小，适合于微位移量及振动的测量。霍尔效应及霍尔元件霍尔效应置于磁场中的静止载流导体，当它的电流方向与磁场方向不致时，载流导体上平行于电流和磁场方向上的两个面之间产生电动势，这种现象称霍尔效应。该电势称霍尔电势。如图所示，在垂直于外磁场的方向上放置型半导体薄片，通以电流，方向如图所示。半导体薄片中的电流使自由电子在电场作用下做定向运动。此时，每个电子受洛伦兹力的作用，的大小为图霍尔效应的基本原理的方向在图中是向内的，此时电子除了沿电流反方向作定向运动外，还在的作用下漂移，结果使半导体薄片内侧面积累电子，而外侧面积累正电荷，从而形成了附加内电场，称霍尔电场，该电场强度为为霍尔电动势。同时，每个电子所受电场力为当电子所受洛伦兹力与霍尔电场作用力大小相等方向相反时此时电荷不再向两侧面积累，达到平衡状态。若金属导电板单位体积内电子数为，电子定向运动平均速度为，则激励电流式中，霍尔元件的乘积灵敏度霍尔元件的基本结构图霍尔元件的基本结构由霍尔片四根引线和壳体组成的，如图所示。霍尔片是块矩形半导体单晶薄片，引出四根引线两根引线加激励电压或电流，称激励电极控制电极。引线为霍尔输出引线，称霍尔电极。霍尔元件的壳体是用非导磁金属陶瓷或环氧树脂封装的。硬件电路设计数控回转刀架的电气控制部分主要包括收信电路发信电路和延时锁紧电路三大块。发信电路图中，发信盘上的只霍尔开关型号为，都有个引脚，第电源，第角接地，第角输出。转位时刀台带动磁铁旋转，当磁铁对准个霍尔开关时，其输出端第角输出低电平当磁铁离开时，第脚输出高电平。只霍尔开关输出的个刀位信号分别送到图的只光电耦合器进行处理，经过光电隔离的信号再送给接口芯片的。图发信盘上的霍尔元件图刀位信号处理及延时锁紧电路收信电路图刀架电动机的正反转控制电路图为刀架电动机正反转控制电路，接口芯片的与分别控制刀架电动机的正转与反转。其中为正转继电器的线圈，的反转继电器的线圈。因为刀架电动机的功率只有，所以图中刀架电动机与市电的接通可以选用大功率直流继电器，而不必采用继电器接触器电路，以节省成本，降低故障率。图中，正转继电器的线圈与反转继电器的组常闭触点串联，而反转继电器的线圈又与正转继电器的组常闭触点串联，这样就构成了正转与反转的互锁电路，以防止系统失控时导致短路现象的发生。当或的触点接通电压时，会产生较强的火花，并通过电网影响控制系统的正常工作，为此，在图中布置了对阻容用来灭弧，以抑制火花的产生。图刀架电动机正反转的实现及灭弧电路延时锁紧电路当刀架转到所需要的刀位时，需要判断刀架是否已经锁紧。本设计通过使用电磁式过电流继电器检测锁紧时主电路的电流大小来进行判断。刀架锁紧之前，主电路的电流比较稳定，电磁继电器处于释放状态。当刀架锁紧时，电动机转速下降，主电路的电流急剧上升。当电流大小超过设定值时，电磁继电器吸合，对应的常开触点闭合，光电耦合器中的光电二级管导通，发出低电平信号，如图所示。延时锁紧信号经过光电耦合处理之后，送到，并将的置为。检测到为时，即将置为，继电器断开，电动机停转。复位电路单片机与的复位时通过外部的复位电路来实现的。的片内复位引脚通过个施密特触发器与复位电路相连，施密特触发器用来抑制噪声，在每个机器周期的，施密特触发器的输出电平由复位电路采样次，然后才能得到内部复位操作所需要的信号。本设计采用按键复位方式，复位电路如图所示。图复位电路控制软件设计分析清楚数控回转刀架的工作原理机械结构和电气控制电路后。如前所述，本课题所需要的传感器控制芯片可编程接口芯片都已经选择并且介绍完毕，此时就可以开始编制数控回转刀架自动换刀的微机控制软件了。对于四工位立式数控回转刀架来说，它最多装有把刀具，设计控制软件的任务，就是在选中任意把刀具时，让其回转到所需要的工作位置，并且要求换刀应具有定的回转精度和换刀速度。图表示让刀转到工作位置的程序流程，刀的转位流程与刀相似。本课题中控制系统的为英特尔公司生产的单片机，可编程扩展芯片作为数控回转刀架的收信与发信控制芯片，已知芯片的控制口地址为，口地址为，口的地址为，口地址为，则基于数控回转刀架的电气控制原理图和换刀流程图的单片机的汇编语言程序详见附录Ⅰ。图换刀的程序流程图换刀结束开始换刀刀在工作位置么刀架电动机正传刀转到工作位置了么刀架电动机停转稍作延时刀架电动机反转延时反转延时时间是否已到总结本设计在仔细分析了总体设计要求及技术要点之后，并且认真的考虑了数控回转刀架的工作环境以及技术条件，在综合前人设计的基础上，突出自己的特点，如期的完成了本次设计任务。