畢業(yè)設(shè)計--c616臥式車床八工位數(shù)控回轉(zhuǎn)刀架設(shè)計（含全套圖紙）

1、<p>　　C616臥式車床八工位數(shù)控回轉(zhuǎn)刀架設(shè)計</p><p><b>　　【摘要】</b></p><p>　　數(shù)控加工的加工精度高，生產(chǎn)率高，能減輕操作者勞動強(qiáng)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(jì)效益的提高，它的發(fā)展和運(yùn)用，影響著制造業(yè)水平高低，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的數(shù)控化，已經(jīng)成為當(dāng)今制造業(yè)的發(fā)展方向，所以非常值得我們?nèi)パ芯俊?lt;/p>

2、;<p>　　本設(shè)計通過對八工位臥式電動控制刀架的工作原理的分析，確定了多種方案，綜合考慮各種方案的優(yōu)缺點、性價比后，采用電動回轉(zhuǎn)刀架。其刀架機(jī)構(gòu)的主要部件包括減速傳動機(jī)構(gòu)、刀架的抬起機(jī)構(gòu)、鎖緊與轉(zhuǎn)位精定位機(jī)構(gòu)等，控制系統(tǒng)軟件包括控制系統(tǒng)的選擇，控制系統(tǒng)軟硬件的設(shè)計，收發(fā)信電路的設(shè)計等，設(shè)計中所采用螺桿抬起機(jī)構(gòu)、端齒盤定位機(jī)構(gòu)和單片機(jī)控制系統(tǒng)都計較經(jīng)濟(jì)實用，適合我們我國現(xiàn)階段數(shù)控機(jī)床的發(fā)展需要。</p>&l

3、t;p><b>　　【關(guān)鍵詞】</b></p><p>　　八工位，電動刀架，自動化，8051單片機(jī)</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1 緒論5</b></p><p><b>　　1.1 引言5</b>&

4、lt;/p><p>　　1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀5</p><p>　　1.3 存在的問題6</p><p>　　1.4 解決的方法7</p><p><b>　　2 方案設(shè)計8</b></p><p>　　2.1 自動刀架的基本要求和類型8</p><p>　　2.

5、1.1自動刀架的基本要求8</p><p>　　2.1.2自動刀架的類型8</p><p>　　2.2 方案的擬定和確定9</p><p>　　3 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計11</p><p>　　3.1 減速傳動機(jī)構(gòu)方案設(shè)計11</p><p>　　3.2 刀架抬起機(jī)構(gòu)設(shè)計12</p><p&g

6、t;　　3.3 上刀體鎖緊與精定位機(jī)構(gòu)設(shè)計13</p><p>　　4 主要部件的設(shè)計計算15</p><p>　　4.1 減速傳動機(jī)構(gòu)的設(shè)計計算15</p><p>　　4.1.1蝸桿的選型15</p><p>　　4.1.2蝸桿副的材料選擇15</p><p>　　4.1.3按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計

7、15</p><p>　　4.1.4蝸桿和蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸19</p><p>　　4.1.5校核蝸輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度19</p><p>　　4.2 螺桿的設(shè)計計算21</p><p>　　4.2.1螺距的確定21</p><p>　　4.2.2其他參數(shù)的確定21</p><p&

8、gt;　　4.2.3自鎖性能校核21</p><p>　　4.3 端齒盤設(shè)計22</p><p>　　4.3.1 端齒盤的特點22</p><p>　　4.3.2 端齒盤主要參數(shù)的設(shè)計計算22</p><p>　　5 電氣控制部分設(shè)計26</p><p>　　5.1 控制系統(tǒng)的選擇26</p>

9、<p>　　5.2 控制方式的選擇27</p><p>　　5.3 硬件電路設(shè)計27</p><p>　　5.3.1收信電路設(shè)計27</p><p>　　5.3.2發(fā)信電路設(shè)計29</p><p>　　5.4 控制軟件設(shè)計31</p><p><b>　　6 致 謝37</b

10、></p><p>　　7 參 考 文 獻(xiàn)38</p><p><b>　　1 緒論</b></p><p><b>　　1.1 引言</b></p><p>　　電動刀架是數(shù)控車床重要的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，應(yīng)用了自動控制、微電子、傳感測量等方面的最新成就，是典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。合理地選配電動刀

11、架，并正確實施控制，能夠有效地提高勞動生產(chǎn)率，縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備時間，消除人為誤差，提高加工精度與加工精度的一致性等等。另外，加工工藝適應(yīng)性和連續(xù)穩(wěn)定的工作能力也明顯提高；尤其是在加工幾何形狀較復(fù)雜的零件時，除了控制系統(tǒng)能提供相應(yīng)的控制算祛對執(zhí)行機(jī)構(gòu)(如步進(jìn)電機(jī)等)發(fā)出相應(yīng)的控制指令補(bǔ)，很重要的一點是數(shù)控車床需配備易于控制的電動刀架，以便一次裝夾所需各種刀具，靈活、方便地完成各種幾何形狀的加工。因此它的發(fā)展和運(yùn)用，改變了制造業(yè)的生產(chǎn)方式、產(chǎn)業(yè)

12、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。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，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的數(shù)控化，已經(jīng)成為當(dāng)今制造業(yè)的發(fā)展方向。當(dāng)前，數(shù)控車床的發(fā)展很快，特別是適合中國國情的經(jīng)濟(jì)型簡易數(shù)控車床的迅猛發(fā)展，與之相適應(yīng)的電動刀架的研究與生產(chǎn)也日趨活躍。</p><p>　　1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀</p><p>　　數(shù)控機(jī)床是

13、先進(jìn)制造業(yè)的基礎(chǔ)機(jī)械，是最典型的多品種、小批量、高技術(shù)含量的機(jī)電一體化產(chǎn)品。目前世界數(shù)控機(jī)床年產(chǎn)量超過25萬臺，品種超過1500種。由于國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床不能滿足市場的需求，使我國機(jī)床的進(jìn)口額呈逐年上升態(tài)勢。目前我國數(shù)控機(jī)床技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀是：</p><p>　?、佼a(chǎn)品成熟度差，可靠性不高　?、诋a(chǎn)品品種少，不能滿足市場需求　?、蹌?chuàng)新能力低，市場競爭力不強(qiáng)　?、軘?shù)控機(jī)床行業(yè)的專業(yè)化零配件及部件的協(xié)作生產(chǎn)配套體系不健

14、全，大多數(shù)企業(yè)都是“大而全、小而全”的結(jié)構(gòu)模式。</p><p>　　近期我國在數(shù)控機(jī)床的發(fā)展方面，主要采取跟蹤高級型、發(fā)展普及型、擴(kuò)大經(jīng)濟(jì)型，以普及型為主的策略，重點發(fā)展。</p><p>　　目前我國機(jī)床主機(jī)廠刀架資源有以下五個來源：</p><p><b>　　①主機(jī)廠自制；</b></p><p>　?、趤碜砸獯?/p>

15、利和德國； </p><p>　?、蹃碜詿熍_環(huán)球機(jī)床附件集團(tuán)有限公司；</p><p>　?、軄碜越K常州地區(qū)若干企業(yè)；</p><p><b>　?、輥碜耘_灣地區(qū)。</b></p><p>　?、奁渲谐Ｖ莸貐^(qū)的刀架生產(chǎn)企業(yè)占據(jù)經(jīng)濟(jì)性刀架的主流市場。</p><p><b>　　據(jù)專家分

