【正文】 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 惲達(dá)明，金屬切削機(jī)床 [M].機(jī)械工業(yè)出版社， 2021 李蕾主編，精密機(jī)械設(shè)計(jì) [M].化學(xué)工業(yè)出版社， 2021 吳宗澤主編，機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè) [M].化學(xué)工業(yè)出版社， 1999 李朝青主編，單片機(jī)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(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用 [E].機(jī)械工業(yè)出版社 。收、發(fā)信電路 傳感器采用霍爾元件，因?yàn)?霍爾開(kāi)關(guān)具有無(wú)觸電、低功 耗、長(zhǎng)使用壽命、響應(yīng)頻率高等特點(diǎn)，內(nèi)部采用環(huán)氧樹(shù)脂封灌成一體化，所以能在各類惡劣環(huán)境下可靠的工作 。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。 23 結(jié)論 本設(shè)計(jì) 根據(jù)給定的課題設(shè)計(jì)要求，綜合運(yùn)用所學(xué)的基本理論、基本知識(shí)和相關(guān)的機(jī)械設(shè)計(jì)專業(yè)知識(shí)，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(gè)自動(dòng)刀架系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 。 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。方式 0 下 8255 的 PA、 PB 及 PC 口上半部分（ PC7～PC4）和下半部分（ PC3～ PC0）中任何一個(gè)端口都可以設(shè)定為輸入或輸出， PC口還可以進(jìn)行位操作。 向 控制寄存器寫(xiě)入不同的數(shù)據(jù)可以使 8255 工作在三種不同的方式下。 實(shí)現(xiàn)方式：CS為低電平 時(shí)選通 8255； A A0為地址選通； RD、 WR為讀、寫(xiě)信號(hào)： RD為低、 WR 為高時(shí)為讀方式， RD為高、 WR為低時(shí)為寫(xiě)方式。而控制寄存器的數(shù)據(jù)則表明 PA、 PB、 PC的工作方式。 8255 與單片機(jī)系統(tǒng)連接方式簡(jiǎn)單，工作方式由程序設(shè)定， 8255 內(nèi)部有 4 個(gè)寄存器：分別為寄存器A、 B、 C 和控制寄存器。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。 在本設(shè)計(jì)中，采用了光電隔離保護(hù)措施。 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。 由此可見(jiàn)，霍爾 開(kāi)關(guān) 的靈敏度高低與外加磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度成正比的關(guān)系。I霍爾電位差 UH 的基本關(guān)系為 UH=RHIB/d （ ） RH=1/nq（金屬） （ ） 霍爾開(kāi)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(chǎng)中時(shí)，薄片的兩端就會(huì)產(chǎn)生電位差，這種現(xiàn)象就稱為霍爾效應(yīng)。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)。金屬的霍爾效應(yīng)是 1879 年被美國(guó)物理學(xué)家霍爾發(fā) 現(xiàn)的。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。因刀架電動(dòng)機(jī)的功率只有 110W，所以圖 d 中刀架電動(dòng)機(jī)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。 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)。 6只霍爾開(kāi)關(guān)輸出的 6個(gè)刀位信號(hào) T1～ T6 分別送到圖 b的 6只光耦合器進(jìn) 19 行處理，經(jīng)過(guò)光電隔離的信號(hào)再送給 I/O接口芯片 8255 的 PC2～ PC7。 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。為了滿足系統(tǒng)對(duì)控制的精確性和柔性化要求，本設(shè)計(jì)選用的是 AT89C51型號(hào)的單片機(jī)作為自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架控制系統(tǒng)的控制核心。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。針對(duì)不同的應(yīng)用領(lǐng)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(shè)計(jì)者可以根據(jù)自己的實(shí)際需要，從中選擇一款最適合設(shè)計(jì)需要 的單片機(jī)。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 。單片機(jī)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(diǎn)專門設(shè)計(jì)的，能最好地滿足面對(duì)控制對(duì)象、應(yīng)用系統(tǒng)的嵌入、現(xiàn)場(chǎng)的可靠運(yùn)行以及非凡的控制品質(zhì)要求。 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。 由式 ()得 360z?? ，在圖 6的直角三角形中， sin22yd? ?，則sin22dy ?? ， 15 在圖 7的直角三角形中 ， tan2Da yH?，則 si n 2ta n 2 ta n22DDdyH aa???， 在圖 三角形中， 2tan2HHdd? ??， 將 H 代入此式得 圖 前面嚙合副面不意圖 s in 1 1 8 02ta n c o t s in222 ta n 2DDaa z?? ?? （ ） 式 ()即為齒根角 ? 的計(jì)算公式 代入 60Da ? ，則 3 180tan sin2 120? ? ， ?? 最大齒距 (周節(jié) )t和最大齒厚 B 齒厚沿著徑向向中心逐漸縮小，在沿圓周展開(kāi)方向上 (如圖 )，根據(jù)圓周計(jì)算公式，最大齒距 (周節(jié) )t和最大齒厚 B分別為 圖 沿周向展開(kāi)的齒面三角形 1 6 5 / 1 2 0 4 .3 2t d z m m??? ? ? ? () 2 4 .3 2 / 2 2 .1 6B t m m? ? ? () 16 齒頂高 h 及嚙合高度 齒頂高就是嚙合平面到齒頂?shù)淖畲缶嚯x，在如圖 形成的直角三角形中， tan(a/2)=t/2H，而齒頂高 h通常取三角形高度的 1/，即 H=，得齒頂高 h的計(jì)算公式為： 5 ta n5 ta n 22Dth m ma? ? ?? 上下端齒的嚙合高度為 2h=。本設(shè)計(jì)采用 60Da ? 的齒形角。 圖 單齒俯視示意圖 圖 在選取時(shí)齒形角 Da 時(shí)，應(yīng)綜合考慮作用在端齒盤上的負(fù)荷 (力矩 )及鎖緊力的大小，同時(shí)受齒形加工刀具的限制，現(xiàn)已標(biāo)準(zhǔn)化，通常取 40o 、 60o 、90o 。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。根據(jù)本機(jī)構(gòu)實(shí)際出發(fā)，端齒盤外徑設(shè)計(jì)為 d=165mm。 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。 端齒盤主要參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算 本設(shè)計(jì)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(jì)算如下。 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。由于工作時(shí)相當(dāng)于上下齒盤在不斷地對(duì)研，因此使用越久，分度精度的重復(fù)性和持久性也就越好，而且精度有可能提高。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 )。 它具有以下優(yōu)點(diǎn)： ①分度精度高 可高達(dá) ?? ，實(shí)際分度誤差等于所有齒單個(gè)分度誤差的平均值。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。 12 6 鎖緊定位機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 端齒盤設(shè)計(jì) 端齒盤又稱多齒盤、細(xì)齒盤、鼠牙盤，是具有自動(dòng)定心功能的精密分度定位元件，廣泛應(yīng)用于加工中心、柔性單元、數(shù)控機(jī)床、組合機(jī)床、測(cè)量?jī)x器、各種高精度間歇式圓周分度裝置、多工位定位機(jī)構(gòu)以及其它需要精密分度的各種設(shè)備上。 11 其他參數(shù)的確定 采用單頭梯形螺紋，頭數(shù) 1?n ,牙