数控铣床对刀提示装置的设计与应用

2 0 1 3年 1 1月 第 4 1 卷 第 2 2期 机床与液压 MACHI NE TO0L HYDRAU L I C S NO V 2 01 3 Vo 1 41 No 2 2 DOI 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 3 2 2 0 1 8 数控铣床对刀提示装置的设计与应用 吴军 郑 小军 衢州学院机械工程 学院 浙江衢州 3 2 4 0 0 0 摘要 为避免生产实训中由于对刀误操作引起的人身安全事故及各类经济损失的发生 依据数控铣床结构 设计了相 应的对刀提示装置 根据装置的应用环境 设计了夹持机构 保证了安装定位的精确性 利用 MC S 5 1 系列单片机的高度集 成性和稳定性 为该装置设计了电气硬件结构 运用 C程序语言设计了装置控制程序 并载入单片机内测试运行 该装置 的应用 减少了因数控铣床对刀操作引起的断刀 撞刀事件 生产实训中的安全隐患也得到了及时有效的消除 关键词 数控铣床 对刀提示装置 单片机 中图分 类号 T H 7 3 2 1 文献标识码 B 文章 编号 1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 3 2 2 0 4 9 2 De s i g n a n d App l i c a t i o n o f To o l S e t t i n g Pr o mpt i ng De v i c e f o r CNC M i l l i n g M a c h i n e WU J u n Z H E N G X i a o j u n D e p a r t m e n t o f Me c h a n i c a l E n g i n e e r i n g Q u z h o u C o l l e g e Q u z h o u Z h e j i a n g 3 2 4 0 0 0 C h i n a Ab s t r a c t I n o r d e r t o a v o i d s a f e t y a c c i d e n t s a n d a l l k i n d s o f e c o n o mi c l o s s e s c a u s e d b y t o o l s e t t i n g e r r o r i n p r o d u c t i o n p r a c t i c e a t o o l s e t t i n g p r o mp t i n g d e v i c e w a s d e s i g n e d Ac c o r d i n g t o t h e a p p l i c a t i o n e n v i r o n me n t o f t h i s d e v i c e t h e c l a mp i n g d e v i c e wa s d e s i g n e d t o e n s u r e p o s i t i o n i n g a c c u r a c y Us i n g h i g h i n t e g r a t i o n a n d s t a b l e MC S 5 1 s e ri e s MCU t h e e l e c t ric a l h a r d w a r e wa s d e s i g n e d f o r t h i s d e v i c e C p r o g r a m l a n g u a g e wa s u s e d t o d e v e l o p d e v i c e c o n t r o l p r o g r a m T h e p r o gra m wa s i n p u t i n t o t h e s i n g l e c h i p c o mp u t e r a n d r a n Ap p l y i n g t h e d e v i c e t h e n u mb e r o f c o l l i s i o n s b e t w e e n c u t t i n g t o o l a n d ma c h i n e c a u s e d b y t o o l s e t t i n g e r r o r i s r e d u c e d At t h e s a me t i me t h e h i d d e n t r o u b l e o f s afe t y c a n b e e f f e c t i v e l y e l i mi n a t e d Ke y wo r d s C NC mi l l i n g ma c h i n e T o o l s e t t i n g p r o mp t i n g d e v i c e S i n g l e c h i p c o mp u t e r 装备制造技术是衡量 一个国家综合 国力的重要标 志 而数控机床则是装备制造技术的基础 随着我国 改革发展力度的不断加深 数控机床的引进 研制工 作也取得了很大进展 大批量数控设备的应用改变了 传统加工模式 大量劳动生产力获得了解放 生产效 率 较 以往有 了质 的飞跃 数控铣床是数控设备中极其重要的典型代表 由 于它在加工制造领域 尤 其是模 具制造行业的广泛应 用 与之相关的技能人才培养工作成为了各大企业 学校面临的紧要任务 而数控铣床对刀操作技能是每 位操作者都必须掌握的基础技能 但因其引发的各类 事故及经济损失也不计其数 研制数控铣床对刀提示 装置主要的目的就是为了降低对刀误操作率 保证每 位操作人员的人身安全 降低因对刀操作失误带来的 各类经济损失 如机床撞刀 零件报废等 1 装置提示原理 超声波在空气中的传播速度为 3 4 4 i n s 其振动 频率高于人类 的听觉 2 0 0 0 0 H z 2 当其传播过程 中接触到障碍物即会以相同的速度反射回发射处 将 声波接收时间 t 与声波发射时间 t 之差乘以波速的 一 半即可得被测距离 该装置就是利用超声波的这 一 原理测得对刀过程中刀具相距工件的距离 具体计 算公式如下 通过程序设定 当刀具由机床手动方式进给至距 离工件 7 8 c m时 黄色提示灯亮 此时 当采取手 轮 方式 倍率 1 0 0 移动刀具 当刀具继续移动至距离 工件 3 4 c m时 红色灯亮 此时手轮倍率应调至 l 0 倍 当刀具移动至距离工件小于3 e m时 两灯均灭 此时手轮倍 率开关 可 调整 至 1 倍 或 不调 整 根据 精 度需求决定 2 夹持机构设计 该装置的夹持机构 由连杆 压紧旋钮 万向节 磁体组成 连杆 2与磁体 1固定连接 连杆 3相对连 杆2做上下移动和转动 并由旋钮 4压紧 连杆 5 相 对连杆 3做横向移动 以调节装置与刀具的间隔距 离 连杆6与连杆 5采用球头万向连接 以保证装置 收稿 日期 2 0 1 2 1 0 1 6 作者简 介 吴军 1 9 8 2 一 男 硕 士研究 生 实验 师 主要 从 事数 控加 工实 践教 学 和研究 工作 E ma i l w u j u n 4 1 8 2 1 63 c o rn 5 0 机床与液压 第 4 l 卷 定位的准确性 夹持机构示意图如图 1 所示 图 l 夹持机构示意图 3 提示装置硬件设计 3 1 超声波发射电路设计 由单片机产生的超声波信号驱动能力较弱 需经 过一个信号放大电路才能驱动发射装置 采用 7 4 H C 0 4非门电路将信号放大 具体电路如图2 所示 VCC 图2 发射电路 3 2 超声波接收电路设计 超声波接收电路采用集成电路设计 其芯片选用 C X 2 0 1 0 6 A 利用该集 成 电路接 收信 号 的增益 效果 更 为明显 且抗干扰能力也较高 具体 电路如图 3 所示 图 3 接 收电路 3 3主控 制 系统 设计 该装置 主 控 系统 拟 采 用 S T C 1 1 F 0 4 E单 片 机 它将有效控制以下核心模块 1 时钟计数模块 2 超 声发送接收模 块 3 距 离提示 模块 具体 设计如 图 4所示 G N D 1I 垩 S HOU6 8 RS T VCC RXD3 0 1 7 TX D3 1 1 6 X TA L2 1 5 XT ALl 1 2 I NT1 1 1 3 4 1 0 G ND 3 7 1 6 l5 14 1 3 l 2 l1 l0 9 图4 控制系统 4 提示装置软件设计 对刀提示装置采用单片机 S T C I 1 F 0 4 E设计 主要 完成以下功能 1 上电复位 2 超声波发送和接 收 3 测量距离计算