摘要: 為避免生產實訓中由於對刀（dāo）誤操作引起的人身安全事（shì）故（gù）及各類經濟損失的發生，依據數控（kòng）銑床結構，設計了相應的對刀提示裝置。根據（jù）裝置的應用（yòng）環境，設計了夾持機構，保證了安（ān）裝定位的（de）精確性。利用MCS51 係列單片（piàn）機的高度集成性和穩定性，為該裝置設計了電氣硬（yìng）件結構。運用C 程序語言設計了裝置控製（zhì）程序，並載入單片機內（nèi）測試運行。該裝置的應用（yòng），減少了因（yīn）數控銑床對刀操作引（yǐn）起的斷（duàn）刀（dāo）、撞刀事件，生產實訓中的安全隱患也得到了及時有（yǒu）效的消除。
  
      關鍵詞: 數控銑床; 對刀提示裝置; 單片機

 
      裝備製造技術是衡（héng）量一個國家綜合國力的重要標（biāo）誌，而數控機床則是裝備製造技術的基礎。隨著（zhe）我國改革發展（zhǎn）力（lì）度的（de）不斷加深，數控機床的引進、研製工作也取得了很大進展（zhǎn），大批量數控設備的應用改變了傳統加工模式，大量勞（láo）動生產力獲得（dé）了解放，生產效率較以往有了質的飛躍。
 
      數控銑床是數控設備中極其重要的典型代表。由於它（tā）在加工製造領域，尤其是模具製造行業的廣泛應用，與之相關的技（jì）能人才（cái）培養工作成為了各大企業、學校麵臨的緊要任務。而數（shù）控銑床（chuáng）對刀操作技能是每位操（cāo）作者都必須掌握的基礎技能，但因其引發的各類（lèi）事故及經濟損（sǔn）失也不計其數。研製數控銑床對刀提示裝置主要的目的就是為了降低對刀誤操作率，保證每位操（cāo）作人員的人身安全（quán），降低因（yīn）對刀（dāo）操作失（shī）誤帶來的各類經濟損失，如機床撞刀、零件報廢等。
 
      1 、裝（zhuāng）置提示原理
 
      超聲波在空氣中的傳播速度為344 m/s，其振動頻率高於人類的聽覺20 000 Hz 0-29(次方)。當其傳播過程中接觸到障（zhàng）礙物即會以相同的速度反（fǎn）射回發射處。將（jiāng）聲波接收時間t1與聲波發射時（shí）間t2之差（chà）乘以波（bō）速的一半即可得（dé）被測距離L。該裝置就是利用超聲（shēng）波（bō）的這一原理測得對刀過程中刀具相（xiàng）距工件（jiàn）的（de）距離。具體計算公式如（rú）下: 

      
   
      通（tōng）過程序設（shè）定，當（dāng）刀具由機床（chuáng）手動方式（shì）進給至距離工件7 ～ 8 cm 時，黃色提示燈亮，此時當采取手輪方式（shì）( 倍率100) 移動刀具。當刀具繼續移動至距離（lí）工件3 ～ 4 cm 時，紅色（sè）燈亮，此時手輪倍率應調至10倍。當刀具移動至距離（lí）工件小於（yú）3 cm 時，兩燈均滅，此時手（shǒu）輪（lún）倍率開關可調整至1 倍或不調整( 根據精度需求決定) 。
 
      2 、夾持機構設計
 
      該裝（zhuāng）置的夾持機（jī）構由（yóu）連杆、壓緊旋鈕、萬向節、磁體組成。連杆2 與磁體1 固定連接，連杆3 相對連杆2 做上下移動（dòng）和轉動，並由旋鈕4 壓緊。連杆5 相對連杆3 做橫向（xiàng）移動，以調節裝置與刀具的間隔距離。連（lián）杆6 與連杆5 采用球（qiú）頭（tóu）萬向連接，以保證（zhèng）裝置定位的準確性。夾持機構示意圖如圖1 所示。
 

                     圖1 夾（jiá）持機構示意圖
   
      3、 提示裝置硬件設計
 
      3. 1 超聲波發射電路設計
 
     由單片（piàn）機產生的超聲（shēng）波信號驅動能力較弱，需經過一個（gè）信號放大電路才能驅動發射裝置 ］。采用74HC04 非門電路將信號（hào）放大。具體電路如圖2 所示。
 

                                          圖2 發射（shè）電路
   
     3 . 2 超聲波接收電路設計
   
     超聲波接收電路采用集（jí）成電路設計，其（qí）芯片選用CX20106A，利用該集成電路接收信（xìn）號的增益效果更為明（míng）顯，且抗幹擾（rǎo）能（néng）力也較高。具體電路如圖3所示。

                                            圖（tú）3 接收電路
   
     3. 3 主控（kòng）製（zhì）係統設計
   
     該裝置主控係統擬采（cǎi）用STC11F04E 單片（piàn）機 。它將有效控製以下核心模塊（kuài）: ( 1) 時鍾計數模塊;( 2) 超（chāo）聲發送接收模塊（kuài）; ( 3) 距離提示模塊。具體設計如（rú）圖4 所示。

       
                                               圖4 控製（zhì）係統
   
     4 、提示裝置軟件設計
 
     對刀提示裝（zhuāng）置采用單片機STC11F04E 設計，主要（yào）完成以下功（gōng）能: ( 1) 上電（diàn）複位; ( 2) 超聲波發送和接（jiē）收; ( 3) 測量距離計算; ( 4) 比較判定反（fǎn）饋; ( 5) 提示裝置工作［9 － 10］。提示係（xì）統程序流程圖見圖5。

       
               圖5 提（tí）示係統程序流程圖

  
      5 、裝置應（yīng）用情況討論
 
     根據上（shàng）述設計方案，項（xiàng）目組著手試製對刀提示（shì）裝置樣機，樣（yàng）機電氣部分如圖6 所示。

                                  圖6 樣（yàng）機電氣實物（wù）圖
      
     將試製完成的對刀提示裝置應（yīng）用於校內生產實訓後，因對刀誤操作引（yǐn）發的撞（zhuàng）刀事故明顯降低，具體見表1。
   
                                 表1 對刀（dāo）誤操（cāo）作事故統計表

     由表1 可知，使（shǐ）用提示裝置後撞刀次數減少了80%。
 
     6 、結論
 
     利用超（chāo）聲波測距原理研製的數控銑床對刀提（tí）示裝置精（jīng）度可達0. 1 mm，最小測距可達1 cm，完全滿足工作要（yào）求。該裝置的應用（yòng）可有效降低加工事故的發生，在保障操作人員安全的同時，也降低了刀具、零件的損耗，減少了相關經濟損（sǔn）失。