畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）加工中心主軸組件監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（含CAD圖紙）

1、目錄 （圖紙聯(lián)系 153893706）前言1第一章 加工中心介紹51.1加工中心51.1.1加工中心簡介51.1.2 加工中心的特點(diǎn)和用途61.1.3加工中心的工作原理71.1.4加工中心的主軸部件71.1.4.1主軸部件精度71.1.4.2 主軸部件結(jié)構(gòu)8第二章 傳感器介紹與選擇122.1傳感器簡介122.2傳感器的選取142.2.1.1磁電式轉(zhuǎn)速傳感器的工作原理142.2.1.2磁電式轉(zhuǎn)速傳感器的型號和技術(shù)參數(shù)：152.2.1.7 kmi15-1磁電阻式轉(zhuǎn)速傳感器技術(shù)參數(shù)202.2.2加工中心主軸運(yùn)行軌跡的監(jiān)測：202.2.2.1.電渦流位移（振動）傳感器的工作原理及特點(diǎn)202.2.2.2

2、 m307997電渦流位移傳感器參數(shù)212.2.3對加工中心主軸齒輪軸向移動的監(jiān)測212.2.3.1 kmz10b傳感器介紹212.2.3.2 kmz10b 傳感器參數(shù)21第三章 信息采集與處理223.1 a/d轉(zhuǎn)換器的分類與性能指標(biāo)223.1.1 a/d轉(zhuǎn)換器分類223.2 a/d轉(zhuǎn)換器和單片機(jī)243.2.1 adc0804轉(zhuǎn)換器：243.2.2 at89c51單片機(jī)263.2.3 ad轉(zhuǎn)換器與at89c51單片機(jī)接口電路圖:263.3 與pc機(jī)通信接口273.3.1 max487芯片介紹27第四章 加工中心主軸組件的監(jiān)測的實(shí)驗(yàn)分析284.1 drvi可重構(gòu)虛擬儀器實(shí)驗(yàn)平臺介紹：284.2加

3、工中心-軸心軌跡測量：294.3加工中心主軸-磁電傳感器轉(zhuǎn)速測量：31總結(jié)34致謝35參考文獻(xiàn)37 設(shè)計(jì)題目：加工中心主軸組件監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)圖紙，聯(lián)系 153893706摘要：本設(shè)計(jì)采用了虛擬儀器技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，設(shè)計(jì)了一套加工中心主軸組件監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用磁電式轉(zhuǎn)速傳感器、電渦流位移傳感器，實(shí)現(xiàn)對主軸運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的監(jiān)控。系統(tǒng)采用模塊化思想，組建方式靈活。利用傳感器進(jìn)行轉(zhuǎn)速、位移等數(shù)據(jù)的采集，用a/d轉(zhuǎn)換器對傳感器所采集的電壓電流等虛擬信號轉(zhuǎn)換成能被計(jì)算機(jī)識別的數(shù)字信號，從而使計(jì)算機(jī)通過具體的波形圖像實(shí)現(xiàn)對主軸的監(jiān)控。本論文主要介紹了kmi15-1轉(zhuǎn)速傳感器、cda0804轉(zhuǎn)換器、a

4、t89c51單片機(jī)、監(jiān)控系統(tǒng)原理、系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)，以及對數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析。該系統(tǒng)具有測量精度高，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便等特點(diǎn)。 關(guān)鍵詞：傳感器；a/d轉(zhuǎn)換器；at89c51單片machining center spindle monitoring system design componentszhangshaoxian (grade05, class052, mechanical design and manufacturing automation, school of mechanical engineering dept ，shanxi university of technology，h

5、anzhong 723003，shanxi)tutor: huang cheng liabstract: this design uses a virtual instrument technology, single-chip technology and computer technology, has designed a machining center spindle monitoring system components. the system uses a magnetic-electric speed sensors, eddy current displacement se

6、nsor to achieve operational status of the main axis of the monitor. modular system of thought, the formation of a flexible manner. the use of speed sensors, displacement, such as data collection, using a / d converter collected on the sensor, such as voltage and current signals into a virtual comput

7、er can be identified by digital signal, so that the specific form of computer images, through the realization of the monitoring of the spindle . this paper introduced the kmi15-1 speed sensor, cda0804 converter, at89c51 single-chip microcomputer, control system theory, system design, and experimenta

8、l analysis of the data. the system has high measurement accuracy, simple structure, easy to operate and so on.key words：sensor; a/ d converter; at89c51 single-chip microcomputer前言工業(yè)技術(shù)的發(fā)展水平是衡量一個(gè)國家技術(shù)水平的重要標(biāo)志之一，在一定程度上反映了該國的技術(shù)經(jīng)濟(jì)實(shí)力。因此，工業(yè)發(fā)達(dá)國家和地區(qū)對機(jī)電一體化技術(shù)都十分重視，從政府到企業(yè)都制定了相應(yīng)的發(fā)展戰(zhàn)略。我國對機(jī)電一體化的研究雖起步較晚，但發(fā)展速度較快，尤其是在我

