1 引言

　　切削加工離不開刀具析既，刀具是機(jī)床和加工中必不可少的設(shè)備躬贡，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。但在加工過程中眼坏，刀具經(jīng)常會(huì)因過載而被損壞拂玻，如崩斷、卷刀等宰译，所以對(duì)刀具進(jìn)行過載保護(hù)就顯得很重要了檐蚜。一般地，對(duì)于工件的一次裝夾囤屹，加工中心要完成好幾道工序熬甚，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)肋坚。特別是在流水線上進(jìn)行加工乡括，如果加工的工件在流水線的末端流出時(shí)才被檢測(cè)出由于刀具過載引起的產(chǎn)品報(bào)廢，那么很多工序就是嚴(yán)重浪費(fèi)智厌。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)流水線停下來進(jìn)行逐臺(tái)檢查诲泌，這樣便降低了生產(chǎn)效率官澳。如果不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)刀具故障，輕則導(dǎo)致工件報(bào)廢予裳，重則導(dǎo)致機(jī)床部件損壞澈渠，使機(jī)床的精度嚴(yán)重下降。因此芙继，對(duì)刀具進(jìn)行過載保護(hù)有著相當(dāng)重要的意義坞鲁。

　　2 需要進(jìn)行刀具過載保護(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)的額定功率锻碎。

　　相同型號(hào)的機(jī)床萄撇，由于出廠日期不同，機(jī)床的傳動(dòng)效率也不同竖拢。所以该眨，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,而且有的差別很大莫切。

　　由于刀具的材質(zhì)和刃磨不同兢糯，而且不同廠家的刀具，其穩(wěn)定切削時(shí)的主電機(jī)功率也有所差別贸伐。因此勘天，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)床上棍丐，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)功率误辑。

　　由于需要進(jìn)行過載保護(hù)的機(jī)床刀具有以上特點(diǎn)沧踏，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)整指令歌逢，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)翘狱，超過即報(bào)警秘案，繼續(xù)增加就立即停車，而且要達(dá)到實(shí)現(xiàn)保護(hù)后潦匈，不論電機(jī)的電流多大阱高，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)刀具過載保護(hù)的控制線路茬缩。這套線路穩(wěn)定可靠赤惊，能迅速切斷任何有損刀具的過載電流，適用于精度和實(shí)時(shí)性要求較高的場(chǎng)合凰锡。

　　3 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

　　按設(shè)計(jì)要求未舟，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)主回路電流忿脉，判斷刀具過載后少烙，發(fā)出報(bào)警信號(hào)和制動(dòng)停車信號(hào)居删。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)尸褪，而刀具過載時(shí)變化的是主回路電流榄兑，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實(shí)現(xiàn)线区。

　　升壓變壓器出來的是交流電马窘，其瞬時(shí)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铜殉，則即可判斷過載自幕。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幌扁。交流電通過該電路可以得到其平均值振袋。平均值與有效值是同相變化的，即有效值增大憎茂，平均值也增大珍语，有效值減小，平均值也減小竖幔。若輸出電壓是理想的正弦波板乙，則平均值乘波形因數(shù)1.11 后就成為有效值。所以對(duì)同一交流電壓而言拳氢，監(jiān)測(cè)其平均值的變化就相當(dāng)于監(jiān)測(cè)其有效值的變化募逞。

　　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)程度馋评，但由于濾波器功能有限放接，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)留特，所以在此平均值送單片機(jī)處理之前纠脾，還須經(jīng)過采樣/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)行采樣蜕青，采樣完畢后處于保持狀態(tài)苟蹈。在單片機(jī)8031 的控制下，采樣來的數(shù)據(jù)送入模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD574旋钓，AD574對(duì)其進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換垫暑，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鱼谅。8031通過運(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)行處理蔚分，發(fā)出控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)刀具的過載保護(hù)也较。

　　報(bào)警接口電路設(shè)計(jì)

