單片機在機床刀具中的應用

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備，而且刀具工作是否正常將直接影響到產品的加工質量。但在加工過程中，刀具經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備，而且刀具工作是否正常將直接影響到產品的加工質量。但在加工過程中，刀具經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，這樣便降低了生產效率。如果不能及時發現刀具故障，輕則導致工件報廢，重則導致機床部件損壞，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。

2 需要進行刀具過載保護的機床的特點及主要工作

不同規格的刀具所允許的切削載荷不同，多數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，同品種同模數的刀具在不同的機床上加工，穩定切削時的主電機功率就不同,而且有的差別很大。
由于刀具的材質和刃磨不同，而且不同廠家的刀具，其穩定切削時的主電機功率也有所差別。因此，每一刀具的穩定切削時的主電機功率，只能在特定的機床上，由操作人員根據當時的加工情況而定,不能預先給出某一刀具所對應的穩定切削時的主電機功率。

由于需要進行過載保護的機床刀具有以上特點，所以設計的保護線路應滿足要求: 穩定切割后,發出刀具保護調整指令，保護線路即能完成檢測該切削狀態下主電機電流信號的大小，并跟蹤這一信號，超過即報警，繼續增加就立即停車，而且要達到實現保護后，不論電機的電流多大，都能夠立即制動停車的要求。本文設計了用單片機實現對刀具過載保護的控制線路。這套線路穩定可靠，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。

3 控制系統的硬件設計

按設計要求，本控制系統要能對刀具穩定切削狀態下的主電機電流進行自動檢測，并實時監測主回路電流，判斷刀具過載后，發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化成變化的電壓信號供單片機處理。本系統采用小電阻和升壓變壓器來實現。

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1.11 后就成為有效值。所以對同一交流電壓而言，監測其平均值的變化就相當于監測其有效值的變化。

全波線性檢波電路的反饋支路中并聯有大電容構成的濾波器，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，所以在此平均值送單片機處理之前，還須經過采樣/保持和A/D轉換。

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。在單片機8031 的控制下，采樣來的數據送入模數轉換器AD574，AD574對其進行模數轉換，轉換完畢的數字信號被8031單片機讀出，存放于外部數據存儲器6264。8031通過運行存放于外部程序存儲器的指令對讀取的數據進行處理，發出控制信號，實現刀具的過載保護。系統結構原理如圖1所示。

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