9、國加入wto以后，面對國際市場激烈競爭的新形勢，已充分認(rèn)識到機(jī)電一體化對我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要戰(zhàn)略意義。任何事物的產(chǎn)生和發(fā)展，都離不開科技進(jìn)步和社會需求這兩大前提?？萍歼M(jìn)步是新事物產(chǎn)生的基礎(chǔ)，社會需求則是其產(chǎn)生的誘因和發(fā)展動力?？茖W(xué)技術(shù)和社會生產(chǎn)的不斷發(fā)展，對機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)率提出了越來越高的要求。機(jī)械加工工藝過程的自動化是實(shí)現(xiàn)上述要求的最重要措施之一。隨之，數(shù)控機(jī)床成為發(fā)展的趨勢。數(shù)控機(jī)床綜合了當(dāng)今世界上許多領(lǐng)域最新的技術(shù)成果，主要包括精密機(jī)械、計(jì)算機(jī)及信息處理、自動控制及伺服驅(qū)動、精密檢測及傳感、網(wǎng)絡(luò)通信等技術(shù)。數(shù)控機(jī)床即是采用了數(shù)控技術(shù)的機(jī)床，或者說裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床。從應(yīng)用來說，數(shù)控

10、機(jī)床就是將加工過程所需的各種操作（如主軸變速、松夾工件、進(jìn)到與退刀、開車與停車、選擇刀具、供給冷卻液等）和步驟，以及刀具與工件之間的相對位移量都用數(shù)字化的代碼來表示，通過控制介質(zhì)將數(shù)字信息送入專用的或通用的計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)對輸入的信息進(jìn)行處理與運(yùn)算，發(fā)出各種指令來控制機(jī)床的伺服系統(tǒng)或其他執(zhí)行元件，使機(jī)床自動加工出所需要的零件。數(shù)控機(jī)床與其他自動機(jī)床的顯著區(qū)別在于當(dāng)加工對象改變時(shí)，除了重新裝夾工件和更換刀具之外，只需要更換新的控制介質(zhì)，不需要對機(jī)床做任何調(diào)整。數(shù)控機(jī)床制造業(yè)是關(guān)系到國家戰(zhàn)略地位和體現(xiàn)國家綜合國力的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，其技術(shù)水平的高低和擁有量的多少是衡量一個(gè)國家工業(yè)化的重要標(biāo)志。數(shù)控機(jī)床作為新

11、型的自動化加工設(shè)備具有廣泛的通用性和很高自動化程度。數(shù)控機(jī)床的優(yōu)點(diǎn)如下：1）生產(chǎn)率高。數(shù)控機(jī)床能縮短由于換刀、轉(zhuǎn)換速度等所消耗的輔助時(shí)間，增加了切削加工時(shí)間的比率。采用最佳切削參數(shù)和最佳走刀路線，縮短了加工時(shí)間，從而提高了生產(chǎn)率。2）零件的加工精度，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。由于它是按照程序自動加工，不需要人工干預(yù)，其加工精度還可以利用軟件進(jìn)行校正與補(bǔ)償，故可以獲得比機(jī)床本身精度還要高的加工精度和重復(fù)精度。3）有廣泛的適用性和較大的靈活性。只需要改變程序，就可以加工不同產(chǎn)品的零件，能夠完成很多普通機(jī)床難以完成或者無法完成的復(fù)雜型面得加工。4）可以實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用。有的數(shù)控機(jī)床如鏜銑加工中心，可以替代鏜床、銑床

12、和轉(zhuǎn)鉆床，工件一次裝夾后，幾乎能完成箱體類零件的全部加工部位的加工。5）不需要專用夾具。采用通用夾具就能滿足數(shù)控加工的要求，節(jié)省了專用夾具設(shè)計(jì)制造和存放的費(fèi)用。6）大大減輕了工人的勞動強(qiáng)度。由于數(shù)控機(jī)床的優(yōu)點(diǎn)是現(xiàn)代社會發(fā)展的需要，因此，近些年來，數(shù)控機(jī)床被廣泛的應(yīng)用于我國的制造業(yè)，在國內(nèi)工業(yè)發(fā)達(dá)的地區(qū)已經(jīng)得到普及，由此對社會生產(chǎn)力的提高起著巨大的推動作用。數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化，使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征，而且隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，它對國計(jì)民生的一些重要行業(yè)（it、汽車、輕工、醫(yī)療等）的發(fā)展起著越來越重要的作用，因?yàn)檫@些行業(yè)所需裝備的數(shù)字化已是現(xiàn)代發(fā)展

13、的大趨勢。當(dāng)前數(shù)控車床呈現(xiàn)以下發(fā)展趨勢。1. 高速、高精密化高速、精密是機(jī)床發(fā)展永恒的目標(biāo)。隨著科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，機(jī)電產(chǎn)品更新?lián)Q代速度加快，對零件加工的精度和表面質(zhì)量的要求也愈來愈高。為滿足這個(gè)復(fù)雜多變市場的需求，當(dāng)前機(jī)床正向高速切削、干切削和準(zhǔn)干切削方向發(fā)展，加工精度也在不斷地提高。另一方面，電主軸和直線電機(jī)的成功應(yīng)用，陶瓷滾珠軸承、高精度大導(dǎo)程空心內(nèi)冷和滾珠螺母強(qiáng)冷的低溫高速滾珠絲杠副及帶滾珠保持器的直線導(dǎo)軌副等機(jī)床功能部件的面市，也為機(jī)床向高速、精密發(fā)展創(chuàng)造了條件。數(shù)控車床采用電主軸，取消了皮帶、帶輪和齒輪等環(huán)節(jié)，大大減少了主傳動的轉(zhuǎn)動慣量，提高了主軸動態(tài)響應(yīng)速度和工作精度，徹底解