　　單片機(jī)處理完數(shù)據(jù)后酒半，發(fā)出控制信號(hào)控制外電路工作薯舆，開關(guān)型驅(qū)動(dòng)接口中單片機(jī)控制輸出的信號(hào)是開關(guān)量，有發(fā)光二極管驅(qū)動(dòng)接口晨下，光電耦合器驅(qū)動(dòng)接口累冠，液晶顯示器驅(qū)動(dòng)接口，晶閘管輸出型驅(qū)動(dòng)接口和繼電器型驅(qū)動(dòng)接口拳芹∮蓿控制揚(yáng)聲器采用的是晶閘管輸出型光電耦合驅(qū)動(dòng)接口。
電路如圖2 所示矢勉。晶閘管輸出型光電耦合器的輸出端是光敏晶閘管合弥。當(dāng)光電耦合器的輸入端有一定的電流流入時(shí)，晶閘管導(dǎo)通固蛾。采用4N 40單相晶閘管輸出型光電耦合器结执，當(dāng)輸入端有15-30mA的電流時(shí)輸出端的晶閘管導(dǎo)通。輸出端的額定電壓為400V ,額定電流有效值為300mA艾凯。4N 40的6腳是輸出晶閘管的控制端献幔，不使用此端時(shí)，可對(duì)陰極接一電阻趾诗。所以蜡感，當(dāng)8031的P1.0為低電平時(shí)，二極管導(dǎo)通恃泪，發(fā)光郑兴，觸發(fā)晶閘管使其導(dǎo)通，揚(yáng)聲器報(bào)警贝乎。

　　自動(dòng)通車接口電路設(shè)計(jì)

　　8031與自動(dòng)停車電路間用的是交流電磁式接觸器的功率接口情连。

　　交流接觸器C 由雙向晶閘管KS 驅(qū)動(dòng)。光電耦合器MOC3041 的作用是觸發(fā)雙向晶閘管KS 以及隔離單片機(jī)系統(tǒng)和接觸器系統(tǒng)糕非。MOC3041 的輸入端接7407蒙具，由單片機(jī)的P1.1端控制。P1.1輸出低電平時(shí)进登，KS導(dǎo)通，接觸器C吸合津咒。P1.1輸出高電平時(shí)另碍，KS關(guān)斷，接觸器C釋放哩拔。MOC3041內(nèi)部帶有過零控制電路自烛，因此KS 工作在過零觸發(fā)方式。

　　4 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

　　軟件主要由以下幾部分組成影焙，主程序戈秕，T0采樣中斷服務(wù)程序血肯，SUM P采樣子程序等。

　　系統(tǒng)初始化程序

　　系統(tǒng)上電復(fù)位后8031從地址000H開始執(zhí)行程序嫡贷，首先對(duì)系統(tǒng)初始化途居，完成設(shè)置棧指針，計(jì)數(shù)器/定時(shí)器工作方式朴埂，計(jì)數(shù)器/定時(shí)器初值袍镀，中斷方式，軟標(biāo)志初態(tài)值設(shè)置以及內(nèi)部和外部RAM 單元清零等工作冻晤。50H-7FH為堆棧區(qū)域苇羡，棧頂?shù)奈恢糜蒘P指示，初始化程序中SP 特殊功能寄存器寫入60H鼻弧。

　　8031單片機(jī)提供了5個(gè)中斷請(qǐng)求源设江，2個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)，可實(shí)現(xiàn)兩級(jí)中斷服務(wù)嵌套攘轩。5個(gè)中斷請(qǐng)求源為兩個(gè)外部中斷請(qǐng)求绣硝，兩個(gè)片內(nèi)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器溢出中斷和一個(gè)外部中斷。這個(gè)外部中斷是AD574轉(zhuǎn)換結(jié)束后撑刺，通知8031CPU取數(shù)鹉胖，CPU響應(yīng)這一中斷請(qǐng)求，暫停正在做的工作够傍，保護(hù)好現(xiàn)場(chǎng)后去取數(shù)甫菠，將數(shù)放入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器后再恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)，繼續(xù)原來的工作冕屯。

　　中斷服務(wù)程序

　　本系統(tǒng)的中斷服務(wù)程序是T0采樣中斷服務(wù)程序寂诱，另外還有一個(gè)AD574申請(qǐng)CPU取數(shù)的外部中斷服務(wù)程序。前者主要完成模擬信號(hào)的采樣蒿庙，數(shù)據(jù)處理和報(bào)警停車等功能搓陈。它是本系統(tǒng)軟件的核心部分。T0中斷服務(wù)程序主要由采樣子程序SUM P砖蕾，保護(hù)子程序PRO T等組成北捣。

