（毕业论文）基于单片机数控机床6刀位的自动换刀电气控制设计 ㊣ 精品文档 值得下载

行减速。

考虑到本设计减速比较大，且为立式刀架，需改变传动运动方向，要求自锁，因此综合比较之后选用蜗杆副减速。

蜗杆传动单级传动能得到很大的传动比，传动平稳，无噪声，冲击载荷小，且能优化整体结构，做到外型轮廓小，结构紧凑，固选用蜗杆传动。

上刀体锁紧与精定位机构设计本设计上刀体的锁紧与定位机构选用端面齿盘，将上刀体和下刀体的配合面加工成梯形端面齿。

当刀架处于琐紧状态时，上下端面齿相互啮合，这时上刀体不能绕刀架的中心轴转动换刀时电动二〇二年二月二日星期四机正转，抬起机构使上刀体抬起，等上下端面齿脱开后，上刀体才可以绕刀架中心轴转动，完成转位动作。

刀架抬起机构设计要想使上下刀体的两个端面齿脱离，就必须设计合适的机构使上刀体抬起。

从经济型方面考虑，应采用经济的螺杆螺母副，在上刀体内部加工出内螺纹，当电动机带动螺杆绕中心轴转动时，作为螺母的上刀体要么转动，要么上下移动。

当刀架处于锁紧状态时，上刀体与下刀体的端面齿相互啮合，因为这时上刀体不能与螺杆起转动，所以螺杆的转动会使上刀体向上移动。

当端面齿脱离啮合时，上刀体就与螺杆同转动。

设计螺杆时要求选择适当的螺距，以便当螺杆转动定角度时，使得上刀体与下刀体的端面齿能够完全脱离啮合状态。

自动回转刀架的换刀流程当数控装置发出换刀指令后，电动机正转，通过弹簧安全离合器带动蜗杆正转，再经过蜗轮带动螺杆转，作为螺母的上刀体要么转动，要么上下移动，此处设计为电动机正转时上刀体向上移动，当刀架处于锁紧状态时，上刀体与下刀体的端面齿相互啮合，因为这时上刀体不能与螺杆起转动，所以螺杆的转动会使作为螺母的上刀体向上移动，从而使刀架抬起，在螺杆旋转的同时也带动上盖圆盘起旋转，当刀架完全抬起后，端面齿脱离啮合，上刀体上部的圆柱销落入上盖圆盘，上盖圆盘就通过圆柱销带动同转动，从而实现了上刀体的转位，再通过霍尔元件触发判断上刀体是否转到二〇二年二月二日星期四了工作位置。

完成转位后，由微动开关发出信号使电机反转，通过弹簧安全离合器带动蜗杆反转，再经过蜗轮带动螺杆旋转，螺杆旋转的同时也带动上盖圆盘起旋转，上盖圆盘通过上刀体上部的圆柱销带动上刀体开始反转，上刀体下部的反靠销马上就会落入反靠圆盘的十字槽内，反靠销反靠，上刀体停转，至此，实现粗定位。

螺杆的继续转动使上刀体下降，最后至上刀体的端面齿与下刀体的端面齿完全啮合，实现精定位，电动机停转，再延时锁紧，整个换刀过程至此结束。

硬件电路设计单片机选型数控机床的自动回转刀架对柔性化自动化定位精度速度要求相当高，随着计算机电子技术的发展，单片机以其高性能价格比的特点适应了现代工业发展的需求，越来越多地被应用于各种生产和控制领域。