14、決了主軸高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)皮帶和帶輪等傳動的振動和噪聲問題。采用電主軸結(jié)構(gòu)可使主軸轉(zhuǎn)速達(dá)到10000r/min以上。直線電機(jī)驅(qū)動速度高，加減速特性好，有優(yōu)越的響應(yīng)特性和跟隨精度。用直線電機(jī)作伺服驅(qū)動，省去了滾珠絲杠這一中間傳動環(huán)節(jié)，消除了傳動間隙（包括反向間隙），運(yùn)動慣量小，系統(tǒng)剛性好，在高速下能精密定位，從而極大地提高了伺服精度。直線滾動導(dǎo)軌副，由于其具有各向間隙為零和非常小的滾動摩擦，磨損小，發(fā)熱可忽略不計(jì)，有非常好的熱穩(wěn)定性，提高了全程的定位精度和重復(fù)定位精度。通過直線電機(jī)和直線滾動導(dǎo)軌副的應(yīng)用，可使機(jī)床的快速移動速度由目前的1020m/mim提高到6080m/min，甚至高達(dá)120m/min。

15、（2）高可靠性數(shù)控機(jī)床的可靠性是數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品質(zhì)量的一項(xiàng)關(guān)鍵性指標(biāo)。數(shù)控機(jī)床能否發(fā)揮其高性能、高精度和高效率，并獲得良好的效益，關(guān)鍵取決于其可靠性的高低。（3）數(shù)控車床設(shè)計(jì)cad化、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模塊化隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用的普及及軟件技術(shù)的發(fā)展，cad技術(shù)得到了廣泛發(fā)展。cad不僅可以替代人工完成繁瑣的繪圖工作，更重要的是可以進(jìn)行設(shè)計(jì)方案選擇和大件整機(jī)的靜、動態(tài)特性分析、計(jì)算、預(yù)測及優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以對整機(jī)各工作部件進(jìn)行動態(tài)模擬仿真。在模塊化的基礎(chǔ)上在設(shè)計(jì)階段就可以看出產(chǎn)品的三維幾何模型和逼真的色彩。采用cad，還可以大大提高工作效率，提高設(shè)計(jì)的一次成功率，從而縮短試制周期，降低設(shè)計(jì)成本，提高市場競爭能力。通過

16、對機(jī)床部件進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，不僅能減少重復(fù)性勞動，而且可以快速響應(yīng)市場，縮短產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)周期。（4）功能復(fù)合化功能復(fù)合化的目的是進(jìn)一步提高機(jī)床的生產(chǎn)效率，使用于非加工輔助時(shí)間減至最少。通過功能的復(fù)合化，可以擴(kuò)大機(jī)床的使用范圍、提高效率，實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用、一機(jī)多能，即一臺數(shù)控車床既可以實(shí)現(xiàn)車削功能，也可以實(shí)現(xiàn)銑削加工；或在以銑為主的機(jī)床上也可以實(shí)現(xiàn)磨削加工。寶雞機(jī)床廠已經(jīng)研制成功的cx25y數(shù)控車銑復(fù)合中心，該機(jī)床同時(shí)具有x、z軸以及c軸和y軸。通過c軸和y軸，可以實(shí)現(xiàn)平面銑削和偏孔、槽的加工。該機(jī)床還配置有強(qiáng)動力刀架和副主軸。副主軸采用內(nèi)藏式電主軸結(jié)構(gòu)，通過數(shù)控系統(tǒng)可直接實(shí)現(xiàn)主、副主軸轉(zhuǎn)速同步。該機(jī)

17、床工件一次裝夾即可完成全部加工，極大地提高了效率。（5）智能化、網(wǎng)絡(luò)化、柔性化和集成化21世紀(jì)的數(shù)控裝備將是具有一定智能化的系統(tǒng)。智能化的內(nèi)容包括在數(shù)控系統(tǒng)中的各個(gè)方面：為追求加工效率和加工質(zhì)量方面的智能化，如加工過程的自適應(yīng)控制，工藝參數(shù)自動生成；為提高驅(qū)動性能及使用連接方面的智能化，如前饋控制、電機(jī)參數(shù)的自適應(yīng)運(yùn)算、自動識別負(fù)載自動選定模型、自整定等；簡化編程、簡化操作方面的智能化，如智能化的自動編程、智能化的人機(jī)界面等；還有智能診斷、智能監(jiān)控等方面的內(nèi)容，以方便系統(tǒng)的診斷及維修等。網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控裝備是近年來機(jī)床發(fā)展的一個(gè)熱點(diǎn)。數(shù)控裝備的網(wǎng)絡(luò)化將極大地滿足生產(chǎn)線、制造系統(tǒng)、制造企業(yè)對信息集成的

