【正文】 此外，控制電路采用光電隔離電路，最大程度的避免了干擾， 單片機控制系統(tǒng)屬于弱電控制部分，但卻是干擾源，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。這里只介紹應(yīng)用最多的方式 0。 8255 芯片的工作原理 8255 芯片是一個典型的可編程通用并行接口芯片 ,用來擴展單片機的端口，對 8255 輸入不同的指令可改變 I／ O口的工作方式。B ,其中 K為霍爾系數(shù)， I為薄片中通過的電流， B 為 20 外加磁場（洛倫慈力 Lorrentz）的磁感應(yīng)強度， d是薄片的厚度。 硬件電路主要電子元件的工作原理 霍爾元件的工作原理和特性 霍爾元件的工作原理： 所謂霍爾效應(yīng)，是指磁場作用于載流金屬導(dǎo)體、半導(dǎo)體中的載流子時，產(chǎn)生橫向電位差的物理現(xiàn)象。轉(zhuǎn)位時刀臺帶動磁鐵旋轉(zhuǎn)，當(dāng)磁鐵對準(zhǔn)某一個霍爾開關(guān)時，其輸出端第 3腳輸出低電平；當(dāng)磁鐵離開時，第三腳輸出高電平。 單片機選型 隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展越來越成熟，單片機技術(shù)也日趨完善。 齒根角 (嚙合斜角 )? 為了保證在齒寬方向上的嚙合質(zhì)量，加工端齒時必須調(diào)整分度盤回轉(zhuǎn)中心線和工作臺面傾斜角，即齒根角或嚙合斜角 (如圖 )，以保證齒盤大端和小端的齒厚與齒槽寬度相等。在結(jié)構(gòu)允許的情況下，外徑越大，分度或定位機構(gòu)的穩(wěn)定性越好。 ③精度的重復(fù)性和持久性好 重復(fù)定位精度可達 ?? 。 自鎖性能校核 螺桿螺母材料均用 45鋼， 經(jīng) 查表，取二者的摩擦因素 ?f ；再求得梯形螺旋副的當(dāng)量摩擦角： ??? c o sa rc ta n ?? fv 而螺紋升角： ?????? 61a r c t a na r c t a n 2dnp?? 小于當(dāng)量摩擦角，因此，所選幾何參數(shù)滿足自鎖條件。 ①蝸桿參數(shù)與尺寸 頭數(shù) 1 1z? ，模數(shù) m=，軸向齒距 5 .0 2 7ap m mm??? ，軸向齒厚0 .5 2 .5 1 4as m m m???，分度圓直徑 1 20d mm? ，直徑系數(shù) 1 / d m??，分度圓導(dǎo)程角 1a r c ta n ( / ) 4 3 4 2 6zq? ? ??? ? ?。 蝸桿副的材料 刀架中的蝸桿副傳遞的功率不大，但蝸桿轉(zhuǎn)速較高，因此，蝸桿的材料選用 45 鋼；蝸輪的轉(zhuǎn)速較低，其材料主要考慮耐磨性，選用鑄錫磷青銅ZCuSn10P1,采用金屬模鑄造。 刀架電動機正轉(zhuǎn)蝸輪蝸桿減速 銷聯(lián)接螺桿螺母上蓋圓盤旋轉(zhuǎn)上刀體抬起端面齒錯開圓柱銷落入上蓋圓盤上刀體旋轉(zhuǎn)到位回答刀架電動機反轉(zhuǎn)霍爾元件觸發(fā)反靠銷反靠端面齒嚙合上刀體下降，粗定位精定位延時鎖緊電動機停轉(zhuǎn)螺桿旋轉(zhuǎn)螺桿旋轉(zhuǎn)圖 自動回轉(zhuǎn)刀架的換刀流程 當(dāng)數(shù)控裝置發(fā)出換刀指令后，電動機正轉(zhuǎn)，通過彈簧安全離合器帶動蝸桿正轉(zhuǎn)，再經(jīng)過蝸輪帶動螺桿轉(zhuǎn)，作為 螺母的上刀體要么轉(zhuǎn)動，要么上下移動，此處設(shè)計為電動機正轉(zhuǎn)時上刀體向上移動，當(dāng)?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(zhuǎn)動，所以螺桿的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)的同時也帶動上蓋圓盤一起旋轉(zhuǎn)，當(dāng)?shù)都芡耆鸷?