单片机在车刀角度测量中应用研究.doc

单片机在车刀角度测量中应用研究 　　【摘要】普通车刀角度测量台测量刀具角度时，存在人为读数误差，测量精度低。利用角度传感器测量刀具角度，以单片机为控制核心，用显示屏来数字显示测量结果和相关测量提示，可有效的杜绝人为因素干扰，并且更便于操作，不但提高了测量精度，更提高了测量效率，在控制刀具测量实验及刃磨质量控制方面具有较高的意义。 　　【关键词】单片机；标注角度；角度传感器 　　车刀作为车削加工的重要的工具，其切削性能与切削加工效率及工件加工质量有着直接的关系。而车刀的切削性能除了与刀具材料有关外，更取决于车刀的几何形状，即刃磨车刀时所达到的角度参数大小。为了控制车刀的切削性能，必须精确控制车刀几何角度，所以刀具角度测量不但在教学实验中，而且在生产实践中都具有重要的意义。 　　1.普通车刀角度测量仪的结构分析 　　车刀的标注角度是用来确定刀具几何结构，在刀具设计图上标注的角度。常用的标注角度有5个：主偏角、副偏角、前角、后角、刃倾角[1]。其中主偏角是指主切削刃在基面内的投影与进给运动方向之间的夹角，副偏角是副切削刃在基面内的投影与进给运动反方向之间的夹角，前角是在正交平面内刀具前面与基面之间的夹角，后角是在正交平面内刀具主后面与切削平面之间的夹角，刃倾角是指在切削平面内切削刃与基面之间的夹角。测量实验时，技术人员通常使用一种专用车刀角度测量仪进行测量。 　　图1 车刀角度测量仪的机械结构 　　图示：1.动滑台 2.底座 3.偏角刻度盘 4.锁紧螺钉 5.螺柱 6.升降螺母 7.升降滑座 8.刃倾角刻度盘 9.刃倾角指针 10.刃倾角锁紧 11.前后角刻度盘 12.前后角指针 13.前后角锁紧 14.切削平面 15.切削面锁紧 16.滑板锁紧 　　1.1 车刀角度测量仪的机械结构 　　图1是常用车刀角度测量仪的机械结构：由底座、滑板、螺柱、螺母、滑座、刻度盘、指针、锁紧螺钉等组成。其中编号为1的动滑板上表面代表基面，车刀侧面紧贴动滑板上的两个定位柱放在上面；编号14的元件前表面代表切削平面，其下底面是刃倾角测量时的基准；编号12的元件侧面代表与基面和切削平面垂直的正交平面??其左下角的90o缺口两边分别是刀具前角测量和后角测量时的基准边。 　　1.2 刀具角度测量方法 　　根据车刀的角度定义，车刀的主、副偏角在基面内测量，前角和后角在正交平面内测量，刃倾角在切削平面内测量。在测量刀具标注角度时，车刀放在动滑台上可随动滑台左右移动，或侧面紧贴动滑台定位柱前后移动。动滑台上表面体现基面，转动升降台使切削平面14侧面贴合车刀主（副）切削刃，即可测量刀具主、副偏角；主偏角测量完成后锁紧螺钉4使导柱固定，调整升降台高度，使前后角测量平面与刀具的前、后面分别贴合，即可测出刀具前、后角；若绕与切削平面14垂直的轴线转动切削平面，使底部的测量面贴合切削刃，即可测量出刀具刃倾角。若测完刃倾角后固定切削平面位置，再调整升降台高度，使前后角测量平面12的测量边分别与刀具的前、后面分别贴合，即可测出刀具正交平面内的前、后角。 　　2.单片机控制的车刀角度测量结构方案 　　2.1 机械部分的结构改进 　　为了提高测量结果的准确性，便于数字化管理，我们在原设计的基础上进行了改进，引入角度传感器，通过单片机控制来检测刀具角度[2]：①在固定底座，螺柱5的下侧加装角度传感器，用来测量主、副偏角。②在元件14回转轴的后侧加装角度传感器，用来测量刃倾角。③在体现正交平面的元件12回转轴的后侧加装角度传感器，用来测量前、后角。④为提高测量数据精确程度，避免人为误差，角度传感器测量结果通过显示模块数字显示。 　　2.2 单片机硬件电路设计 　　车刀角度测量仪的数字测量系统由硬件和控制软件两部分组成，其硬件包括信号采集模块、程序控制模块、液晶显示模块、电源模块（如图2）。信号采集模块采用可连续圆周回转的角度传感器，程序控制模块采用单片机进行控制，系统通过程序控制数模转换模块将角度传感器的输出信号进行A/D装换，经函数运算后在液晶显示模块中显示对应的刀具角度。 　　在元器件选择方面，控制单片机采用STC12C5A60S2，该单片机价格便宜，功能强大，抗干扰能力强，并且内部几乎包含了数据采集和控制中所需的所有单元模块，电路设计简单，计算精度高，适合用于高精度数据采集，完全满足测量需要[3]。 　　图2 硬件系统结构图 　　信号采集模块采用3个WDD35D4角度传感器，分别对应主（副）偏角测量、刃倾角测量和正交平面内前后角测量[4]，WDD35D4是精密形导导电塑料电位器，有1K、2K、5K等不同阻值产品，可0～360°连续旋转，测量精度达0.1%。电路设计如图3所示，对传感器施加电压，当传感器旋转时，输出端的电压会相应变化[5]。为降