18、需求，也是實(shí)現(xiàn)新的制造模式，如敏捷制造、虛擬企業(yè)、全球制造的基礎(chǔ)單元。數(shù)控機(jī)床向柔性自動化系統(tǒng)發(fā)展的趨勢是：從點(diǎn)（數(shù)控單機(jī)、加工中心和數(shù)控復(fù)合加工機(jī)床）、線（fmc、fms、ftl、fml）向面（工段車間獨(dú)立制造島、fa）、體（cims、分布式網(wǎng)絡(luò)集成制造系統(tǒng)）的方向發(fā)展，另一方面向注重應(yīng)用性和經(jīng)濟(jì)性方向發(fā)展。柔性自動化技術(shù)是制造業(yè)適應(yīng)動態(tài)市場需求及產(chǎn)品迅速更新的主要手段，是各國制造業(yè)發(fā)展的主流趨勢，是先進(jìn)制造領(lǐng)域的基礎(chǔ)技術(shù)。其重點(diǎn)是以提高系統(tǒng)的可靠性、實(shí)用化為前提，以易于聯(lián)網(wǎng)和集成為目標(biāo)，注重加強(qiáng)單元技術(shù)的開拓和完善。cnc單機(jī)向高精度、高速度和高柔性方向發(fā)展。數(shù)控機(jī)床及其構(gòu)成柔性制造系統(tǒng)能

19、方便地與cad、cam、capp及mts等聯(lián)結(jié)，向信息集成方向發(fā)展。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)向開放、集成和智能化方向發(fā)展第一章 加工中心介紹1.1加工中心1.1.1加工中心簡介加工中心(machining center)簡稱mc，是由機(jī)械設(shè)備與數(shù)控系統(tǒng)組成的使用于加工復(fù)雜形狀工件的高效率自動化機(jī)床。加工中心又叫電腦鑼。加工中心備有刀庫，具有自動換刀功能，對工件一次裝夾后進(jìn)行多工序加工的數(shù)控機(jī)床。加工中心是高度機(jī)電一體化的產(chǎn)品，工件裝夾后，數(shù)控系統(tǒng)能控制機(jī)床按不同工序自動選擇、更換刀具，自動對刀、自動改變主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量等，可連續(xù)完成鉆、鏜、銑、鉸、攻絲等多種工序。因而大大減少了工件裝夾時(shí)間，測量和機(jī)床調(diào)整等輔

20、助工序時(shí)間，對加工形狀比較復(fù)雜，精度要求較高，品種更換頻繁的零件具有良好的經(jīng)濟(jì)效果。傳統(tǒng)的機(jī)械加工都是用手工操作普通機(jī)床作業(yè)的，加工時(shí)用手搖動機(jī)械刀具切削金屬，靠眼睛用卡尺等工具測量產(chǎn)品的精度的。現(xiàn)代工業(yè)早已使用電腦數(shù)字化控制的機(jī)床進(jìn)行作業(yè)了，數(shù)控機(jī)床可以按照技術(shù)人員事先編好的程序自動對任何產(chǎn)品和零部件直接進(jìn)行加工了。這就是我們說的“數(shù)控加工”。數(shù)控加工廣泛應(yīng)用在所有機(jī)械加工的任何領(lǐng)域，更是模具加工的發(fā)展趨勢和重要和必要的技術(shù)手段?！癱nc”是英文computerized numerical control（計(jì)算機(jī)數(shù)字化控制）的縮寫。 什么是數(shù)控技術(shù)？數(shù)控技術(shù)，簡稱數(shù)控（numerical c

21、ontrol）。它是利用數(shù)字化的信息對機(jī)床運(yùn)動及加工過程進(jìn)行控制的一種方法。用數(shù)控技術(shù)實(shí)施加工控制的機(jī)床，或者說裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床稱為數(shù)控(nc)機(jī)床。數(shù)控系統(tǒng)包括：數(shù)控裝置、可編程控制器、主軸驅(qū)動器及進(jìn)給裝置等部分.數(shù)控機(jī)床是機(jī)、電、液、氣、光高度一體化的產(chǎn)品。要實(shí)現(xiàn)對機(jī)床的控制，需要用幾何信息描述刀具和工件間的相對運(yùn)動以及用工藝信息來描述機(jī)床加工必須具備的一些工藝參數(shù)。例如：進(jìn)給速度、主軸轉(zhuǎn)速、主軸正反轉(zhuǎn)、換刀、冷卻液的開關(guān)等。這些信息按一定的格式形成加工文件(即正常說的數(shù)控加工程序)存放在信息載體上(如磁盤、穿孔紙帶、磁帶等)，然后由機(jī)床上的數(shù)控系統(tǒng)讀入(或直接通過數(shù)控系統(tǒng)的鍵盤輸入，