，端面齒脫離嚙合，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(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)了上刀體的轉(zhuǎn)位，再通過霍爾元件觸發(fā)判斷上刀體是否轉(zhuǎn)到了工作位置。 上刀體鎖緊與精定位機構(gòu)設(shè)計 本設(shè)計上刀體的鎖緊與定位機構(gòu)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。 2)轉(zhuǎn)位 ： 為了完成工件若干個工 序的加工，在 回轉(zhuǎn) 刀架上固定著 6組刀具，為使各組刀具能依次參加工作， 回轉(zhuǎn) 刀架需相應(yīng)轉(zhuǎn)位 。 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 。煙臺機床附件公司是我國生產(chǎn)數(shù)控刀架的主要廠家之一。數(shù)控水平的高低已經(jīng)成為衡量一個國家制造業(yè)水平高低的標(biāo)志。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。其中包括自動換刀裝置的總體設(shè)計、原理方案的實現(xiàn)、主要部件的分析、傳動零件的設(shè)計計算， 單片機控制系統(tǒng)硬件電路的實現(xiàn)和軟件程序的編制 。所以應(yīng)加快自動刀架系統(tǒng)的研究以促進數(shù)控機床的發(fā)展?jié)M足適應(yīng)生產(chǎn)加工的需要。 2 隨著我國生產(chǎn)力水平的日益提高，國內(nèi)企業(yè)要發(fā)展就必須更新大量的設(shè)備，很多企業(yè)都加大了數(shù)控設(shè)備的投入，但由于財力等客觀因素，大多數(shù)企業(yè)生產(chǎn)設(shè)備仍以普通機床為主，不少企業(yè)為了提高效率，在普通機床上加裝了數(shù)顯裝置，提高了機床的精度，改善了設(shè)備狀況，但制造商們忽略了一個很重要的部件就是刀架，要想真正提高工作效率，刀架是必須要考慮的附件之一。國產(chǎn)配套件在產(chǎn)品質(zhì)量、性能、結(jié)構(gòu)創(chuàng)新、品牌信譽、外觀造 型、精度穩(wěn)定性等方面與發(fā)達國家相比都存在一定的差距 。 自動刀架的基本形式和應(yīng)滿足的要求 自動刀架的形式 圖 )所示為螺母升降轉(zhuǎn)位刀架，電動機經(jīng)聯(lián)軸器、蝸輪副帶動螺母旋轉(zhuǎn)，螺母舉起刀架使上齒盤與下齒盤分離，隨即帶動刀架旋轉(zhuǎn)到位，然后給系統(tǒng)發(fā)信號螺母反轉(zhuǎn)鎖緊。 5 3 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 減速傳動機構(gòu)方案設(shè)計 普通的三相異步電動機因轉(zhuǎn)速太快，不能直接驅(qū)動刀架進行換刀，必須經(jīng)過減速機構(gòu)進行減速。當(dāng)端面齒脫離嚙合時，上刀體就與螺桿一同轉(zhuǎn)動。刀架從轉(zhuǎn)位到鎖緊時，需要蝸桿反向，工作載荷不均勻，啟動時沖擊較大，今要求蝸桿副的使用壽命 hh 10000L ? 。 ⑤確定許用接觸應(yīng)力 ? ?H? 根據(jù)蝸輪材料為鑄錫磷青銅 10 1ZCuSn P 、金屬模鑄造、蝸桿螺旋齒面硬度大于 45HRC，則應(yīng)力循環(huán)次數(shù)： 726 0 6 0 1 2 5 1 0 0 0 0 1 . 5 1 0hN jn L? ? ? ? ? ? ? 壽命系數(shù)： 78 10 0 .8 9 6HNK N?? 許用接觸應(yīng)力 : ? ? ? ? 0 .8 9 6 2 6 8 2 4 0 .1 3H H N HK M P a M P a?? ?? ? ? ? ⑥計算中心距 將以還是各參數(shù)帶入式 (),求得中心距 : 23 1 6 0 2 . 91 . 3 9 3 3 6 1 6 ( ) 3 8 . 6 32 4 0 . 1 3a m m m m?? ? ? ? 經(jīng) 查表 ,取中心距 a=50mm,已知蝸桿頭數(shù) 1 1z? ,設(shè)模數(shù) m=,得蝸桿分度圓直徑 1 20d mm? .