16、析預(yù)測：</b></p><p>　?、贁?shù)控機(jī)床推廣應(yīng)用逐步由經(jīng)濟(jì)型為主向普及型為主轉(zhuǎn)變。到2005年我國機(jī)床的數(shù)控化率為9.5%-10.36%，到2010年將達(dá)到16.5%-19.27%。在2001-2010年，經(jīng)濟(jì)型所占比重繼續(xù)減少，普及型所占比重繼續(xù)增長，高級型的需求緩慢增長。</p><p>　?、诔隹谇熬傲己谩?998年及前幾年我國機(jī)床工具的出口額徘徊在5億美元左右，

17、2000年上升到7.85億美元，隨著東南亞經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇和我國出口多極化市場的形成和鞏固，以及我國加入WTO，今后幾年我國機(jī)床出口將實現(xiàn)平穩(wěn)、持續(xù)增長。預(yù)計到2010年出口創(chuàng)匯可達(dá)到13億美元。</p><p>　　本系統(tǒng)利用單片機(jī)的特性，在刀架與CNC（數(shù)控系統(tǒng)）之間架起一座橋梁，以提高刀架的運(yùn)行性能。而單片機(jī)指令豐富,運(yùn)行速度高,軟件組態(tài)靈活,可以方便地實現(xiàn)多模式控制,為實現(xiàn)高性能系統(tǒng)提供了技術(shù)保證。</p&

18、gt;<p><b>　　1.3 存在的問題</b></p><p>　　目前數(shù)控刀架控制存在的問題是：</p><p>　?、倏刂拼?，自診斷功能弱，故障率高，排除故障時間長。</p><p>　　目前刀架的控制都是由CNC的內(nèi)置PLC或固化I/O控制來完成。這種控制的優(yōu)點是實現(xiàn)方便，但對刀架的控制不夠精確。由于刀架的品種繁多，結(jié)

19、構(gòu)各異，使得機(jī)床廠家的技術(shù)人員或CNC的程序開發(fā)人員對刀架的控制很難把握得非常準(zhǔn)確。由于刀架的控制粗陋， CNC的接口資源的限制，致使刀架的故障率高，故障提示簡單，使技術(shù)人員對刀架的故障不能進(jìn)一步地細(xì)分，無形中增加了故障率和故障的排除時間。</p><p>　　②無鎖緊狀態(tài)、智能識別功能。</p><p>　　目前，市場占有率最高的電動單向轉(zhuǎn)刀架其鎖緊控制采用延時方式，這種控制的特點是簡單

20、、可靠，但對刀架的使用壽命有害。由于使用統(tǒng)一的延時時間進(jìn)行刀架的鎖緊控制，這就使得許多刀架鎖不緊或鎖得太緊，進(jìn)而造成零件加工精度喪失、下次換刀失敗。</p><p>　?、劭刂仆ㄓ眯圆?。由于刀架的控制時序不同，刀架所安裝的發(fā)訊裝置各異，因此不同的刀架要使用不同的控制程序和控制接口電路，給刀架的使用帶來不便。</p><p>　?、苡绊懼懈邫n刀架的推廣使用。</p><p

21、>　　數(shù)控刀架是數(shù)控車床上的最復(fù)雜的機(jī)電一體化功能部件之一，其控制程序復(fù)雜（尤其對雙向轉(zhuǎn)刀架）。數(shù)控機(jī)床廠的技術(shù)開發(fā)人員，需花費(fèi)相當(dāng)多的時間及精力，在有足夠經(jīng)驗積累的基礎(chǔ)上，才能編制出功能完善的刀架控制程序。這極大地影響了機(jī)床廠家的新產(chǎn)品開發(fā)進(jìn)度。特別對于現(xiàn)在發(fā)展迅猛、數(shù)量眾多的民營、私營機(jī)床企業(yè)，其技術(shù)力量薄弱，許多企業(yè)不具備刀架控制程序的開發(fā)能力，這就限制了中高檔刀架的推廣和使用。另一方面，目前國內(nèi)企業(yè)使用最普及的經(jīng)濟(jì)型CNC

22、只能控制電動單向轉(zhuǎn)刀架，這就限制了雙向轉(zhuǎn)刀架的推廣和使用。</p><p><b>　　1.4 解決的方法</b></p><p>　　首先按刀架的不同控制方式進(jìn)行分類，將各種刀架的控制程序都集成在單片機(jī)上，通過刀架選擇開關(guān)確定對不同刀架的控制。其次根據(jù)刀架發(fā)訊裝置的不同，設(shè)計專用的接口電路。經(jīng)過這樣設(shè)計的刀架控制系統(tǒng)可以控制電動單向轉(zhuǎn)、電動雙向轉(zhuǎn)、液壓等各類型刀架且

23、可兼容4工位、6工位、8工位、12工位等多種規(guī)格刀架。實現(xiàn)刀架控制的通用性。</p><p>　　其次獨(dú)立的刀架控制系統(tǒng)可與CNC連接，一方面可以大大簡化CNC側(cè)刀架控制程序的編制工作，另一方面可以實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)對雙向轉(zhuǎn)刀架的控制。該刀架控制系統(tǒng)也可以脫離CNC單獨(dú)使用，其內(nèi)裝的刀架自檢測程序可控制刀架運(yùn)行，在刀架發(fā)生故障時用以判斷故障在刀架側(cè)或在CNC側(cè)。根據(jù)各種刀架的控制過程，將刀架運(yùn)行過程中可能出現(xiàn)的各

24、種故障，制作出自診斷表，分配故障代碼，給出故障報警，方便用戶維修。</p><p>　　本設(shè)計主要針對中低檔經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床設(shè)計的自動回轉(zhuǎn)刀架，用單片機(jī)作為其控制系統(tǒng)的CPU，具有位處理能力,強(qiáng)調(diào)控制和事務(wù)處理功能，價格低廉，控制可靠的特點。經(jīng)過反復(fù)的檢查和論證，能夠滿足經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的要求。</p><p><b>　　2 方案設(shè)計</b></p>&

25、lt;p>　　在零件的制造過程中，大量的時間用于更換刀具、裝卸零件、測量和搬運(yùn)零件等非切削時間上，切削加工時間僅占整個工時中較小的比例。為了縮短非切削時間，充分發(fā)揮機(jī)床的效率，往往采用“工序集中”的原則。常見的自動回轉(zhuǎn)刀架就是為了實現(xiàn)上述功能而設(shè)計的。</p><p>　　2.1 自動刀架的基本要求和類型</p><p>　　2.1.1自動刀架的基本要求</p><

26、;p>　　①滿足工藝要求 機(jī)床依靠刀具和工件間的相對運(yùn)動形成工作表面，而加工工件的表面形狀和表面位置多種多樣，要求刀架盡可能布置足夠的刀具，換刀時間短，能夠方便而正確地加工各工件表面。</p><p>　?、诒ＷC足夠高的重復(fù)定位精度 在刀架上安裝刀具時應(yīng)能精確地調(diào)整刀具的位置，以保證刀具和工件間準(zhǔn)確的相對位置，而且精度保持性要好，以便長期保持刀具的正確位置。</p><p>　　

27、③具有足夠的剛度 刀架在粗車時要承受很大的切削力，所以刀架在結(jié)構(gòu)上必須具有良好的強(qiáng)度和剛度。由于車削加工精度在很大程度上取決于刀尖的位置，對于數(shù)控車床來說，在加工過程中刀具的位置不能進(jìn)行人工調(diào)整，因此必須要有可靠的定位方案和合理的定位結(jié)構(gòu)，才能保證回轉(zhuǎn)刀架在每次轉(zhuǎn)位之后，具有盡可能高的重復(fù)定位精度。</p><p>　　④提高可靠性 由于自動換刀裝置在機(jī)床工作過程中，使用頻率很高，所以擁有很高的可靠性非常重要