22、或通過通信方式輸入)，通過對其譯碼，從而使機(jī)床動作和加工零件.現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床是機(jī)電一體化的典型產(chǎn)品,是新一代生產(chǎn)技術(shù)、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)等的技術(shù)基礎(chǔ)。 現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨向是高速化、高精度化、高可靠性、多功能、復(fù)合化、智能化和開放式結(jié)構(gòu)。主要發(fā)展動向是研制開發(fā)軟、硬件都具有開放式結(jié)構(gòu)的智能化全功能通用數(shù)控裝置。數(shù)控技術(shù)是機(jī)械加工自動化的基礎(chǔ)，是數(shù)控機(jī)床的核心技術(shù)，其水平高低關(guān)系到國家戰(zhàn)略地位和體現(xiàn)國家綜合實(shí)力的水平. 它隨著信息技術(shù)、微電子技術(shù)、自動化技術(shù)和檢測技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展。數(shù)控加工中心是一種帶有刀庫并能自動更換刀具，對工件能夠在一定的范圍內(nèi)進(jìn)行多種加工操作的數(shù)控機(jī)床。在加工中心上加工零件

23、的特點(diǎn)是：被加工零件經(jīng)過一次裝夾后，數(shù)控系統(tǒng)能控制機(jī)床按不同的工序自動選擇和更換刀具；自動改變機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量和刀具相對工件的運(yùn)動軌跡及其它輔助功能，連續(xù)地對工件各加工面自動地進(jìn)行鉆孔、锪孔、鉸孔、鏜孔、攻螺紋、銑削等多工序加工。由于加工中心能集中地、自動地完成多種工序，避免了人為的操作誤差、減少了工件裝夾、測量和機(jī)床的調(diào)整時(shí)間及工件周轉(zhuǎn)、搬運(yùn)和存放時(shí)間，大大提高了加工效率和加工精度，所以具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。加工中心按主軸在空間的位置可分為立式加工中心與臥式加工中心。1.1.2 加工中心的特點(diǎn)和用途加工中心（cnc machining center）又稱多工序自動換刀數(shù)控機(jī)床，是當(dāng)今世界上

24、產(chǎn)量最大，在現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)最廣泛使用的一種功能較全的金屬切削加工設(shè)備。加工中心綜合了現(xiàn)代控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)、精密測量技術(shù)以及機(jī)床設(shè)計(jì)與制造等方面的最新成就，具有較高的科技含量。與普通機(jī)床相比，他簡化了機(jī)械結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)了數(shù)字控制化功能，成為眾多數(shù)控加工設(shè)備的典型。加工中心集中了金屬切削設(shè)備的優(yōu)勢，具備多種工藝手段，能實(shí)現(xiàn)工件一次裝卡后的銑、鏜、鉆。鉸、攻螺紋等總和加工，對中等加工難度的批量工件，其生產(chǎn)率是普通設(shè)備的5-10倍。加工中心對形狀較復(fù)雜，精度要求高的單件加工或中小批量生產(chǎn)更為實(shí)用。而且還節(jié)省工裝，調(diào)換工藝時(shí)能體現(xiàn)出相對的柔性。加工中心控制系統(tǒng)功能較多，機(jī)床運(yùn)動至少用三個(gè)運(yùn)動坐標(biāo)軸，

25、多的達(dá)十幾個(gè)軸。其控制功能最少要兩軸聯(lián)動控制，以實(shí)現(xiàn)刀具運(yùn)動直線插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)，多的可進(jìn)行五軸聯(lián)動、六軸聯(lián)動，完成更復(fù)雜曲面的加工。加工中心還具有各種輔助機(jī)能，如：加工固定循環(huán)、刀具半徑自動補(bǔ)償、刀具長度自動補(bǔ)償、刀具破損報(bào)警、刀具壽命管理、過載吵程自動保護(hù)、絲杠螺距誤差補(bǔ)償、絲杠間隙補(bǔ)償、故障自動診斷、工件與加工過程圖形顯示、人機(jī)對話、工件在線監(jiān)測、離線編程等，這些對提高設(shè)備的加工效率，保證產(chǎn)品得加工精度和質(zhì)量等都起到保護(hù)作用。加工中心的突出特征是設(shè)置有刀庫，刀庫中存放著各種刀具或檢具，在加工過程中由程序自動選用和更換，這是他與數(shù)控銑床、數(shù)控鏜床的主要區(qū)別。加工中心在機(jī)械制造領(lǐng)域承擔(dān)精密、復(fù)

26、雜的多任務(wù)加工，按給定的工藝指令自動加工出所需幾何形狀的工件，完成大量人工直接操作普通設(shè)備所不能勝任的加工工作，現(xiàn)代化機(jī)械制造工廠已經(jīng)離不開加工中心。加工中心既可以單機(jī)使用，也能在計(jì)算機(jī)輔助控制下多臺同時(shí)使用，構(gòu)成柔性生產(chǎn)線，還可以與工業(yè)機(jī)器人、立體倉庫等組合成無人化工廠。隨著21世紀(jì)現(xiàn)代化制造業(yè)的技術(shù)發(fā)展，機(jī)械加工的工藝與設(shè)備在數(shù)字化基礎(chǔ)上正向智能化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化方向邁進(jìn)，而作為前沿工藝裝備的先進(jìn)數(shù)控設(shè)備大量取代傳統(tǒng)機(jī)加工設(shè)備將是必然趨勢，加工中心當(dāng)屬是重要的成員。加工中心的造價(jià)較高，使用成本業(yè)高。在正常情況下加工中心能創(chuàng)造高產(chǎn)值，但無論設(shè)備自身原因造成的意外停機(jī)還是人為原因的事故停機(jī)，都

