單片機(jī)在機(jī)床刀具中的應(yīng)用
作者： 2013年07月22日 來(lái)源： 瀏覽量：
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1引言切削加工離不開刀具，刀具是機(jī)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(guò)程中，刀具經(jīng)常會(huì)因過(guò)載而被損壞，如崩斷、卷刀等，所以對(duì)刀具進(jìn)行過(guò)載保護(hù)就顯得很重要
1 引言
切削加工離不開刀具，刀具是機(jī)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(guò)程中，刀具經(jīng)常會(huì)因過(guò)載而被損壞，如崩斷、卷刀等，所以對(duì)刀具進(jìn)行過(guò)載保護(hù)就顯得很重要了。一般地，對(duì)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(shí)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(fèi)。特別是在流水線上進(jìn)行加工，如果加工的工件在流水線的末端流出時(shí)才被檢測(cè)出由于刀具過(guò)載引起的產(chǎn)品報(bào)廢，那么很多工序就是嚴(yán)重浪費(fèi)。而人工卻很難確認(rèn)哪臺(tái)機(jī)床的刀具出現(xiàn)問題,必須把整個(gè)流水線停下來(lái)進(jìn)行逐臺(tái)檢查，這樣便降低了生產(chǎn)效率。如果不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)刀具故障，輕則導(dǎo)致工件報(bào)廢，重則導(dǎo)致機(jī)床部件損壞，使機(jī)床的精度嚴(yán)重下降。因此，對(duì)刀具進(jìn)行過(guò)載保護(hù)有著相當(dāng)重要的意義。
由于需要進(jìn)行過(guò)載保護(hù)的機(jī)床刀具有以上特點(diǎn)，所以設(shè)計(jì)的保護(hù)線路應(yīng)滿足要求: 穩(wěn)定切割后,發(fā)出刀具保護(hù)調(diào)整指令，保護(hù)線路即能完成檢測(cè)該切削狀態(tài)下主電機(jī)電流信號(hào)的大小，并跟蹤這一信號(hào)，超過(guò)即報(bào)警，繼續(xù)增加就立即停車，而且要達(dá)到實(shí)現(xiàn)保護(hù)后，不論電機(jī)的電流多大，都能夠立即制動(dòng)停車的要求。本文設(shè)計(jì)了用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)刀具過(guò)載保護(hù)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(guò)載電流，適用于精度和實(shí)時(shí)性要求較高的場(chǎng)合。
按設(shè)計(jì)要求，本控制系統(tǒng)要能對(duì)刀具穩(wěn)定切削狀態(tài)下的主電機(jī)電流進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)，并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)主回路電流，判斷刀具過(guò)載后，發(fā)出報(bào)警信號(hào)和制動(dòng)停車信號(hào)。因?yàn)閱纹瑱C(jī)只能處理電壓信號(hào)，不能處理電流信號(hào)，而刀具過(guò)載時(shí)變化的是主回路電流，所以需要將變化的電流信號(hào)轉(zhuǎn)化成變化的電壓信號(hào)供單片機(jī)處理。本系統(tǒng)采用小電阻和升壓變壓器來(lái)實(shí)現(xiàn)。
升壓變壓器出來(lái)的是交流電，其瞬時(shí)值是不斷變化的。而判斷刀具是否過(guò)載是由有效值來(lái)決定的,如果電路中交流電的有效值超過(guò)其額定值，則即可判斷過(guò)載。所以不能將交流電直接送給單片機(jī)處理。要利用全波線性檢波電路。交流電通過(guò)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(duì)同一交流電壓而言，監(jiān)測(cè)其平均值的變化就相當(dāng)于監(jiān)測(cè)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(dòng)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(jī)處理之前，還須經(jīng)過(guò)采樣/保持和A/D轉(zhuǎn)換。
采用LF398 采樣保持器對(duì)反映主電路電流有效值變化的電壓平均值進(jìn)行采樣，采樣完畢后處于保持狀態(tài)。在單片機(jī)8031 的控制下，采樣來(lái)的數(shù)據(jù)送入模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD574，AD574對(duì)其進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換完畢的數(shù)字信號(hào)被8031單片機(jī)讀出，存放于外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器6264。8031通過(guò)運(yùn)行存放于外部程序存儲(chǔ)器的指令對(duì)讀取的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，發(fā)出控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)刀具的過(guò)載保護(hù)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。
2 需要進(jìn)行刀具過(guò)載保護(hù)的機(jī)床的特點(diǎn)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(shí)都還達(dá)不到主電機(jī)的額定功率。
- 相同型號(hào)的機(jī)床，由于出廠日期不同，機(jī)床的傳動(dòng)效率也不同。所以，同品種同模數(shù)的刀具在不同的機(jī)床上加工，穩(wěn)定切削時(shí)的主電機(jī)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(shí)的主電機(jī)功率也有所差別。因此，每一刀具的穩(wěn)定切削時(shí)的主電機(jī)功率，只能在特定的機(jī)床上，由操作人員根據(jù)當(dāng)時(shí)的加工情況而定,不能預(yù)先給出某一刀具所對(duì)應(yīng)的穩(wěn)定切削時(shí)的主電機(jī)功率。