，沿著齒面方向進行分解。本設計采用 60Da ? 的齒形角。 齒底槽寬 b 和齒頂寬 b1 為了保證齒盤工作時各個端齒能很好的嚙合，常在齒底加工一定寬度和深度的槽，即齒底槽，并將齒頂做成一定寬度的小平面，如圖 9所示。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 。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。 18 （ ～ ）電動刀架發(fā)信盤刀臺旋轉方向只霍爾開關（ ）位信號輸出個刀第3 腳：第2 腳： 地線電源第1 腳：磁鐵＃4 ＃ 刀位信號3 ＃ 刀位信號2 ＃ 刀位信號1 ＃ 刀位信號 6滅弧阻容參數(shù)：反轉正轉( ～ 38 0～＃＃＃＃＃5 ＃ 刀位信號6 ＃ 刀位信號 圖7. 2 自 動回轉刀架電氣控制原理圖發(fā)信盤上的霍爾元件 刀位信號的處理刀架電動機正反轉控制 刀架電動機正反轉的實現(xiàn) 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 地，第三腳為輸出。 發(fā)信電路 圖 c 為刀架電動機正反轉控制電路， I/O 接口芯片 8255 的 PA6 與 PA7分別控制刀架電動機的正轉與反轉。當 KA1 或 KA2 的觸點接通 380V 電壓時，會產(chǎn)生較強的火花，并通過電網(wǎng)影響控制系統(tǒng)的正常工作，為此，在圖 d中布置了 3對 RC阻容用來滅弧，以抑制火花的產(chǎn)生。半導體中的霍爾效應比金屬箔片中更為明顯，而鐵磁金屬在居里溫度以下將呈現(xiàn)極強的霍爾效應。I 光電耦合器的工作原理 單片機控制系統(tǒng)屬于弱電控制部分，說它是干擾源是因為它的主電路部分屬于強電控制部分，因此，為了保證系統(tǒng)工作穩(wěn)定，在弱電和強電之間采用一定的隔離措施是非常必要的。為了抗干擾，本設計采用的是光電 耦 合器進行隔離的措施來抑制此種干擾，光電 耦 合器使被隔離兩者之間只有光的聯(lián)系，而不直接發(fā) 生電的聯(lián)系。而控制寄存器的數(shù)據(jù)則表明 PA、 PB、 PC的工作方式。 向 控制寄存器寫入不同的數(shù)據(jù)可以使 8255 工作在三種不同的方式下。 21 控制軟件設計 換刀工作原理的程序流程圖 刀架電動機停轉所需刀具轉到工作位置了嗎？延時鎖緊刀架電動機反轉稍作延時刀架電動機停轉刀架電動機正轉換刀結束延時時間到否 ？所需刀具轉到工作位置嗎？是否為自動換刀開始換刀手動換刀當前刀具是否為 所需刀具刀架電動機正轉是否轉過一個刀位？延時時間到否 ？刀架電動機停轉稍作延時刀架電動機反轉延時鎖緊刀架電動機停轉刀架電動機停轉讀入換刀信號是否有換 刀信號（自動換刀）圖 換刀工作原理的程序流程圖 22 程序的實現(xiàn)方法 控制系統(tǒng)的 CPU 為 AT89C51 單片機，擴展 8255 芯片作為自動回轉刀架的收信與發(fā)信控制，初始化的時候讓 8255 工作在基本輸入 /輸出方式（方式零）下，這樣任何一個端口都可以輸入或輸出，方式 0適用于無條件傳送方式，此時，用 8255 作外設 接口非常簡單，在傳送過程中不需要應答信號，由 CPU 執(zhí)行IN/OUT 指令就可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸入 /輸出，程序簡單，硬件節(jié)省。采用三相異步電動機提供動力源，蝸輪蝸桿副傳遞動力，螺桿螺 母副傳遞運動，實現(xiàn)上刀體的升降運動，端齒盤定位，單片機進行系統(tǒng)控制。 24 參 考 文 獻 文懷興、夏田編，數(shù)控機床系統(tǒng)設計 [M].化學工業(yè)出版社， 2021 陳嬋娟主編，數(shù)控車床設計 [M].化學工業(yè)出版社， 2021 文懷興主編，數(shù)控銑床設計 [M].化學工業(yè)出版社， 2021