27、會造成較大的浪費(fèi)。為使加工中心高效生產(chǎn)運(yùn)行，培養(yǎng)一大批具有較高素質(zhì)的操作人員尤為重要。1.1.3加工中心的工作原理工件在加工中心上經(jīng)一次裝夾后，數(shù)字控制系統(tǒng)能控制機(jī)床按不同工序，自動選擇和更換刀具，自動改變機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量和刀具相對工件的運(yùn)動軌跡及其他輔助機(jī)能，依次完成工件幾個(gè)面上多工序的加工。并且有多種換刀或選刀功能，從而使生產(chǎn)效率大大提高。加工中心由于工序的集中和自動換刀，減少了工件的裝夾、測量和機(jī)床調(diào)整等時(shí)間，使機(jī)床的切削時(shí)間達(dá)到機(jī)床開動時(shí)間的80左右(普通機(jī)床僅為1520)；同時(shí)也減少了工序之間的工件周轉(zhuǎn)、搬運(yùn)和存放時(shí)間，縮短了生產(chǎn)周期，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效果。加工中心適用于零件形狀比

28、較復(fù)雜、精度要求較高、產(chǎn)品更換頻繁的中小批量生產(chǎn)。1.1.4加工中心的主軸部件1.1.4.1主軸部件精度加工中心主軸部件由主軸動力、傳動及主軸組件組成，它是加工中心成型運(yùn)動的重要執(zhí)行部件之一，因此要求加工中心的主軸部件具有高的運(yùn)轉(zhuǎn)精度、長久的精度保持性以及長時(shí) fdl 運(yùn)行的精度穩(wěn)定性。加工中心通常作為精密機(jī)床使用，主軸部件的運(yùn)轉(zhuǎn)精度決定了機(jī)床加工精度的高低考核機(jī)床的運(yùn)轉(zhuǎn)精度一般有動態(tài)檢驗(yàn)和靜態(tài)檢驗(yàn)兩種方法。靜態(tài)檢驗(yàn)是指在低速或手動轉(zhuǎn)動主軸情況下，檢驗(yàn)主軸部件各個(gè)定位面及工作表面的跳動量動態(tài)檢驗(yàn)則需使用一定的儀器在機(jī)床主軸額定轉(zhuǎn)速下采用非接觸的檢測方法檢驗(yàn)主軸的回轉(zhuǎn)精度。由于加工中心通常具有自

29、動換刀功能，刀具通過專用刀柄由安裝在加工中心主軸內(nèi)部的拉緊機(jī)構(gòu)緊固因此主軸的回轉(zhuǎn)精度要考慮由于刀柄定位面的加工誤差所引起的誤差。加工中心主軸軸承通常使用c級軸承，在二支承主軸部件中多采用4-1、2-2組合使用，即前支承和后支承分別用四個(gè)向心推力軸承和一個(gè)向心球軸承，或前、后支承都使用兩個(gè)向心推力軸承組成主軸部件的支承體系對于輕型高精度加工中心，也有前、后支承各使用一個(gè)向心推力軸承組成主軸部件的支承體系，該種結(jié)構(gòu)適宜高精度、高速主軸部件的場合簡單的主軸軸承組合，可以大大降低主軸部件的裝配誤差和熱傳導(dǎo)引起的主軸隙喪失，但主軸的承載能力會有較大幅度的下降。1.1.4.2 主軸部件結(jié)構(gòu)主軸部件主要由主

30、軸、軸承、傳動件、密封件和刀具自動卡緊機(jī)構(gòu)等組成1.1.4.2.1 主軸主軸前端有7：24的錐孔用于裝夾bt40刀柄或刀桿主軸端面有一瑞面鍵既可通過它傳遞刀具的扭矩，又可用于刀具的周向定位主軸的主要尺寸參數(shù)包括：主軸的直徑、內(nèi)孔直徑、懸伸長度和支承跨距。評價(jià)和考慮主軸主要尺寸參數(shù)的依據(jù)是主軸的剛度、結(jié)構(gòu)上藝性和主軸組件的工藝適用范圍主軸材料的選擇主要根據(jù)剛度、載荷特點(diǎn)、耐磨性和熱處理變形大小等因素確定。主軸材料常采用的有 45 鋼、 gcr15 等，需經(jīng)滲氮和感應(yīng)加熱悴火加工中心的主軸支承形式很多其中立式加工中心的主軸前支承采用四個(gè)向心推力球軸承，后支承采用一個(gè)向心球軸承，這種支承結(jié)構(gòu)使主軸的

