車床自動換刀模擬系統(tǒng)

1、附件一：“STC”杯單片機系統(tǒng)設計科目作品申報表參賽組別B作品名稱車床自動換刀系統(tǒng)隊伍編號800595申報單位鄭州科技學院指導教師呂剛磊 沈華剛參賽選手李歐陽第一聯(lián)系人姓名呂剛磊13253616192郵箱328993407qq 第二聯(lián)系人姓名沈華剛15136223171郵箱372703019qq 綜合知識成績準考證號一成績準考證號二成績準考證號三成績作品介紹作品簡介(說明：含圖片、開發(fā)背景、結構說明、功能與使用說明、作品特色等，字數(shù)不超過800字)平臺選型說明設計說明（說明：含原理圖、設計原理、設計方案等，字數(shù)不超過3000字）（組作

2、品需以附件形式另外提供可執(zhí)行設計源程序）聲明本參賽隊伍所有成員一致同意，在不涉及技術泄密的情況下，大賽主辦方及相關技術支持單位，可以將該參賽作品用于大賽等有關活動使用。 代表簽字： 李歐陽注: 本申報表掃描件及相關初審材料發(fā)送至 或 . 作品簡介(說明：含圖片、開發(fā)背景、結構說明、功能與使用說明、作品特色等，字數(shù)不超過800字)開發(fā)背景數(shù)控技術自20世紀中葉出現(xiàn)以來，數(shù)控機床給機械制造業(yè)帶來了革命性的變化。數(shù)控加工的加工柔性好，加工精度高，生產(chǎn)效率高，使加工經(jīng)濟效益提高。數(shù)控機床是一種典型的機電一體化產(chǎn)品，適用于加工多品種小批量，結構較復雜

3、，精度要求高的關鍵零件。而換刀機構是數(shù)控機床的主要附件之一，它的性能直接影響著數(shù)控機床的精度和效率。所以研究自動換刀系統(tǒng)是非常有意義的。隨著數(shù)控機床的發(fā)展，傳統(tǒng)的換刀機構，儲刀量較少，效率低下，精度差，已不能滿足要求，于是便出現(xiàn)了許多精度更高，自動化更高的換刀系統(tǒng)。自動換刀裝置是數(shù)控機床上最普遍的一種輔助裝置，它可以是數(shù)控機床在對工件加工時，隨時更換加工工序，縮短加工時間，減少加工過程中由于多次安裝工件而引起的誤差，提高加工精度。結構介紹本作品由串口通信，液晶顯示，矩陣鍵盤，電感式傳感器，控制器，刀盤，刀架，減速電機，驅動電源，電機驅動板構成。串口通信：用來實現(xiàn)單片機和計算機的數(shù)據(jù)交換。液晶顯

4、示：用來記錄操控選擇。矩陣鍵盤：用來手動輸入數(shù)據(jù)。電感式傳感器：實時反饋刀位走向。圓形刀盤：用來儲存刀具。刀架：用來支撐減速電機及刀盤。減速電機：控制刀盤旋轉。圖1為作品實圖作品簡介功能與使用說明打開串口通信與鍵盤通信切換使能鍵，選擇使用外設矩陣鍵盤輸入模式，并按下所需刀位信號鍵，經(jīng)補碼算法選擇最短路線?？刂齐姍C進行順時針或逆時針旋轉。關閉串口通信與鍵盤通信切換使能鍵，選擇使用串口通信模式，由計算機作為上位機發(fā)送信號指令，經(jīng)補碼算法選擇最短路線?？刂齐姍C進行順時針或逆時針旋轉。作品特色使用內(nèi)置EEPROM實時記錄輸入信號，即使碰到系統(tǒng)突然斷電也能記錄最后輸入的信號，以便開機重啟是該系統(tǒng)能正常工

5、作。選用兩種輸入模式，即外設矩陣鍵盤輸入，計算機作為上位機通過串口輸入應對各種條件限制下，該系統(tǒng)能使用。利用補碼算法，優(yōu)化路徑使選取刀位時，減少刀盤旋轉時所需時間。通過solidworks設計作品模型，利用3D打印快速成型技術，轉化為實體模型。對刀盤進行優(yōu)化改進，刀具面兩邊用兩個金屬小球作為感應裝置，使定位更加精確。 平臺選型說明本作品基于keil c51進行程序編寫，及仿真。基于計算機串口通信RS232與IAP15F2K61S2主控芯片進行信息交換.遵守I2C總線進行數(shù)據(jù)保存。以STC-ISP為核心的燒錄軟件。設計說明（說明：含原理圖、設計原理、設計方案等，字數(shù)不超過3000字）系統(tǒng)整體框圖

6、電機驅動模 塊根據(jù)系統(tǒng)工作原理繪制出作品整體方案的框圖,如圖2所示：控制器選擇鍵 電機矩陣鍵盤串口通信傳感器LCD12864液晶顯示 圖2整體方案的框圖設計原理簡介傳統(tǒng)機床在更換刀具時，往往有人工換刀具，因此每次換刀都得把機床停止運行。這樣一來就造成時間的浪費，加快了機床的磨損。有一些數(shù)控機床有自動換刀只能單方向轉動（圓形刀庫）。所以本作品在傳統(tǒng)的基礎上做了較大的改動。把它該做成兩種模式的旋轉，即順時針旋轉，逆時針旋轉。這樣就可選擇較近的路線，從而節(jié)省時間。假如規(guī)定一號刀為初始刀位，也為基準位置。圖 3刀盤簡易圖設計說明 現(xiàn)在操作人員想要把1號刀換成6號刀，刀盤有兩種路線一是順時針旋轉至6號刀

7、，二是逆時針旋轉至6號刀。從圖上可以清楚地看到順時針旋轉時走的步數(shù)較少。這樣系統(tǒng)就會自動的選擇順時針方向旋轉，減少步數(shù)，節(jié)省時間。 如果操作人員想要把1號刀換成4號刀，刀盤有兩種路線刀盤有兩種路線一是順時針旋轉至4號刀，二是逆時針旋轉至4號刀。從圖上可以清楚地看到逆時針旋轉時走的步數(shù)較少。這樣系統(tǒng)就會自動的選擇逆時針方向旋轉，減少步數(shù)，節(jié)省時間。方案設計1.硬件選型與設計1.1減速電機 選取 ZHONGKE公司的ZGA37RG40i/A0035V85R15的直流減速電機，5V供電,15r/min。具有大扭力，能滿足轉動刀盤時的扭力圖 4減速電機實物圖1.2顯示功能選用LCD12864液晶顯示器。 圖5 LCD12864顯示界面1.3電感式傳感器實時反饋刀具所在位置，用于下次輸入作參考。圖6電感式傳感器 設計說明1.4 電機驅動模塊 選用繼電器做成H橋式電機驅動模塊，用二極管保護電路，三極管放大電流。圖 7 電機驅動模塊1.5刀盤利用3D打印制作的刀