28、。</p><p>　?、菘s短換刀時間 自動刀架是為了提高機(jī)床的自動化而設(shè)置的，因而它的換刀時間應(yīng)盡可能的短，有利于提高生產(chǎn)效率。</p><p>　　2.1.2自動刀架的類型</p><p>　　一般自動刀架的結(jié)構(gòu)取決于機(jī)床的類型、工藝范圍、使用刀具種類和數(shù)量。目前的數(shù)控車床的自動刀架的類型、結(jié)構(gòu)特點和適用范圍見表1.1。</p><p>

29、;　　表1.1 自動刀架的類型</p><p>　　2.2 方案的擬定和確定</p><p>　　從表1.1中可以得出由于轉(zhuǎn)塔頭的主軸部件多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，本設(shè)計的自動刀架應(yīng)選為自動回轉(zhuǎn)刀架。自動回轉(zhuǎn)刀架系統(tǒng)的功能分析：</p><p>　?、偬穑簽榱耸沟都苣軌蜣D(zhuǎn)位，回轉(zhuǎn)刀架必須先抬起。</p><p>　?、谵D(zhuǎn)位：為了完成工件若干個

30、工序的加工，在回轉(zhuǎn)刀架上固定著8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?！　?lt;/p><p>　　③定位：為保證加工精度，在加工時回轉(zhuǎn)刀架應(yīng)精確定位，而在轉(zhuǎn)位時應(yīng)先將定位銷拔出。</p><p>　?、苕i緊：刀架在反轉(zhuǎn)后，必須鎖緊才能正常加工工件。</p><p>　　自動刀架的驅(qū)動裝置可以是液壓驅(qū)動也可以是電動驅(qū)動，液壓驅(qū)動的刀架即液壓刀架，電動機(jī)

31、驅(qū)動的刀架即電動刀架。</p><p>　?、僖簤旱都艿某醪椒桨负唸D如下圖1.1所示。</p><p>　　圖1.1 液壓刀架</p><p>　　其工作原理為：它利用擺動液壓缸來控制刀架轉(zhuǎn)位，圖中有擺動閥芯、撥爪、小液壓缸。撥爪帶動刀架轉(zhuǎn)位，小液壓缸向下拉緊，從而產(chǎn)生拉緊力。液壓式刀架的特點在于轉(zhuǎn)位可靠，拉緊力大，但需要額外的一套液壓系統(tǒng)（機(jī)床自身有時則不需要

32、）。 </p><p>　?、陔妱拥都艿某醪椒桨负唸D如下圖1.2所示。</p><p><b>　　圖1.2 電動刀架</b></p><p>　　其工作原理為：當(dāng)數(shù)控裝置發(fā)出換刀指令后，電動機(jī)正轉(zhuǎn)，通過離合器帶動蝸桿旋轉(zhuǎn)，在經(jīng)過蝸輪帶動軸旋轉(zhuǎn)，從而使刀架抬起，刀架抬起后，電動機(jī)繼續(xù)轉(zhuǎn)動帶動刀架轉(zhuǎn)位，完成轉(zhuǎn)位后，經(jīng)過延時使電機(jī)反轉(zhuǎn)，壓緊

33、刀架。</p><p>　　綜上所述，液壓自動回轉(zhuǎn)刀架精度高、效率高，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高。而電動自動回轉(zhuǎn)刀架相對于液壓回轉(zhuǎn)刀架性能略差，但其結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)方便、成本低，所以非常適合經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，因為本課題中的刀具數(shù)目為八把，數(shù)量較少，應(yīng)為經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床所設(shè)計，所以選擇電動自動回轉(zhuǎn)刀架。</p><p><b>　　3 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計</b></p>

34、<p>　　根據(jù)已選的電動自動回轉(zhuǎn)刀架，確定其工作流程，見自動回轉(zhuǎn)刀架換刀流程如圖3.1所示，并對其進(jìn)行總體性結(jié)構(gòu)設(shè)計。包括：減速傳動機(jī)構(gòu)方案設(shè)計、刀架抬起機(jī)構(gòu)設(shè)計、上刀體鎖緊與精定位機(jī)構(gòu)設(shè)計。</p><p>　　圖3.1 自動回轉(zhuǎn)刀架的換刀流程</p><p>　　3.1 減速傳動機(jī)構(gòu)方案設(shè)計</p><p>　　由于電動機(jī)的轉(zhuǎn)速太快，不能直接驅(qū)動刀架

35、進(jìn)行換刀，必須經(jīng)過減速機(jī)構(gòu)進(jìn)行減速，減速機(jī)構(gòu)一般可以設(shè)計成齒輪傳動、蝸輪蝸桿傳動、帶輪—齒輪傳動、鏈條傳動。</p><p>　　齒輪傳動的特點是：傳動比準(zhǔn)確，工作平穩(wěn)，傳動效率高，一般可以達(dá)到95%以上，精度較高的圓柱齒輪副可以達(dá)到99%；傳動效率高、傳遞功率范圍廣，可以從儀表中齒輪微小功率的傳動到大型動力機(jī)械幾萬千瓦功率的傳動；結(jié)構(gòu)緊湊、維護(hù)簡便和使用壽命長。但要求較高的制造和安裝精度，成本較高；傳動比小不適

36、宜于遠(yuǎn)距離兩軸之間的傳動；低精度齒輪在傳動時會產(chǎn)生噪聲和振動。</p><p>　　蝸輪蝸桿傳動的特點：由于蝸桿上的輪齒是連續(xù)的螺旋齒，同時嚙合齒多，故動載荷小，傳動平穩(wěn)；能以單級傳動獲得較大的傳動比，機(jī)構(gòu)緊湊；嚙合輪齒間有很大的相對滑動速度，在轉(zhuǎn)遞載荷時，磨損大效率低，發(fā)熱嚴(yán)重，需進(jìn)行熱平衡計算；當(dāng)蝸桿的導(dǎo)程角小于嚙合輪齒間的當(dāng)量摩擦角時，具有反行程自鎖性。</p><p>　　鏈傳動的

37、特點：能夠保證平均傳動比不變；可用于大中心距的傳動，傳動效率高；其瞬時傳動比是變化的不適用于傳動比為常數(shù)的場合；工作時有沖擊和噪聲；制造成本高，安裝要求準(zhǔn)確，需要有適當(dāng)?shù)臐櫥蛷埦o措施。</p><p>　　綜合考慮以上各種類型的傳動特點，結(jié)合本設(shè)計的實際情況，由于減速比較大，若選用齒輪傳動則必須設(shè)計成多級齒輪傳動，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積較大而且多級齒輪成本高。帶輪—齒輪傳動同樣是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本較高。根據(jù)鏈傳動的特點可

38、知其不適合本設(shè)計的傳動要求。而蝸輪蝸桿傳動所得的單級傳動比很大，可以改變運(yùn)動方向，能夠保證傳遞動的精度和平穩(wěn)性，雖然其效率不高，功耗損失較大，但是由于本機(jī)構(gòu)所需的功率很小，因此選用蝸桿副減速。</p><p>　　3.2 刀架抬起機(jī)構(gòu)設(shè)計</p><p>　　在執(zhí)行換刀動作時，刀架必須先執(zhí)行抬起動作，然后在由蝸輪旋轉(zhuǎn)進(jìn)行選刀。刀架抬起機(jī)構(gòu)可以設(shè)計成凸臺棘爪機(jī)構(gòu)也可以設(shè)計成螺桿-螺母副。凸臺