31、承載能力較高且能適應(yīng)高速的要求主軸支承前端定位，主軸受熱向后伸長，能較好地滿足精度需要只是支承結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。1.1.4.2.2、刀具自動卡緊機(jī)構(gòu)加工中心可以白動換刀，所以，主軸系統(tǒng)應(yīng)具備自動松開和夾緊刀具的功能。刀具的自動夾緊機(jī)構(gòu)安裝在主軸的內(nèi)部，圖2一7所示為刀具的夾緊狀態(tài)刀柄1由主軸抓刀爪2 央持，碟形彈簧5通過拉桿4、抓刀爪 2 ，在內(nèi)套 3的作用下將刀棲的拉釘拉緊，當(dāng)換刀時(shí)，要求松開刀柄此時(shí)將主軸上端氣缸的上腔通壓縮空氣，活塞7帶動壓桿8及拉4向下移動同時(shí)壓縮碟形彈簧5，當(dāng)拉桿4下移到使抓刀爪2的下端移出內(nèi)套3時(shí)卡爪張開同時(shí)拉桿4將刀柄頂松，刀其即可由機(jī)械手或刀庫拔出。待新刀裝入后，氣

32、缸6的下腔通壓縮空氣在碟形彈簧的作用下活塞帶動抓刀爪上移抓刀爪拉桿貫新進(jìn)人內(nèi)套3 ，將刀柄拉緊?；钊?移動的兩個(gè)極限位置分別設(shè)有行程開關(guān)10，作為刀具夾緊和松開的信號。刀桿尾部的拉緊機(jī)構(gòu)，除上述的卡爪式外，常見的還有鋼球拉緊機(jī)構(gòu)，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2一8所示。1.1.4.2.3臥式加工中心主軸的規(guī)格和傳動系統(tǒng)mh-630型臥式加工中心主軸規(guī)格主軸主軸錐孔iso no.50主軸直徑100mm主軸轉(zhuǎn)速45-4500r/min1.1.4.2.4機(jī)床的傳動系統(tǒng)主軸電動機(jī)通過齒輪傳動將運(yùn)動傳遞給主軸，是主軸可以在45-4500r/min轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無極調(diào)速。主軸電動機(jī)采用fanuc ac#12s 11kw

33、/15kw型交流伺服電動機(jī)，該電動機(jī)30min超載時(shí)的最大輸出功率為15kw，連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的最大輸出功率為11kw，主軸計(jì)算轉(zhuǎn)速為1546r/min。第二章 傳感器介紹與選擇2.1傳感器簡介傳感器能感受規(guī)定的被測量，并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置。通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。 敏感元件指傳感器中能直接感受(或響應(yīng))被測量的部分。轉(zhuǎn)換元件指傳感器中能將敏感 元件感受(或響應(yīng))的被測量轉(zhuǎn)換成適合于傳輸和(或)測量的電信號的部分。當(dāng)輸出為規(guī) 定的標(biāo)準(zhǔn)信號時(shí)，則一般稱為變送器。 最簡單的傳感器是由一個(gè)敏感元件(兼轉(zhuǎn)換元件)組成，它感受被測量時(shí)直接輸出電量，如熱電阻、熱電偶等。 傳感技術(shù)

34、研究傳感器的材料、設(shè)計(jì)、工藝、性能和應(yīng)用等的綜合技術(shù)。傳感技術(shù)是一門邊緣技術(shù)，它涉及物理學(xué)，數(shù)學(xué)，化學(xué)，材視對其敏感元件部分的研究和開發(fā)，除了對其芯片的研究和開發(fā)外，也應(yīng)十分重視傳感器的封裝工藝和封裝結(jié)構(gòu)的研究，這往往是引起傳感器不能穩(wěn)定可靠地工作的關(guān)鍵因素之一。 傳感器的作用越來越被工業(yè)界、科技界、領(lǐng)導(dǎo)決策部門所認(rèn)識。這是因?yàn)閭鞲屑夹g(shù)是信息技術(shù)的三大組成部分之一。 信息技術(shù)主要由信息的采集、信息的處理、信息的傳輸三大部分組成。傳感技術(shù)與信息技術(shù)的關(guān)系：信息-采集-傳感技術(shù)；信息-處理-計(jì)算機(jī)技術(shù)；信息-傳輸-通訊技術(shù)。 信息的采集主要利用傳感技術(shù)，信息的處理主要利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，信息的傳輸主要

35、采用通訊技術(shù)。傳感技術(shù)是現(xiàn)代控制測量技術(shù)的主要環(huán)節(jié)。如果沒有傳感技術(shù)對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確、可靠的測量，無論對信息的轉(zhuǎn)換、處理、傳輸和顯示多么精確，都將失去任何意義。因此國家標(biāo)準(zhǔn)gb7665-87對傳感器下的定義是：“能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成”。傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將檢測感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。它是實(shí)現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。而敏感元件是傳感器中能直接感知或響應(yīng)被測量的元件；轉(zhuǎn)換元件是傳感器中能把要敏感元件

