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        單片機在數控車床切削力測量中的應用

        作者: 時間:2012-03-09 來源:網絡 收藏

        1、問題的提出
        在數控車床的加工中,切削力的測量甚為重要。通過對切削力的測量可以分析與研究數控車床各零部件、機構或結構的受力情況和工作狀態,驗證設計和計算結果的正確性,確定整機工作過程中的負載譜和某些物理現象的機理。因此,他對發展設計理論、保證數控機床安全可靠地運行以及實現數控機床自動加工、自動檢測、自動控制和切削力過載報警等都具有十分重要的作用和適用價值。

        2、系統硬件接口電路的設計
        系統硬件原理框圖如圖1所示。系統以單片機為控制核心,外圍電路針對單片機的功能特點而設計,充分利用了單片機片內資源豐富的特點,簡化了外圍電路,提高了可靠性。下面對系統中主要功能模塊與硬件可靠性技術逐一分析。

        單片機在數控車床切削力測量中的應用
        圖1 系統硬件原理框圖

        2.1 切削合力與分力
        為了便于測量和研究數控車床切削力起見,尤其是為了適應生產中設計和使用數控機床、刀具和夾具的需要,一般都把總切削力Fr分解成三個互相垂直方向的力,即Fz、Fy、Fx來研究。
        2.2
        通常測力儀中最常用的傳感器是電阻絲應變片和壓電晶體。我們所設計的八角環測力儀是一種電阻絲應變片式的測力儀。其工作原理是測力儀的八角環是彈性元件,在環的內外壁上粘貼電阻應變片,并連結成三個電橋以作為測定X、Y、Z三個方向切削力的傳感器,在數控車床車削時,車削力經工件轉動傳遞于車刀上,再由車刀刀桿傳遞到八角環,八角環的變形使緊貼在其上的電阻應變片也隨之變形,電阻值R發生了變化(R±ΔR)。當應變片受拉伸時,電阻絲直徑變細,電阻值增大(R+ΔR),當應變片受壓縮變形時,電阻絲直徑變粗,電阻值變小(R-ΔR),從而輸出正比例電信號。實驗得知,由于電阻應變片的電阻變化很小,所以必須將信號放大到0—5V后才能輸入單片機控制系統進行相應的處理。
        電阻應變片組成的電橋如圖2所示。a)圖為等臂全橋電路,b)圖為臥式半橋電路。

        單片機在數控車床切削力測量中的應用

        圖2 電阻應變片組成的電橋

        圖2中a)為由電阻應變片所組成的電橋R1、R2、R3、R4分別為四個電橋橋臂的電阻。當A、C端加以一定的橋壓U時則B、D端的輸出電壓 U由下式求得:

        單片機在數控車床切削力測量中的應用 (1)


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