單片機在機床刀具中的應(yīng)用
作者： 2013年07月22日 來源： 瀏覽量：
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1引言切削加工離不開刀具，刀具是機床和加工中必不可少的設(shè)備，而且刀具工作是否正常將直接影響到產(chǎn)品的加工質(zhì)量。但在加工過程中，刀具經(jīng)常會因過載而被損壞，如崩斷、卷刀等，所以對刀具進行過載保護就顯得很重要
1 引言
切削加工離不開刀具，刀具是機床和加工中必不可少的設(shè)備，而且刀具工作是否正常將直接影響到產(chǎn)品的加工質(zhì)量。但在加工過程中，刀具經(jīng)常會因過載而被損壞，如崩斷、卷刀等，所以對刀具進行過載保護就顯得很重要了。一般地，對于工件的一次裝夾，加工中心要完成好幾道工序，如果在加工第一道工序時刀具就已經(jīng)崩斷，那么后幾道工序的完成就形成很大的浪費。特別是在流水線上進行加工，如果加工的工件在流水線的末端流出時才被檢測出由于刀具過載引起的產(chǎn)品報廢，那么很多工序就是嚴重浪費。而人工卻很難確認哪臺機床的刀具出現(xiàn)問題,必須把整個流水線停下來進行逐臺檢查，這樣便降低了生產(chǎn)效率。如果不能及時發(fā)現(xiàn)刀具故障，輕則導(dǎo)致工件報廢，重則導(dǎo)致機床部件損壞，使機床的精度嚴重下降。因此，對刀具進行過載保護有著相當重要的意義。
由于需要進行過載保護的機床刀具有以上特點，所以設(shè)計的保護線路應(yīng)滿足要求: 穩(wěn)定切割后,發(fā)出刀具保護調(diào)整指令，保護線路即能完成檢測該切削狀態(tài)下主電機電流信號的大小，并跟蹤這一信號，超過即報警，繼續(xù)增加就立即停車，而且要達到實現(xiàn)保護后，不論電機的電流多大，都能夠立即制動停車的要求。本文設(shè)計了用單片機實現(xiàn)對刀具過載保護的控制線路。這套線路穩(wěn)定可靠，能迅速切斷任何有損刀具的過載電流，適用于精度和實時性要求較高的場合。
按設(shè)計要求，本控制系統(tǒng)要能對刀具穩(wěn)定切削狀態(tài)下的主電機電流進行自動檢測，并實時監(jiān)測主回路電流，判斷刀具過載后，發(fā)出報警信號和制動停車信號。因為單片機只能處理電壓信號，不能處理電流信號，而刀具過載時變化的是主回路電流，所以需要將變化的電流信號轉(zhuǎn)化成變化的電壓信號供單片機處理。本系統(tǒng)采用小電阻和升壓變壓器來實現(xiàn)。
升壓變壓器出來的是交流電，其瞬時值是不斷變化的。而判斷刀具是否過載是由有效值來決定的,如果電路中交流電的有效值超過其額定值，則即可判斷過載。所以不能將交流電直接送給單片機處理。要利用全波線性檢波電路。交流電通過該電路可以得到其平均值。平均值與有效值是同相變化的，即有效值增大，平均值也增大，有效值減小，平均值也減小。若輸出電壓是理想的正弦波，則平均值乘波形因數(shù)1.11 后就成為有效值。所以對同一交流電壓而言，監(jiān)測其平均值的變化就相當于監(jiān)測其有效值的變化。
全波線性檢波電路的反饋支路中并聯(lián)有大電容構(gòu)成的濾波器，可以大大削弱電壓的脈動程度，但由于濾波器功能有限，最后輸出的電壓中仍含有一部分紋波電壓，即得到的平均值并非是一恒定不變的常數(shù)，所以在此平均值送單片機處理之前，還須經(jīng)過采樣/保持和A/D轉(zhuǎn)換。
采用LF398 采樣保持器對反映主電路電流有效值變化的電壓平均值進行采樣，采樣完畢后處于保持狀態(tài)。在單片機8031 的控制下，采樣來的數(shù)據(jù)送入模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD574，AD574對其進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換完畢的數(shù)字信號被8031單片機讀出，存放于外部數(shù)據(jù)存儲器6264。8031通過運行存放于外部程序存儲器的指令對讀取的數(shù)據(jù)進行處理，發(fā)出控制信號，實現(xiàn)刀具的過載保護。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。
2 需要進行刀具過載保護的機床的特點及主要工作
- 不同規(guī)格的刀具所允許的切削載荷不同，多數(shù)刀具在破損時都還達不到主電機的額定功率。
- 相同型號的機床，由于出廠日期不同，機床的傳動效率也不同。所以，同品種同模數(shù)的刀具在不同的機床上加工，穩(wěn)定切削時的主電機功率就不同,而且有的差別很大。
- 由于刀具的材質(zhì)和刃磨不同，而且不同廠家的刀具，其穩(wěn)定切削時的主電機功率也有所差別。因此，每一刀具的穩(wěn)定切削時的主電機功率，只能在特定的機床上，由操作人員根據(jù)當時的加工情況而定,不能預(yù)先給出某一刀具所對應(yīng)的穩(wěn)定切削時的主電機功率。