单片机是典型的嵌入式系统，从体系结构到指令系统都是按照嵌入式应用特点专门设计的，能最好地满足对控制对象应用系统的嵌入现场的可靠运行以及非凡的控制品质要求。

因此，单片机是发展最快品种最多数量最大的嵌入式系统。

嵌入式系统与单片机已深入到国民经济众多技术领域。

单片机选型随着集成电路技术的发展越来越成熟，单片机技术也日趋完善。

针对不同的应用领域，世界各大集成电路制电控制部分，因此，为了保证系统工作稳定，在弱电和强电之间采用定的隔离措施是非常必要的。

常用的隔离方式有光电隔离继电器隔离变压器隔离。

在本设计中，采用了光电隔离保护措施。

信号的隔离目的之是从电路上把干扰源和易被干扰的部分隔离开来，使测控装置与现场仅保持信号联系，但不直接发生电的联系。

为了抗干扰，本设计采用的是光电耦合器进行隔离的措施来抑制此种干扰，光电耦合器使被隔离两者之间只有光的联系，而不直接发生电的联系二〇二年二月二日星期四芯片的工作原理芯片是个典型的可编程通用并行接口芯片，用来扩展单片机的端口，对输入不同的指令可改变口的工作方式。

与单片机系统连接方式简单，工作方式由程序设定，内部有个寄存器分别为寄存器和控制寄存器。

寄存器的数据就是引脚上输入或输出的数据。

而控制寄存器的数据则表明的工作方式。

通过和对个寄存器进行操作。

实现方式为低电平时选通为地址选通为读写信号为低为高时为读方式，为高为低时为写方式。

为数据口。

向控制寄存器写入不同的数据可以使工作在三种不同的方式下。

这里只介绍应用最多的方式。

方式下的及口上半部分和下半部分中任何个端口都可以设定为输入或输出，口还可以进行位操作。

它具有个位的并行口，有三种工作方式，可作为单片机与各种外部设备连接的接口电路，且初始化很简单，的使用说明上都有，地址分配要看实际的连接情况，电路连好之后地址都是固定的了。

控制软件设计控制系统的为单片机，扩展芯片作为自动回转刀架的收信与发信控制，初始化的时候让工作在基本输二〇二年二月二日星期四入输出方式方式零下，这样任何个端口都可以输入或输出，方式适用于无条件传送方式，此时，用作外设接口非常简单，在传送过程中不需要应答信号，由执行指令就可以实现数据的输入输出，程序简单，硬件节省。

口的最高两位和用于控制电机的正反转口高六位用于操作者输入刀具号即所需要的刀具号，用来和口比较，判断所需刀具是否为当前刀具口的高六位作为六把刀具信号当前刀具的读入接口，用于选刀控制口的作为是手动换刀还是自动换刀的控制，置时为自动换刀，置时为手动换刀口的用于在手动换刀即的情况下判断有无换刀信号，若无换刀信号，则刀架不需要转位，若有换刀信号，则刀架转动个刀位，然后再判断有无换刀信号，若无就延时锁紧。

程序的实现方法换刀工作原理的程序流程图开始换刀读入换刀信号，是否为自动换刀，手动换刀自动换刀，是否有换刀信号，当前刀具是否为所需刀具，刀架电动机正转，刀架电动机正转是否转过个刀位所需刀具转到工作位置吗刀架电动机停转，刀架电动机停转所需刀具转到工作位置了吗稍作延时，刀架电动机停转，刀架电动机反转，稍作延时，刀架电动机反转，延时锁紧，延时锁紧延时时间到否延时时间到否刀架电动机停转，刀架电动机停转，换刀结束。

图换刀工作原理的程序流程图程序的实现方法。

二〇二年二月二日星期四二〇二年二月二日星期四结论结论本设计根据给定的课题设计要求，综合运用所学的基本理论基本知识和相关的机械设计专业知识，完成了主要部件的装配并绘制了必要的零部件图，完成了整个自动刀架系统的设计。

包括自动换刀装置的总体设计原理方案的实现主要部件的分析传动零件的设计计算，单片机控制系统的实现。

采用三相异步电动机提供动力源，单片机进行系统控制。

此外，控制电路采用光电隔离电路，最大程度的避免了干扰，单片机控制系统属于弱电控制部分，但却是干扰源，说它是干扰源是因为它的主电路部分属于强电控制部分，因此，为了保证系统工作稳定，在弱电和强电之间采用定的隔离措施是非常必要的。