本课题所设计的数控回转刀架的减速传动机构采用蜗杆副减速，在结构上具有良好的强度和刚性，可以承受粗加工时的切削力，并且具有自锁功能结构紧凑，可以实现整个刀架装置的小型化。上刀体锁紧和精定位采用端面齿盘，可以保证转位之后具有较高的重复定位精度。当需要换刀时，需要让端面齿盘脱离啮合，本设计采用螺杆螺母副，以达到刀架转位和刀架锁紧的目的。本课题所选用的传感器为霍尔元件，它具有非接触适用条件广的特点。霍尔元件与接口芯片，，，刀换刀程序，，，，指向口读取口锁存器内容令，刀架电动机正转无效令，刀架电动机反转无效刀架电动机停转延时令，刀架电动机反转有效令，刀架电动机正转无效刀架电动机开始反转上刀体延时锁紧程序，指向口读取口内容即刀架是否已经锁紧若刀架已经锁紧，则令，刀架电动机正转无效令，刀架电动机反转无效刀架电动机停转换刀程序返回延时子程序延时子程序的连接，选用光电耦合器作为信号转换元件，可以有效隔离外界噪声的干扰。本课题的创新之处在于在设计延时锁紧部件的同时，实现了刀架电动机意外短路的保护功能。问题的解决在于采用电磁式过电流继电器，处于调整状态时，继电器处于释放状态刀架锁紧时，继电器吸合，常开触点闭合，的被置，电动机停转。出现故障时，电动机短路时，继电器做出同样的动作，以达到保护目的。所设计的刀架可以很好的快速自动定位，高数控车床的加工效率，缩短工时。致谢经过半年的忙碌，本次毕业设计已经接近尾声，中间遇到了或多或少的困难和挫折，在此，我要感谢每个帮助过我的人。首先，我要感谢的是我的导师王春海教授，本课题在完成的过程中，遇到了很多意想不到的困难，尤其是在本学期开始阶段，考研复试与毕业设计的开题报告撰写发生了冲突，是王教授适当安排，帮助我很好的完成了任务。之后的设计中又给予了我很多的意见和建议。他那严谨的治学作风和工作态度让我受益匪浅。其次，要感谢我的同学和朋友，感谢我的同学宋哲给我做毕业设计提供了物质上的支持感谢张杰小潘给予我技术上的支持感谢我的室友高峰王刚念兴给予我精神上的支持。最后，还要感谢我亲爱的父母给予的理解和支持。感谢工程机械系各位老师在四年的时间里对我的谆谆教导，是他们的无私奉献让我掌握了扎实的专业知识，养成了认真的学习态度。最后，感谢各位老师评委教授，谢谢你们在百忙中对我的毕业设计的评阅和指导。参考文献王韧基于微控制器的机床数控系统的设计工业控制计算机，年，卷第期陈水生数控车床转塔型电动刀架控制系统设计制造技术与机床，年，第期阙师鹏种经济型自动回转刀架原理与控制分析江西有色金属，年，月第卷第期黄振雄转塔型自动回转刀架原理与故障维修设备管理与维修，年，第卷郭永环数控车床用转塔动力刀架的发展方向机床与液压，年，第卷刘金声，刘芳种数控回转刀架的结构与性能制造技术与机床，年，第期阳彦雄普通车床数控化改造太原电子科技大学，年，，，，，，Ń，，徐峰，李庆祥精密机械设计社北京清华大学出版社，，附录附录跳转到，控制字送到累加器，指向控制口初始化口清零若，则跳转到，若，则跳转到，若，则跳转到，若，则跳转到，指向口读取口内容测试若是，则说明刀已在工作位置，程序转到，指向口内容读取口锁存器内容令，刀架电动机正转有效令，刀架电动机反转无效刀架电动机开始正转延时，指向口读取口内容即刀转到工作位置了么延时，指向口第二次读取口内容延时，指向口第三次读取口内容，若刀转到工作位置则跳转到刀换刀程序，，，，，刀换刀程序，，。本文主要研究内容题目数控回转刀架及其微机控制系统设计任务应用于或改造的经济型数控车床。可以单向运转连续双向运转，载荷平稳空载起动，速度波动误差为。结构以及其工作方式为四工位立式，。使用期限为年，两班制工作大批量生产。工作环境温度为，湿度为。刀架转速为。第章总体结构设计引言数控车床为了能在工作的次装夹中完成多工序加工，缩短辅助时间，减少多次安装所引起的工作误差，必须带有自动回转刀架。根据当今数控车床的发展现状与未来发展趋势，数控回转刀架发展方向是多学科知识交叉。拥有位置检测装置以及闭环控制系统以期达到最理想的设计要求与应用要求。综合上述，可以看出数控回转刀架是个机电体化的产品。它使用蜗轮蜗杆机构丝杆螺母机构抬起旋转刀架，用霍尔开关检测刀位并通过数控系统控制回转电机正反转。利用多齿盘的高精度精确定位。自动回转刀架控制精确定位准确，是数控车床理想的自动换刀装置。减速传动机构的设计普通的三相异步电动机因转速太快，不能直接驱动刀架进行换刀，必须经过适当的减速。根据立式数控回转刀架的结构特点，采用蜗杆副减速是最佳选择。蜗杆传动可以改变传递的运动方向，保证较高的传动精度和平稳性，并且具有自锁功能。由于蜗杆的轮齿是连续的