39、棘爪機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)復(fù)雜，凸臺和棘爪的加工難度大，成本高。螺桿-螺母副機(jī)構(gòu)簡單，傳動軸向力大，加工容易，成本低，能夠完成刀架的抬起動作。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)電動機(jī)通過蝸桿-蝸輪帶動螺桿繞中心軸轉(zhuǎn)動時，作為螺母的上刀體要么轉(zhuǎn)動要么上下移動。到刀架處于鎖緊狀態(tài)時，上刀體與下刀體的端齒面相互嚙合時，因為這時上刀體不能與蝸桿一起轉(zhuǎn)動，所以螺桿的轉(zhuǎn)動只能使上刀體向上移動。當(dāng)端面齒脫離嚙合時，上刀體就與

40、螺桿一同轉(zhuǎn)動。</p><p>　　3.3 上刀體鎖緊與精定位機(jī)構(gòu)設(shè)計</p><p>　　因為刀具直接安裝在上刀體上，在切削時要承受很大的切削力，其鎖緊與定位的精度將直接影響工件的加工精度。本設(shè)計上刀體的鎖緊與定位機(jī)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。當(dāng)?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(zhuǎn)動；換刀時電動機(jī)正轉(zhuǎn)，抬起機(jī)構(gòu)使上刀體抬起，

41、等上下端面齒脫開后，上刀體才可以繞刀架中心軸轉(zhuǎn)動，完成轉(zhuǎn)位動作。</p><p>　　圖3.2表示自動回轉(zhuǎn)刀架在換刀過程中有關(guān)銷的位置。其中上部的圓柱銷2和下部的反靠銷6起著重要作用。</p><p>　　圖3.2 刀架轉(zhuǎn)位過程中銷的位置</p><p>　　a) 換刀開始時，圓柱銷2與上蓋圓盤1可以相對滑動</p><p>　　b) 上刀體

42、4完全抬起后，圓柱銷2落入上蓋圓盤1操內(nèi)，上蓋圓盤1將帶動圓柱銷2以及上刀體4一起轉(zhuǎn)動</p><p>　　c) 上刀體4連續(xù)轉(zhuǎn)動時，反靠銷6可從反靠盤7的槽左側(cè)斜坡滑出</p><p>　　d) 找到刀位時，刀架電動機(jī)反轉(zhuǎn)，反靠銷6反靠，上刀體停轉(zhuǎn)，實現(xiàn)粗定位</p><p>　　1—上蓋圓盤 2—圓柱銷 3—彈簧 4—上刀體 5—圓柱銷 6—反靠銷 7—反靠圓盤

43、</p><p>　　當(dāng)?shù)都芴幱阪i緊狀態(tài)時，兩銷的情況如圖a所示，此時反靠銷6落在反靠盤7的十字槽內(nèi)，上刀體4的端面齒和峽到體的端面齒處于嚙合狀態(tài)（上下端齒在圖 a中未畫出）。</p><p>　　需要換刀時，控制系統(tǒng)發(fā)出刀架轉(zhuǎn)位信號，三相異步電動機(jī)正向旋轉(zhuǎn)，通過蝸桿副帶動螺桿正向轉(zhuǎn)動，與螺桿配合的上刀體4逐漸抬起，上刀體4與下刀體之間的端面齒慢慢脫開；與此同時，上端圓盤1也隨著螺桿正向轉(zhuǎn)

44、動（上端圓盤1通過圓柱銷與螺桿聯(lián)接），當(dāng)轉(zhuǎn)過約170度時，上端圓盤1直槽的另一端轉(zhuǎn)到圓柱2的正上方，由于彈簧3的作用，圓柱銷2落入直槽內(nèi)，于是上端圓盤1就通過圓柱銷2使得上刀體4轉(zhuǎn)動起來（此時端齒面齒已完全脫開）。如圖b 所示。 </p><p>　　上蓋圓盤1、圓柱銷2以及上刀體4在正轉(zhuǎn)的過程中，反靠銷6能夠從反靠圓盤7中十字槽的左側(cè)斜坡滑出，而不影響上刀體4尋找刀位時的正向轉(zhuǎn)動，如圖C所示。</p&g

45、t;<p>　　上刀體4帶動磁鐵轉(zhuǎn)到需要的刀位時，發(fā)信盤上對應(yīng)的元件輸出低電平信號，控制系統(tǒng)收到后，立即控制刀架電動機(jī)反轉(zhuǎn)，上蓋圓盤1通過圓柱銷2帶動上刀體4開始反轉(zhuǎn)，反靠銷6馬上就會落入反靠圓盤7的十字槽內(nèi)，至此，完成粗定位，如圖d所示。此時，反靠銷6馬上就會落入反靠圓盤7的十字槽內(nèi)爬不上來，于是上刀體4停止轉(zhuǎn)動，開始下降，而上蓋圓盤1繼續(xù)反轉(zhuǎn)，其直槽的左側(cè)斜坡將圓柱銷2的頭部壓入上刀體4的銷孔內(nèi)，之后，上蓋圓盤1的下表

46、面開始與圓柱銷2的頭部滑動。在此期間，上、下刀體的端面齒逐漸嚙合，實現(xiàn)精定位，經(jīng)過設(shè)定的延時時間后，刀架電動機(jī)停轉(zhuǎn)，整個換刀過程結(jié)束。</p><p>　　由于蝸桿副具有自瑣功能，所以刀架可穩(wěn)定的工作。</p><p>　　4 主要部件的設(shè)計計算</p><p>　　根據(jù)上述所確定的刀架方案，其結(jié)構(gòu)中的主要部件有減速傳動機(jī)構(gòu)即蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)、刀架的抬起轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)螺桿-

47、螺母副和精定位機(jī)構(gòu)端齒盤等。</p><p>　　4.1 減速傳動機(jī)構(gòu)的設(shè)計計算</p><p>　　本設(shè)計的減速傳動機(jī)構(gòu)是蝸輪蝸桿副，自動回轉(zhuǎn)刀架的動力源是三相異步電動機(jī)，其中蝸桿與電動機(jī)通過聯(lián)軸器相連，刀架轉(zhuǎn)位時蝸輪與上刀體直聯(lián)。由于刀架轉(zhuǎn)動所需的功率較小，所以選取額定功率為=90W，額定轉(zhuǎn)速=1440r/min的電動機(jī) ,上刀體設(shè)計轉(zhuǎn)速，則蝸桿副的傳動比。刀架從轉(zhuǎn)位到鎖緊時，需要蝸桿

48、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。</p><p>　　4.1.1蝸桿的選型 </p><p>　　根據(jù)GB/T10085-1988的推薦采用漸開線蝸桿（ZI蝸桿）和錐面包絡(luò)蝸桿（ZK蝸桿）。本設(shè)計采用結(jié)構(gòu)簡單、制造方便的漸開線型圓柱蝸桿(ZI型)。</p><p>　　4.1.2蝸桿副的材料選擇 </p><

49、;p>　　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，其螺旋齒面要求淬火，硬度為45～55HRC，以提高表面耐磨性；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。</p><p>　　4.1.3按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計 </p><p>　　刀架中的蝸桿副采用閉式傳動，多因齒面膠合或點蝕而失效。因此，在進(jìn)

50、行承載能力計算時，先按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計，再按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行校核。</p><p>　　按蝸輪接觸疲勞強(qiáng)度條件設(shè)計計算的公式為：</p><p><b>　?。?.1）</b></p><p>　　式中 a--------蝸桿副的傳動中心距，單位為mm;</p><p>　　k--------載荷系數(shù)；&l