收发信电路传感器采用霍尔元件，因为霍尔开关具有无触电低功耗长使用寿命响应频率高等特点，内部采用环氧树脂封灌成体化，所以能在各类恶劣环境下可靠的工作。

通过以上设计，实现了数控机床工位自动换刀装置的自动换刀和精确定位要求。

参考文献参考文献文怀兴夏田编，数控机床系统设计化学工业出版社，陈婵娟主编，数控车床设计化学工业出版社，二〇二年二月二日星期四文怀兴主编，数控铣床设计化学工业出版社，恽达明，金属切削机床机械工业出版社，李蕾主编，精密机械设计化学工业出版社，吴宗泽主编，机械设计实用手册化学工业出版社，李朝青主编，单片机原理及接口技术北京航空航天大学出版社，许立梓等编，微型计算机原理及应用机械工业出版社。

二〇二年二月二日星期四云南锡业职业技术学院毕业设计论文说明系部机电工程系专业机电体化技术年级级姓名指导教师年月日二〇二年二月二日星期四云南锡业职业技术学院毕业设计论文任务书设计论文题目基于单片机数控机床刀位的自动换刀电气控制设计学生姓名学号班级机电班主要任务及目标主要内容与基本要求或技术数据进度安排指导教师签字年月日系主管领导签字年月日二〇二年二月二日星期四云南锡业职业技术学院毕业设计论文开题报告设计论文题目基于单片机数控机床刀位的自动换刀电气控制设计学生姓名学号班级机电班参考文献研究或解决的问题和拟采用的方法指导教师意见指导教师签字年月日系主管领导签字年月日二〇二年二月二日星期四云南锡业职业技术学院毕业设计论文答辩记录表设计论文题目基于单片机数控机床刀位的自动换刀电气控制设计学生姓名学号班级机电班主答委员答辩委员记录员成绩陈述时间答辩时间陈述情况答辩情况答辩主答委员签字年月日答辩委员会主任签字年月日二〇二年二月二日星期四云南锡业职业技术学院毕业设计论文成绩表设计论文题目基于单片机数控机床刀位的自动换刀电气控制设计学生姓名张星荣学号班级机电班指导教师评语评语成绩签名年月日答辩主答委员评语评语成绩签名年月日成绩成绩签字系部签字盖章教务处签字盖章年月日年月日毕业设计领导小组组长签字盖学院章年月日二〇二年二月二日星期四云南锡业职业技术学院毕业设计论文正文概述页系统的总体设计页减速传动机构方案设计页上刀体锁紧与精定位机构设计页刀架抬起机构设计页自动回转刀架的换刀流程页硬件电路设计页单片机选型页收信电路页发信电路页硬件电路主要电子元件的工作原理页霍尔元件的工作原理和特性霍尔元件的工作原理页霍尔开关的工作原理页光电耦合器的工作原理页芯片的工作原理页控制软件设计页程序的实现方法页结束语页参考文献页二〇二年二月二日星期四基于单片机数控机床刀位的自动换刀电气控制设计摘要自动换刀装置是数控机床上最普遍的种辅助装置，它可以使数控机床在工件次装夹中完成多种甚至所有的加工工序，以缩短加工的辅助时间，减少加工过程中由于多次安装工件而引起的误差，从而提高机床的加工效率和加工精度。

本论文是关于数控机床刀位自动换刀系统的设计，其中包括原理方案的实现单片机控制系统硬件电路的实现和软件程序的编制，主要部件的分析。

单片机进行系统控制，实现了数控机床刀位自动换刀和精确定位要求。

关键词数控机床，控制系统，单片机概述数控技术自世纪中叶出现以来，数控机床给机械制造业带来了革命性的变化。

数控加工的加工柔性好，加工精度高，生产率高，能减轻操作者劳动强度改善劳动条件，有利于生产管理的现代化以及经济效益的提高。

数控机床是种典型的机电体化产品，适用于加工多品种小批量结构较复杂精度要求较高的关键零件。

而刀架是数控机床的主要附件之