這時 1 / ? ,由圖 得接觸系數(shù) ? ? 。 螺桿的設(shè)計計算 螺距的確定 刀架轉(zhuǎn)位時，要求螺桿在轉(zhuǎn)動約 ?170 的情況下，上刀體的端面齒與下刀體的端面齒完全脫離；在鎖緊的時候，要求上下端面齒的嚙合深度達 2mm。 它具有以下優(yōu)點： ①分度精度高 可高達 ?? ，實際分度誤差等于所有齒單個分度誤差的平均值。 端齒盤主要參數(shù)的設(shè)計計算 本設(shè)計采用齒形為三角形的直齒端齒盤的基本結(jié)構(gòu)，其參數(shù)計算如下。 圖 單齒俯視示意圖 圖 在選取時齒形角 Da 時，應(yīng)綜合考慮作用在端齒盤上的負荷 (力矩 )及鎖緊力的大小，同時受齒形加工刀具的限制，現(xiàn)已標(biāo)準(zhǔn)化，通常取 40o 、 60o 、90o 。單片機是典型的嵌入式系統(tǒng)，從體系結(jié)構(gòu)到指令系統(tǒng)都是按照嵌入式應(yīng)用特點專門設(shè)計的，能最好地滿足面對控制對象、應(yīng)用系統(tǒng)的嵌入、現(xiàn)場的可靠運行以及非凡的控制品質(zhì)要求。為了滿足系統(tǒng)對控制的精確性和柔性化要求，本設(shè)計選用的是 AT89C51型號的單片機作為自動回轉(zhuǎn)刀架控制系統(tǒng)的控制核心。因刀架電動機的功率只有 110W，所以圖 d 中刀架電動機與 380V市電的接通可以選用大功率直流繼電器，而不必采用繼電器 接觸器控制電路，以節(jié)省成本，降低故障率。霍爾電位差 UH 的基本關(guān)系為 UH=RHIB/d （ ） RH=1/nq（金屬） （ ） 霍爾開關(guān)的工作原理 工作原理 原理 ： 當(dāng)一塊通有電流的金屬或半導(dǎo)體 薄片垂直地放在磁場中時，薄片的兩端就會產(chǎn)生電位差，這種現(xiàn)象就稱為霍爾效應(yīng)。 在本設(shè)計中，采用了光電隔離保護措施。 實現(xiàn)方式：CS為低電平 時選通 8255； A A0為地址選通； RD、 WR為讀、寫信號： RD為低、 WR 為高時為讀方式， RD為高、 WR為低時為寫方式。 23 結(jié)論 本設(shè)計 根據(jù)給定的課題設(shè)計要求，綜合運用所學(xué)的基本理論、基本知識和相關(guān)的機械設(shè)計專業(yè)知識，完成 了 主要部件的裝配并繪制了必要的零部件圖，完成了 整個自動刀架系統(tǒng)的設(shè)計 。 24 參 考 文 獻 文懷興、夏田編，數(shù)控機床系統(tǒng)設(shè)計 [M].化學(xué)工業(yè)出版社， 2021 陳嬋娟主編，數(shù)控車床設(shè)計 [M].化學(xué)工業(yè)出版社， 2021 文懷興主編，數(shù)控銑床設(shè)計 [M].化學(xué)工業(yè)出版社， 2021 惲達明，金屬切削機床 [M].機械工業(yè)出版社， 2021 李蕾主編，精密機械設(shè)計 [M].化學(xué)工業(yè)出版社， 2021 吳宗澤主編，機械設(shè)計實用手冊 [M].化學(xué)工業(yè)出版社， 1999 李朝青主編，單片機原理及接口技術(shù) [E].北京航空航天大學(xué)出版社， 許立梓等編，微型 計算機原理及應(yīng)用 [E].機械工業(yè)出版社 。 21 控制軟件設(shè)計 換刀工作原理的程序流程圖 刀架電動機停轉(zhuǎn)所需刀具轉(zhuǎn)到工作位置了嗎？延時鎖緊刀架電動機反轉(zhuǎn)稍作延時刀架電動機停轉(zhuǎn)刀架電動機正轉(zhuǎn)換刀結(jié)束延時時間到否 ？所需刀具轉(zhuǎn)到工作位置嗎？是否為自動換刀開始換刀手動換刀當(dāng)前刀具是否為 所需刀具刀架電動機正轉(zhuǎn)是否轉(zhuǎn)過一個刀位？延時時間到否 ？刀架電動機停轉(zhuǎn)稍作延時刀架電動機反轉(zhuǎn)延時鎖緊刀架電動機停轉(zhuǎn)刀架電動機停轉(zhuǎn)讀入換刀信號是否有換 刀信號（自動換刀）圖 換