51、t;/p><p>　　-------作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩，單位為；</p><p>　　-------彈性影響系數(shù)，單位N.mm;</p><p>　　-------接觸系數(shù)；</p><p>　　------許用接觸應(yīng)力，單位為MPa</p><p>　　從上式算出蝸桿副的中心距a之后，根據(jù)傳動比i=48，從表4.1中選擇

52、一個合適的中心距a值，以及相應(yīng)的蝸桿、蝸輪參數(shù)。</p><p>　　表4.1 普通圓柱蝸桿基本尺寸和參數(shù)選擇及其蝸輪參數(shù)的匹配</p><p>　?、俅_定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩 設(shè)蝸桿頭數(shù)=1，蝸桿副的傳動效率。有電動機(jī)的額定功率W,可以算得蝸輪傳遞的功率，再有蝸輪的轉(zhuǎn)速求得作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩：</p><p>　?、诖_定載荷系數(shù)K 載荷系數(shù)。其中為使用系數(shù)，由表

53、4.2查得，由于工作載荷不均勻，起動時沖擊較大，因此?。粸辇X向載荷分布系數(shù)，因工作載荷在起動和停止時有變化，故??；為動載荷系數(shù)，由于轉(zhuǎn)速不高、沖擊不大，可取。則有載荷系數(shù)：</p><p><b>　　表4.2 使用系數(shù)</b></p><p>　?、鄞_定彈性影響系數(shù) 鑄錫磷青銅蝸輪與鋼蝸桿相配時，從有關(guān)手冊查得彈性影響系數(shù)。</p><p>

54、;　?、艽_定接觸系數(shù) 先假設(shè)蝸桿分度圓直徑和傳動中心距a的比值，從圖4.1中可查得接觸系數(shù)。</p><p>　　圖4.1 圓柱蝸桿傳動的接觸系數(shù)</p><p>　?、荽_定許用接觸應(yīng)力 根據(jù)蝸輪材料為鑄錫磷青銅、金屬模鑄造、蝸桿螺旋齒面硬度大于45HRC，可從表4.3中查得蝸輪的基本許用應(yīng)力。由于蝸桿為單頭，蝸輪每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)時每個齒輪嚙合的次數(shù)j=1；蝸輪轉(zhuǎn)速；蝸桿副的使用壽命。則應(yīng)力循

55、環(huán)次數(shù)：</p><p><b>　　壽命系數(shù)：</b></p><p>　　表4.3 鑄錫磷青銅蝸輪的基本許用接觸應(yīng)力</p><p><b>　　許用接觸應(yīng)力:</b></p><p>　　⑥計算中心距 將以還是各參數(shù)帶入式(6-9),求得中心距:</p><p>　　

56、查表4.1,取中心距a=50mm,已知蝸桿頭數(shù),設(shè)模數(shù)m=1.6mm,得蝸桿分度圓直徑.這時,由圖4.1系數(shù)。因為,因此以上計算結(jié)果可用。</p><p>　　4.1.4蝸桿和蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸 </p><p>　　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。①蝸桿參數(shù)與尺寸 頭數(shù)，模數(shù)m=1.6mm，軸向齒距，軸向齒厚，分度圓直徑

57、，直徑系數(shù)，分度圓導(dǎo)程角。</p><p>　　取齒頂高系數(shù)，徑向間隙系數(shù)，則</p><p><b>　　齒頂圓直徑：</b></p><p><b>　　齒根圓直徑：</b></p><p><b>　　mm</b></p><p>　?、谖佪唴?shù)與

58、尺寸 齒數(shù)，模數(shù)m=1.6mm,</p><p><b>　　分度圓直徑為：</b></p><p><b>　　變位系數(shù)：</b></p><p><b>　　蝸輪喉圓直徑為：</b></p><p><b>　　蝸輪齒根圓直徑為：</b></p

59、><p><b>　　蝸輪咽喉母圓半徑：</b></p><p><b>　　。</b></p><p>　　4.1.5校核蝸輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度</p><p>　　檢驗下式是否成立，即可較核蝸輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度。</p><p><b>　?。?.2） </b&

60、gt;</p><p>　　式中 ——蝸輪齒根彎曲應(yīng)力，單位為MPa；</p><p><b>　　——蝸輪齒形系數(shù)；</b></p><p>　　——螺旋角影響系數(shù)；</p><p>　　——蝸輪的許用彎曲應(yīng)力，單位為MPa。</p><p>　　由蝸桿頭數(shù)=1，傳動比i=48，可以算出蝸輪齒

61、數(shù)。</p><p><b>　　則蝸輪的當(dāng)量齒數(shù)：</b></p><p>　　根據(jù)蝸輪變位系數(shù)和當(dāng)量齒數(shù)，查手冊得齒形系數(shù)：</p><p><b>　　螺旋角影響系數(shù)：</b></p><p>　　根據(jù)蝸桿的材料和制造方法，查表3.4，可得蝸輪基本許用彎曲應(yīng)力：</p><

62、p><b>　　蝸輪的壽命系數(shù)：</b></p><p>　　蝸輪的許用彎曲應(yīng)力：</p><p>　　將以上參數(shù)帶入式（3-2），得蝸輪齒根彎曲應(yīng)力：</p><p>　　可見，蝸輪齒根的彎曲強(qiáng)度滿足要求。 </p><p>　　表4.4 蝸輪的基本許用彎曲應(yīng)力 單位：（MPa）</p>

63、<p>　　4.2 螺桿的設(shè)計計算</p><p>　　4.2.1螺距的確定 </p><p>　　刀架轉(zhuǎn)位時，要求螺桿在轉(zhuǎn)動約的情況下，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(dá)2mm。因此，螺桿的螺距應(yīng)滿足，即，今取螺桿的螺距。</p><p>　　4.2.2其他參數(shù)的確定 </p>&

64、lt;p>　　采用單頭梯形螺紋，頭數(shù) ,牙側(cè)角，外螺紋大徑（公稱直徑），牙側(cè)間隙，基本牙型高度，外螺紋高，外螺紋中徑，外螺紋小徑，螺桿螺紋部分長度。</p><p>　　4.2.3自鎖性能校核 </p><p>　　螺桿螺母材料均用45鋼，查表4.5，取二者的摩擦因素；再求得梯形螺旋副的當(dāng)量摩擦角：</p><p><b>　　而螺紋升角：<

65、/b></p><p>　　小于當(dāng)量摩擦角，因此，所選幾何參數(shù)滿足自鎖條件。</p><p>　　表4.5 滑動螺旋副材料的許用壓力及摩擦因素</p><p><b>　　4.3 端齒盤設(shè)計</b></p><p>　　端齒盤又稱多齒盤、細(xì)齒盤、鼠牙盤，是具有自動定心功能的精密分度定位元件，廣泛應(yīng)用于加工中心、柔

66、性單元、數(shù)控機(jī)床、組合機(jī)床、測量儀器、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。端齒盤實際上相當(dāng)于一對齒數(shù)相同的離合器，其嚙合過程與離合器的嚙合類似。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。</p><p>　　4.3.1 端齒盤的特點</p><p>　　在分度及定位裝置中，一般用端齒盤作為其精確定位元件。它具有以下

67、優(yōu)點：</p><p>　?、俜侄染雀?最高分度精度可高達(dá)，實際分度誤差等于所有齒單個分度誤差的平均值。</p><p>　?、诜侄确秶?分度大小與齒數(shù)有關(guān)。如齒數(shù)為360齒時，最小分度值為，用差動端齒分度裝置，分度范圍更大。</p><p>　　③精度的重復(fù)性和持久性好 重復(fù)定位精度可達(dá)。由于工作時相當(dāng)于上下齒盤在不斷地對研，因此使用越久，分度精度的重復(fù)