　　統(tǒng)響應(yīng)T0定時(shí)中斷后，CPU執(zhí)行了一條由中斷系統(tǒng)提供的硬件LCALL指令廷共，轉(zhuǎn)向T0中斷服務(wù)程序入口论辈，中斷服務(wù)程序首先恢復(fù)T0計(jì)數(shù)器初值，隨后保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)≈罹ǎ現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)完成以后進(jìn)入信號(hào)采樣階段伪您，即執(zhí)行采樣子程序，在采樣完畢后調(diào)用A/D轉(zhuǎn)換程序AD574將數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換使驰，其中還包括A/D轉(zhuǎn)換的中斷服務(wù)程序订菇。采樣和A/D 轉(zhuǎn)換循環(huán)三次后消忘，進(jìn)入數(shù)字濾波程序，將中值(一個(gè)周期內(nèi)三個(gè)采樣點(diǎn)數(shù)值處于中間的值) 作為刀具穩(wěn)定切削時(shí)的穩(wěn)態(tài)值保存起來哈误。繼續(xù)調(diào)用采樣子程序(內(nèi)含數(shù)字濾波程序) 哩至，又獲得一個(gè)新的中值，在保護(hù)子程序內(nèi)黑滴，新中值與穩(wěn)態(tài)值進(jìn)行比較憨募，當(dāng)大于某數(shù)時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出自動(dòng)停車信號(hào)切斷主回路袁辈。其中菜谣，報(bào)警信號(hào)由8031 P1.0位發(fā)出，停車信號(hào)由P1.1位發(fā)出晚缩。

　　保護(hù)子程序PRO T

　　保護(hù)子程序就是將每次的數(shù)字濾波后留下的采樣值與計(jì)算機(jī)最先保存的刀具穩(wěn)定切削時(shí)的穩(wěn)態(tài)值相比較尾膊，若采樣值較穩(wěn)態(tài)值大且兩者的差值超過一定的裕度，則單片機(jī)清P1.0位接通外電路荞彼，使揚(yáng)聲器發(fā)出報(bào)警信號(hào); 若此差值更大冈敛，且大于更大的裕度時(shí)，則單片機(jī)P1.1位發(fā)出信號(hào)鸣皂，使外電路的交流接觸器失電抓谴，從而切斷主電路，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)停車维瑰。

　　5 結(jié)束語

　　本文設(shè)計(jì)的刀具過載保護(hù)與自動(dòng)調(diào)整線路押恢，能按設(shè)計(jì)要求時(shí)間對(duì)刀具進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與保護(hù)〔枨希可以滿足各種技術(shù)指標(biāo)穿侵。系統(tǒng)用模擬濾波即全波線性檢波和編程實(shí)現(xiàn)的數(shù)字濾波相結(jié)合的方法，使得保護(hù)線路的精度較高扫帝。在實(shí)際的生產(chǎn)實(shí)踐中已經(jīng)運(yùn)用撰征，并且效果良好。 

聲明：本網(wǎng)站所收集的部分公開資料來源于互聯(lián)網(wǎng)融乖，轉(zhuǎn)載的目的在于傳遞更多信息及用于網(wǎng)絡(luò)分享仔蟀，并不代表本站贊同其觀點(diǎn)和對(duì)其真實(shí)性負(fù)責(zé)，也不構(gòu)成任何其他建議米鹏。本站部分作品是由網(wǎng)友自主投稿和發(fā)布墓运、編輯整理上傳，對(duì)此類作品本站僅提供交流平臺(tái)栗哥，不為其版權(quán)負(fù)責(zé)。如果您發(fā)現(xiàn)網(wǎng)站上所用視頻勘伺、圖片跪腹、文字如涉及作品版權(quán)問題褂删，請(qǐng)第一時(shí)間告知，我們將根據(jù)您提供的證明材料確認(rèn)版權(quán)并按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)支付稿酬或立即刪除內(nèi)容冲茸，以保證您的權(quán)益屯阀！聯(lián)系電話：010-58612588 或 Email:editor@mmsonline.com.cn。