【正文】 .................................................................................... 19 霍爾開(kāi)關(guān)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(shè)計(jì) ........................................................................................................................... 21 換刀工作原理的程序流程圖 ........................................................................................ 21 程序的實(shí)現(xiàn)方法 ........................................................................................................... 22 結(jié)論 ............................................................................................................................................................... 23 參 考 文 獻(xiàn) ................................................................................................................................................ 24 1 1 緒論 題目的背景和意義 數(shù)控技術(shù)自 20 世紀(jì)中葉出現(xiàn)以來(lái)，數(shù)控機(jī)床給機(jī)械制造業(yè)帶來(lái)了革命性的變化。 進(jìn)入 21世紀(jì)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)與國(guó)際全面接軌，進(jìn)入了一個(gè)蓬勃發(fā)展的新時(shí)期。它的發(fā)展和運(yùn)用，改變了制造業(yè)的生產(chǎn)方式、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、管理方式，為普通機(jī)床演變?yōu)閿?shù)控機(jī)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(guò)的數(shù)控機(jī)床和加工中心使用的自動(dòng)換刀裝置主要有轉(zhuǎn)塔式自動(dòng)換刀和刀庫(kù)式自動(dòng)換刀兩種。 數(shù)控刀架的市場(chǎng)分析：國(guó)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(dòng)力型刀架，兼有液壓刀架、伺服刀架、立式刀架等品種，近年來(lái)需要量可達(dá) 1000～ 1500 臺(tái)。目前，該公司數(shù)控刀架的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占有率達(dá)到了 40％左右，受到一大批機(jī)床主機(jī)廠的稱贊。 數(shù)控刀架將結(jié)合微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)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(shí)間，充分發(fā)揮機(jī)床的效率，通常采用“工序集中”的原則。 圖 )所示為凸臺(tái)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(dòng)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(fù)定位精度 3） 具有足夠的剛度 4） 提高可靠性 5） 縮短換刀時(shí)間 ② 功能分析 ： 1)抬起：為了使刀架能夠轉(zhuǎn)位，回轉(zhuǎn)刀架必須先抬起。 電動(dòng)刀架的初步方案簡(jiǎn)圖如下圖 所示。蝸桿傳動(dòng)單級(jí)傳動(dòng)能得到很大的傳動(dòng)比，傳動(dòng)平穩(wěn)，無(wú)噪聲，沖擊載荷小，且能優(yōu)化整體結(jié)構(gòu)，做到外型輪廓小，結(jié)構(gòu)緊湊，固選用蝸桿傳動(dòng)。從經(jīng)濟(jì)型方面考慮，應(yīng)采用經(jīng)濟(jì)的螺桿 螺母副，在上刀體內(nèi)部加工出內(nèi)螺紋，當(dāng)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)螺桿繞中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，作為螺母的上刀體要么轉(zhuǎn)動(dòng)，要么上下移動(dòng)。 6 4 自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的工作原理 自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的換刀流程 自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的換刀流程如圖 所示。 自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的換刀過(guò)程中有關(guān)銷的位置 圖 表示自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架在換刀過(guò)程中有關(guān)銷的位置。本設(shè)計(jì)采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便的漸開(kāi)線型圓柱蝸桿 (ZI 型 )。 ①
確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)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(shí)，從有關(guān)手冊(cè)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(cè)角 ??15? ，外螺紋大徑（公稱直徑） mmd 501 ? ，牙側(cè)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(zhǎng)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(fù)定位精度高 , 弧齒性能良好，允許一定的角位移，但加工復(fù)雜，相對(duì)加工成本較高，故選擇直齒。如齒數(shù)為 360齒時(shí)，最小分度值為1o ，用差動(dòng)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(shí)，就可將一個(gè)整圓分成 1440個(gè)等分 (最小分度值為 )。 ⑤結(jié)構(gòu)緊湊，使用方便，這一點(diǎn)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(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)所允許的空間范圍來(lái)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(jìn)行分解。本設(shè)計(jì)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(shí)各個(gè)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(jī)已深入到國(guó)民經(jīng)濟(jì)眾多技術(shù)領(lǐng)域 。至今 20多年來(lái)， 51系列單片機(jī)經(jīng)久不衰，并得到了廣泛的應(yīng)用。 18 （ ～ ）電動(dòng)刀架發(fā)信盤刀臺(tái)旋轉(zhuǎn)方向只霍爾開(kāi)關(guān)（ ）位信號(hào)輸出個(gè)刀第3 腳：第2 腳： 地線電源第1 腳：磁鐵＃4 ＃ 刀位信號(hào)3 ＃ 刀位信號(hào)2 ＃ 刀位信號(hào)1 ＃ 刀位信號(hào) 6滅弧阻容參數(shù)：反轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)( ～ 38 0～＃＃＃＃＃5 ＃ 刀位信號(hào)6 ＃ 刀位信號(hào) 圖7. 2 自 動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架電氣控制原理圖發(fā)信盤上的霍爾元件 刀位信號(hào)的處理刀架電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制 刀架電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)的實(shí)現(xiàn) 收信電路 圖 a 中，發(fā)信盤上的 6 只霍爾開(kāi)關(guān)（型號(hào)為 UGN3120U），都有 3個(gè)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(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路， I/O 接口芯片 8255 的 PA6 與 PA7分別控制刀架電動(dòng)機(jī)的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)。當(dāng) KA1 或 KA2 的觸點(diǎn)接通 380V 電壓時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的火花，并通過(guò)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(duì) RC阻容用來(lái)滅弧，以抑制火花的產(chǎn)生。半導(dǎo)體中的霍爾效應(yīng)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(qiáng)的霍爾效應(yīng)。I 光電耦合器的工作原理 單片機(jī)控制系統(tǒng)屬于弱電控制部分，說(shuō)它是干擾源是因?yàn)樗闹麟娐凡糠謱儆趶?qiáng)電控制部分，因此，為了保證系統(tǒng)工作穩(wěn)定，在弱電和強(qiáng)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(shè)計(jì)采用的是光電 耦 合器進(jìn)行隔離的措施來(lái)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(shè)計(jì) 換刀工作原理的程序流程圖 刀架電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)所需刀具轉(zhuǎn)到工作位置了嗎？延時(shí)鎖緊刀架電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)稍作延時(shí)刀架電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)刀架電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)換刀結(jié)束延時(shí)時(shí)間到否 ？所需刀具轉(zhuǎn)到工作位置嗎？是否為自動(dòng)換刀開(kāi)始換刀手動(dòng)換刀當(dāng)前刀具是否為 所需刀具刀架電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)是否轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)刀位？延時(shí)時(shí)間到否 ？刀架電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)稍作延時(shí)刀架電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)延時(shí)鎖緊刀架電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)刀架電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)讀入換刀信號(hào)是否有換 刀信號(hào)（自動(dòng)換刀）圖 換刀工作原理的程序流程圖 22 程序的實(shí)現(xiàn)方法 控制系統(tǒng)的 CPU 為 AT89C51 單片機(jī)，擴(kuò)展 8255 芯片作為自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的收信與發(fā)信控制，初始化的時(shí)候讓 8255 工作在基本輸入 /輸出方式（方式零）下，這樣任何一個(gè)端口都可以輸入或輸出，方式 0適用于無(wú)條件傳送方式，此時(shí)，用 8255 作外設(shè) 接口非常簡(jiǎn)單，在傳送過(guò)程中不需要應(yīng)答信號(hào)，由 CPU 執(zhí)行IN/OUT 指令就可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸入 /輸出，程序簡(jiǎn)單，硬件節(jié)省。采用三相異步電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力源，蝸輪蝸桿副傳遞動(dòng)力，螺桿螺 母副傳遞運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)上刀體的升降運(yùn)動(dòng)，端齒盤定位，單片機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)控制。 24 參 考 文 獻(xiàn) 文懷興、夏田編，數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì) [M].化學(xué)工業(yè)出版社， 2021 陳嬋娟主編，數(shù)控車床設(shè)計(jì) [M].化學(xué)工業(yè)出版社， 2021 文懷興主編，數(shù)控銑床設(shè)計(jì) [M].化學(xué)工業(yè)出版社， 2021