68、性和持久性也就越好，而且精度有可能提高。</p><p>　?、軇傂院?因所有齒面同時參加嚙合，不論承受的是切向力、徑向力還是軸向力，整個分度裝置形成一個良好的剛性整體。</p><p>　?、萁Y(jié)構(gòu)緊湊，使用方便，這一點比其它高精度的分度裝置更為突出。</p><p>　　⑥維護(hù)簡便，多次拆裝不影響其原有的精度。</p><p>　　除以上

69、優(yōu)點外，它也有以下缺點：</p><p>　?、僖O(shè)計升降機(jī)構(gòu)，使兩齒盤問脫開一定的距離(應(yīng)大于嚙合高度)，以實現(xiàn)轉(zhuǎn)位分度。</p><p>　　②必須有鎖緊機(jī)構(gòu)，防止在使用過程中受外力和力矩作用而使上下齒盤脫開或側(cè)傾。</p><p>　　③要采取防塵防屑措施，齒面的灰塵及切屑等雜物會影響到定位精度及鎖緊程度。</p><p>　　④不能進(jìn)

70、行任意連續(xù)分度，分度時至少要轉(zhuǎn)過一個齒，所以一般只能將圓周分成有限的等分角。</p><p>　　4.3.2 端齒盤主要參數(shù)的設(shè)計計算</p><p>　　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。</p><p><b>　?、冽X數(shù)z的確定</b></p><p>　　可根據(jù)分度要求，即需要分度的最

71、小分度值來確定：</p><p>　　由于本設(shè)計的刀架為8刀刀架，每個刀位間相差45度，因此所取的最小分度角應(yīng)為45度的整數(shù)或分?jǐn)?shù)倍，所以取最小分度角度，則z=120齒，即刀架每轉(zhuǎn)過一個刀位，要轉(zhuǎn)15個齒。</p><p><b>　?、诙她X盤外徑d</b></p><p>　　端齒盤外徑d主要由設(shè)計結(jié)構(gòu)所允許的空間范圍來確定。在結(jié)構(gòu)允許的情況

72、下，外徑越大，分度或定位機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性越好。根據(jù)本機(jī)構(gòu)實際出發(fā)，端齒盤外徑設(shè)計為d=165mm。</p><p><b>　?、鄱她X盤齒形角</b></p><p>　　選取時考慮作用在端齒盤上的負(fù)荷力矩及總鎖緊力的大小，如圖5.1所示。將作用于齒盤上每齒的切向外力和軸向鎖緊力，沿著齒面方向進(jìn)行分解。如圖3.2所示，應(yīng)滿足以下條件：</p><p&g

73、t;<b>　　即 </b></p><p>　　圖4.2 端齒盤受力圖 圖4.3 齒面上的切向外力和軸向鎖緊力</p><p>　　圖4.4 端齒盤剖視圖</p><p>　　從上式可以看出，在外載不變時，齒形角越小，所需自鎖力也越小，即自鎖性越強(qiáng)，但齒相應(yīng)變深，齒厚變??；齒形角aD越大，需要的總鎖緊力也

74、越大，即承受外轉(zhuǎn)矩的能力下降，但齒高變低，端齒嚙合的高度下降，結(jié)構(gòu)緊湊；同時也說明了加大外徑d有利于提高端齒盤的承載能力。</p><p>　　圖4.5 單齒俯視示意圖 圖4.6單街周向展開示意圖</p><p>　　綜合考慮作用在端齒盤上的負(fù)荷(力矩)及鎖緊力的大小，同時受齒形加工刀具的限制，通常取、、。等。本設(shè)計采用的齒形角。</p><p>　　④

75、齒根角(嚙合斜角)</p><p>　　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4.4)，以保證齒盤大端和小端的齒厚與齒槽寬度相等，經(jīng)變換得</p><p>　　圖4.7 前面嚙合副面不意圖</p><p><b>　　代入，則，</b></p><p&g

76、t;　?、葑畲簖X距(周節(jié))t和最大齒厚B</p><p>　　齒厚沿著徑向向中心逐漸縮小，在沿圓周展開方向上(如圖4.8所示)，根據(jù)圓周計算公式，最大齒距(周節(jié))t和最大齒厚B分別為</p><p>　　圖4.8 沿周向展開的齒面三角形</p><p>　　⑥齒頂高h(yuǎn)及嚙合高度</p><p>　　齒頂高就是嚙合平面到齒頂?shù)淖畲缶嚯x，在如圖5

77、.7所示的由齒廓展開圖形成的直角三角形中，tan(a/2)=t/2H，而齒頂高h(yuǎn)通常取三角形高度的1/2.5，即H=2.5h，得齒頂高h(yuǎn)的計算公式為：</p><p>　　上下端齒的嚙合高度為2h=3.0mm。</p><p><b>　　⑦齒寬(徑向)F</b></p><p>　　因所有的端齒同時嚙合，故一般不必通過增加齒形的徑向?qū)挾菷(如

78、圖3.4)來增加強(qiáng)度，F(xiàn)一般根據(jù)經(jīng)驗選取，通常取F=2t～3t，由于刀架在工作時要承受較大力矩，取F=15mm。</p><p>　?、帻X底槽寬b和齒頂寬b1</p><p>　　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。齒底槽寬b常取,取b=0.85mm。</p><p>　　5

79、電氣控制部分設(shè)計</p><p>　　自動回轉(zhuǎn)刀架電氣控制部分的功能是要能夠識別當(dāng)前刀具，檢測輸入刀具，然后發(fā)出控制指令控制電動機(jī)轉(zhuǎn)動，當(dāng)當(dāng)前刀具轉(zhuǎn)到和輸入刀具相同時，控制系統(tǒng)發(fā)出指令使電動機(jī)停轉(zhuǎn)、延時、反轉(zhuǎn)壓緊來實現(xiàn)換刀。其設(shè)計包括控制系統(tǒng)的選擇、控制方式的選擇、硬件電路設(shè)計和軟件電路設(shè)計，其中硬件電路設(shè)計包括收信電路設(shè)計和發(fā)信電路設(shè)計。</p><p>　　5.1 控制系統(tǒng)的選擇<

80、;/p><p>　　根據(jù)刀架轉(zhuǎn)位動作的需要，控制系統(tǒng)可以選取單片機(jī)或著PLC作為其控制系統(tǒng)的CPU。</p><p>　　單片機(jī)的特點：單片機(jī)就是在一塊芯片上集成了CPU、RAM、ROM(EPROM或EEPROM)、時鐘、定時/計數(shù)器、多種功能的串行和并行I/O口。如Intel公司的8031系列等。除了以上基本功能外，有的還集成有A/D、D/A,如Intel公司的8098系列。概括起來說,單片

81、機(jī)具有如下特點: 具有位處理能力,強(qiáng)調(diào)控制和事務(wù)處理功能，價格低廉，低檔單片機(jī)價格只有人民幣幾元錢，開發(fā)環(huán)境完備,開發(fā)工具齊全,應(yīng)用資料眾多。</p><p>　　PLC器件的特點：PLC可以認(rèn)為是“封裝”好了的單片機(jī)，PLC內(nèi)部也是具有和單片機(jī)功能相同的智能控制部分,對外來說,則是擴(kuò)展了單片機(jī)輸入輸出口的驅(qū)動能力,相當(dāng)與添加了三極管和繼電器。還有其他的比如抗干擾能力等都作了比較好的處理。因此,PLC經(jīng)常應(yīng)用在工

82、作環(huán)境比較惡劣的地方,比如礦山、高壓等地方。</p><p>　　總是所述，相對于單片機(jī)來說，PLC可以實現(xiàn)的功能更簡單,設(shè)計人員可以發(fā)揮的余地比較小，并且價格較高。而單片機(jī)價格便宜，應(yīng)用靈活、可靠，能夠滿足刀架的轉(zhuǎn)位控制要求，因此選擇8051單片機(jī)作為控制系統(tǒng)的CPU。8051單片機(jī)包含中央處理器、程序存儲器(ROM)、數(shù)據(jù)存儲器(RAM)、定時/計數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等幾大單元及數(shù)據(jù)總線、地址總

83、線和控制總線等三大總線。其中中央處理器(CPU)是整個單片機(jī)的核心部件，是8位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理8位二進(jìn)制數(shù)據(jù)或代碼，CPU負(fù)責(zé)控制、指揮和調(diào)度整個單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運(yùn)算和控制輸入輸出功能等操作。8051有兩個16位的可編程定時/計數(shù)器，以實現(xiàn)定時或計數(shù)產(chǎn)生中斷用于控制程序轉(zhuǎn)向。具備較完善的中斷功能，有兩個外中斷、兩個定時/計數(shù)器中斷和一個串行中斷，可滿足不同的控制要求，并具有2級的優(yōu)先級別選。</p><

84、;p>　　5.2 控制方式的選擇</p><p>　　電動刀架的電氣控制方式分又可分為發(fā)訊刀架和收訊刀架兩大類型。發(fā)訊刀架接收到控制系統(tǒng)發(fā)出的轉(zhuǎn)位信號后(發(fā)訊)，即開始轉(zhuǎn)位、換刀，當(dāng)轉(zhuǎn)位換刀動作完成后，刀架向控制系統(tǒng)回送一個刀架鎖緊即執(zhí)行完畢的信號。收訊刀架在接收到控制系統(tǒng)發(fā)出的信號后，在執(zhí)行過程中，刀架的每一次轉(zhuǎn)位、換刀均由刀架上的霍爾元件電路向控制系統(tǒng)回送當(dāng)前刀位的信號(收訊)，由控制系統(tǒng)進(jìn)行判斷，當(dāng)前

85、刀位滿足要求后，還要象發(fā)訊刀架一樣向控制系統(tǒng)回送刀架鎖緊即執(zhí)行完畢的信號。根據(jù)本設(shè)計的實際情況，選用收訊刀架。</p><p>　　5.3 硬件電路設(shè)計</p><p>　　硬件電路中檢測當(dāng)前刀具和輸入刀具需要用收信電路完成，而電動機(jī)的正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)需要用發(fā)信電路來完成，其結(jié)構(gòu)如圖5.2所示。</p><p>　　5.3.1收信電路設(shè)計 </p><

86、;p>　　由于刀架上裝八把刀，每把刀需要一個檢測元件，所以發(fā)信盤上要裝8只接近開關(guān)，其型號為電感式接近開關(guān)LU08，這種開關(guān)是當(dāng)鐵磁靠近（無須接觸）它的晶體管振蕩器的空間磁場時，在鐵磁體內(nèi)部產(chǎn)生渦流，消耗振蕩能量，使振蕩減弱，直至最后停止振蕩；www.8ttt8.com而當(dāng)鐵磁體離開后，晶體管振蕩器重新恢復(fù)振蕩，即由振蕩器是否振蕩反鐵磁擋塊是否接近開關(guān)。</p><p>　　圖5.1www.8ttt8.co

87、m是某種接近開關(guān)的電路，它是由LC振蕩電路、開關(guān)電路及射極輸出器三部分組成。由V1組成振蕩器，其中L2、C2組成選頻電路，L1是反饋線圈，L3是輸出線圈，這三線圈繞在同一磁芯上。 </p><p>　　圖5.1 晶體管接近開關(guān)原理電路圖</p><p>　　當(dāng)鐵磁體沒有靠近開關(guān)的感應(yīng)頭時，振蕩電路維持振蕩，L3上有交流輸出，經(jīng)二極管VD1整流后使V2獲

88、得足夠偏流而工作于飽和導(dǎo)通狀態(tài)，此時Uce2≈0,V3截止，射極輸出器無輸出，接在輸出端的繼電器KA不通電?！　‘?dāng)鐵磁體接近感應(yīng)頭時，鐵磁體感應(yīng)產(chǎn)渦流，由于渦流的去磁作用，削弱L1與L2之間的耦合，使得反饋量不足以維持振蕩，因而振蕩器被迫停振，L3上無交流輸出，V2截止，若R7＞＞R5，此時 Uce2≈Ucc，射極輸出器輸出也接近Ucc，使繼電器KA通電動作?！　3采用射極輸出，是為了提高帶負(fù)載能力。RF為正反饋電阻，當(dāng)電路停振時

89、，通過它把V2的集電極電壓反饋一部分到V1的發(fā)射極，使發(fā)射極電位提高，以保證振蕩電路迅速而可靠的停振，而當(dāng)電路起振時，Uce2≈0,無反饋電壓，使振蕩電路迅速恢復(fù)振蕩，使開關(guān)的動作更為迅速和準(zhǔn)確。</p><p>　　按近開關(guān)具有反應(yīng)迅速、定位精確、壽命長以及沒有機(jī)械碰撞等優(yōu)點。目前已被廣泛應(yīng)用于行程控制、定位控制以及各種安全保護(hù)控制等方面。</p><p>　　轉(zhuǎn)位時刀臺帶動磁鐵旋轉(zhuǎn)，當(dāng)

90、磁鐵對準(zhǔn)某一個接近開關(guān)時，其輸出端輸出高電平；當(dāng)磁鐵離開時，輸出低電平。8只接近開關(guān)輸出的8個刀位信號T1～T8分別送到圖b的8只光耦合器進(jìn)行處理，經(jīng)過光電隔離的信號再送給I/O接口芯片8255的PC0～PC7。此外，8255芯片的PA0直接接外部按鈕控制手動換刀。</p><p>　　5.3.2發(fā)信電路設(shè)計 </p><p>　　圖c為刀架電動機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路，I/O接口芯片8255

91、的PA6與PA7分別控制刀架電動機(jī)的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)。其中KA1為正轉(zhuǎn)繼電器的線圈，KA2為反轉(zhuǎn)繼電器的線圈。因刀架電動機(jī)的功率只有90W，所以圖d中刀架電動機(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。圖c中，正轉(zhuǎn)繼電器的線圈KA1與反轉(zhuǎn)繼電器的一組常閉觸點串聯(lián)，而反轉(zhuǎn)繼電器的線圈KA2又與正轉(zhuǎn)繼電器的一組常閉觸點串聯(lián)，這樣就構(gòu)成了正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)的互鎖電路，以防控制系統(tǒng)失控時導(dǎo)致短路現(xiàn)

92、象。當(dāng)KA1或KA2的觸點接通380V電壓時，會產(chǎn)生較強(qiáng)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R-C阻容用來滅弧，以抑制火花的產(chǎn)生。</p><p>　　5.4 控制軟件設(shè)計</p><p>　　控制軟件的設(shè)計必須實現(xiàn)刀架工作原理中的每一個動作。根據(jù)換刀的實際情況出發(fā)，有時需要手動換刀，有時需要自動換刀。當(dāng)為自動換刀時，能夠?qū)?把刀具中的任意一把刀具，讓其轉(zhuǎn)到工

93、作位置；當(dāng)為手動換刀時，輸入一次換刀信號（按一次換刀按鈕），刀架就轉(zhuǎn)過一個刀位。當(dāng)確定為自動換刀時，換刀動作為：程序首先讀入當(dāng)前刀具號，再讀入所需要的刀具號，將兩者進(jìn)行比較。如果相等，則說明當(dāng)前刀具就是所需刀具，刀架不需要轉(zhuǎn)位；如果不相等，則說明當(dāng)前刀具不是所需刀具，電動機(jī)開始正轉(zhuǎn)，每轉(zhuǎn)過一個刀位就將的當(dāng)前刀具號和所需刀具號相比較。若相等，就說明所需刀具已經(jīng)轉(zhuǎn)到工作位置了，電動機(jī)停止轉(zhuǎn)動；若不相等，就說明所需刀具還沒有轉(zhuǎn)到工作位置，電動

94、機(jī)繼續(xù)轉(zhuǎn)動直到轉(zhuǎn)到和所需刀具號相等為止。當(dāng)所需刀具轉(zhuǎn)到工作位置后，電動機(jī)停轉(zhuǎn)，稍作延時，電動機(jī)開始反轉(zhuǎn)，延時鎖緊，電動機(jī)停轉(zhuǎn)，換刀動作完成。當(dāng)確定為手動換刀時，必須要有手動換刀信號輸入，刀架才有換刀動作，如果沒有手動換刀信號，即使在手動換刀檔上，刀架也不會有換刀動作。本設(shè)計所設(shè)計的手動換刀是有一次換刀信號，刀架轉(zhuǎn)過一個刀位，換刀一次，換刀動作為：有換刀信號，電動機(jī)開始正轉(zhuǎn)，當(dāng)轉(zhuǎn)過一個刀位時</p><p>　　本

95、設(shè)計將PB口中的PB0作為手動信號大輸入口，當(dāng)PB0=1時為手動控制，當(dāng)PB0=0時為自動控制，同時將PB7作為手動換刀信號的輸入口。</p><p>　　圖5.3 換刀流程圖 </p><p>　　在完成了工作流程圖后，根據(jù)流程圖編寫程序?？刂葡到y(tǒng)的CPU為8051單片機(jī)，擴(kuò)展8255芯片作為自動回轉(zhuǎn)刀架的收信與發(fā)信控制。在流程圖中涉及到延時程序，本設(shè)計采用

96、8051單片機(jī)的定時器T1來實現(xiàn)延時。</p><p>　　設(shè)CPU的時鐘頻率為fosc=12MHz，定時器T1在模式1方式下工作，根據(jù)延時時間的特點，用T1定時10ms，計算其計數(shù)初值：</p><p>　　已知8255芯片的控制口地址為63H，則基于圖5.2和圖5.3的匯編程序清單如下：</p><p>　　ORG 0100H</p><

97、p>　　MAIN: MOVE AL,8BH </p><p>　　OUT 63H,AL ；8255初始化</p><p>　　MOV DPTR,#61H ；指向8255的PB口</p><p>　　MOVX CL,@DPTR

98、 ；讀取PB口的內(nèi)容</p><p>　　TEST CL,01H ；測試PB0=0？若是，則為自動換刀；若否，則為手動換刀</p><p>　　JNZ NEXT ；PA0=1，轉(zhuǎn)到NEXT </p><p>　　YT1: MOV DPTR,#6

99、1H ；指向8255的PB口</p><p>　　MOVX R0,@DPTR ；讀取PB口的內(nèi)容（輸入刀具）</p><p>　　MOV DPTR,#62H ；指向8255的PC口</p><p>　　MOVX R1,@DPTR ；

100、讀取PC口的內(nèi)容（當(dāng)前刀具）</p><p>　　TEST R0,R1 ；測試PB=PC？</p><p>　　JNZ TEND ；若PB=PC，轉(zhuǎn)到TEND</p><p>　　MOV DPTR,#60H ；指向8255的PA口</p&

101、gt;<p>　　MOVX A,@DPTR ；讀取PA口的內(nèi)容</p><p>　　STB ACC.6 ；令PA6=1，電動機(jī)正轉(zhuǎn)有效</p><p>　　CLR ACC.7 ；令PA7=0，電動機(jī)反轉(zhuǎn)無效</p><p>　　

102、MOV @DPTR,A ；電動機(jī)開始正轉(zhuǎn)</p><p>　　YT2: MOV DPTR,#62H ；指向8255的PC口 </p><p>　　MOVX R1,@DPTR ；讀取PC口的內(nèi)容 </p><p>　　TEST R0,R1

103、 ；測試PB=PC？</p><p>　　JZ YT2 ；若，轉(zhuǎn)到Y(jié)T2</p><p>　　CALL DELAY01 ；延時10ms</p><p>　　YT3: MOV DPTR,#K62H ；指向8

104、255的PC口</p><p>　　MOVX R0,@DPTR ；再次讀取PC口內(nèi)容</p><p>　　TEST R0,R1 ；測試PB=PC？</p><p>　　JZ YT3 ；若，轉(zhuǎn)到Y(jié)T3</p><p>

105、　　YT4： MOV DPTR,#60H ；指向8255的PA口</p><p>　　MOVX A,@DPTR ；讀取PA口內(nèi)容 </p><p>　　CLR ACC.6 ；令PA6=0，電動機(jī)正轉(zhuǎn)無效</p><p>　　CLR ACC

106、.7 ；令PA7=0，電動機(jī)反轉(zhuǎn)無效</p><p>　　MOVX @DPTR,A ；電動機(jī)停轉(zhuǎn)</p><p>　　CALL DELAY02 ；延時150ms</p><p>　　STB ACC.7 ；令P

107、A7=0，電動機(jī)反轉(zhuǎn)有效</p><p>　　CLR ACC.6 ；令PA6=0，電動機(jī)正轉(zhuǎn)無效</p><p>　　MOVX @DPTR,AL ；電動機(jī)開始反轉(zhuǎn)</p><p>　　CALL DELAY03 ；延時10ms</p>&

108、lt;p>　　CLR ACC.6 ；令PA6=0，電動機(jī)正轉(zhuǎn)無效</p><p>　　CLR ACC.7 ；令PA7=0，電動機(jī)反轉(zhuǎn)無效</p><p>　　MOVX @DPTR,A ；電動機(jī)停轉(zhuǎn)</p><p>　　AJMP TEN

109、D ；跳轉(zhuǎn)到TEND</p><p>　　NEXT: MOV DPTR,#61H ；指向8255的PB口</p><p>　　MOVX R0,@DPTR ；讀取PB口內(nèi)容</p><p>　　TEST R0,80H

110、 ；測試PB7=0？若是，則無換刀信號；若否，則有換刀信號</p><p>　　JZ TEND ；無換刀信號轉(zhuǎn)到TEND</p><p>　　YA1: MOV DPTR,#60H ；指向8255的PA口</p><p>　　MOVX A,@DPTR

111、 ；讀取PA口內(nèi)容</p><p>　　STB ACC.6 ；令PA6=1，電動機(jī)正轉(zhuǎn)有效</p><p>　　CLR ACC.7 ；令PA7=0，電動機(jī)反轉(zhuǎn)無效</p><p>　　MOVX @DPTR,A ；電動機(jī)開始

112、正轉(zhuǎn)</p><p>　　MOV DPTR,#62H ；指向8255的PC口</p><p>　　MOVX R1,@DPTR ；讀取PC口內(nèi)容</p><p>　　TEST R1,0FFH ；是否轉(zhuǎn)過一個刀位</p><p>　　JZ

113、 YA01 ；若否，轉(zhuǎn)到Y(jié)A1</p><p>　　YA2: MOV DPTR,#60H ；指向8255的PA口</p><p>　　MOV A,@DPTR ；讀取PA口內(nèi)容</p><p>　　CLR ACC.6