36、感知的或響應(yīng)的被測量的信號轉(zhuǎn)換成適于傳輸、處理或測量的電信號的部分。傳感器又稱換能器或變換器，有時(shí)也稱為敏感元件，如把溫度傳感器稱為熱敏元件。隨著科學(xué)和技術(shù)的發(fā)展，傳感器向小型化、集成化和智能化方向發(fā)展。利用制作工藝的進(jìn)步，特別是微/納米加工技術(shù)的利用，傳感器向小型化方向發(fā)展。同時(shí)它還向功能集成（多種傳感檢測功能的結(jié)合）、結(jié)構(gòu)集成（把傳感器同其預(yù)處理電路集成起來，甚至將a/d轉(zhuǎn)換器件與發(fā)射裝置等也集成在一起）和技術(shù)集成（多種技術(shù)的集成）方向發(fā)展。傳感器與智能技術(shù)（人工智能）的結(jié)合，開發(fā)出硅膜片壓力敏感元件同精度和漂移修正結(jié)合的智能型傳感器。有的智能型傳感器不僅有感知功能與信號處理功能，還有識別

37、判斷能力，如美國開發(fā)的靈捷傳感器（又稱為靈捷器件）。由于傳感器應(yīng)用領(lǐng)域多、面又廣，其品種和規(guī)格繁多，傳感器的構(gòu)成相當(dāng)復(fù)雜。因此，從傳感器的構(gòu)成角度進(jìn)行簡要介紹。2.1.1傳感器的分類傳感器雖種類繁多，但度是根據(jù)物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)等學(xué)科的規(guī)律、特性和效應(yīng)設(shè)計(jì)而成的。一種被測量對象可以用不同傳感器來測量，而同一原理的傳感器通常又可測量多種非電量，因此分類方法各不相同。一般常用的分類方法有以下幾種。2.1.1.1按工作原理分類現(xiàn)有傳感器主要是依據(jù)物理學(xué)中的各種定律和效應(yīng)，以及化學(xué)原理和固體物理學(xué)理論進(jìn)行測量的。如根據(jù)電阻定律，相應(yīng)的有電位計(jì)式、應(yīng)變式傳感器；根據(jù)變磁阻原理工作的有電感式、差動變壓器

38、式、電渦流式傳感器；根據(jù)半導(dǎo)體有關(guān)理論，相應(yīng)的則有半導(dǎo)體力敏、熱敏、光敏、氣敏等固態(tài)傳感器。2.1.1.2 按能量關(guān)系分類從能量的觀點(diǎn)來分，可將傳感器分為有源傳感器和無源傳感器。有源傳感器將非電量轉(zhuǎn)換為電量，稱之為能量轉(zhuǎn)換型傳感器，也叫換能器。如壓電式、熱電式、電磁式等。通常和測量電路、放大電路配合使用。無源傳感器又稱為能量控制型傳感器。它本身不是一個(gè)換能器，被測非電量僅對傳感器的能量起控制或調(diào)節(jié)作用，所以必須具有輔助電源。此類傳感器有電阻式，電容式和電感式等，常用于電橋和諧振電路的測量。2.1.1.3按輸入量分類按輸入量可分為溫度、壓力、位移、速度、濕度等傳感器。2.1.1.4按輸出量分類按

39、輸出量分類有模擬式傳感器與數(shù)字式傳感器。2.1.2.傳感器的選擇要求現(xiàn)代傳感器在原理與結(jié)構(gòu)上千差萬別，如何根據(jù)具體的測量目的、測量對象以及測量環(huán)境合理地選用傳感器，是在進(jìn)行某個(gè)量的測量時(shí)首先要解決的問題。當(dāng)傳感器確定之后，與之相配套的測量方法和測量設(shè)備也就可以確定了。測量結(jié)果的成敗，在很大程度上取決于傳感器的選用是否合理。 根據(jù)測量對象與測量環(huán)境確定傳感器的類型 要進(jìn)行個(gè)具體的測量工作，首先要考慮采用何種原理的傳感器，這需要分析多方面的因素之后才能確定。因?yàn)椋词故菧y量同一物理量，也有多種原理的傳感器可供選用，哪一種原理的傳感器更為合適，則需要根據(jù)被測量的特點(diǎn)和傳感器的使用條件考慮以下一些具體

40、問題：量程的大?。槐粶y位置對傳感器體積的要求；測量方式為接觸式還是非接觸式；信號的引出方法，有線或是非接觸測量；傳感器的來源，國產(chǎn)還是進(jìn)口，價(jià)格能否承受，還是自行研制。在考慮上述問題之后就能確定選用何種類型的傳感器，然后再考慮傳感器的具體性能指標(biāo)。 2.1.3傳感器的機(jī)械接收原理振動傳感器在測試技術(shù)中是關(guān)鍵部件之一，它的作用主要是將機(jī)械量接收下來，并轉(zhuǎn)換為與之成比例的電量。由于它也是一種機(jī)電轉(zhuǎn)換裝置。所以我們有時(shí)也稱它為換能器、拾振器等。振動傳感器并不是直接將原始要測的機(jī)械量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏?，而是將原始要測的機(jī)械量做為振動傳感器的輸入量mi，然后由機(jī)械接收部分加以接收，形成另一個(gè)適合于變換的機(jī)械量m

41、t，最后由機(jī)電變換部分再將mt變換為電量e，因此一個(gè)傳感器的工作性能是由機(jī)械接收部分和機(jī)電變換部分的工作性能來決定的。2.2傳感器的選取對主軸轉(zhuǎn)速的檢測：主軸轉(zhuǎn)速的不穩(wěn)定會直接影響對工件的加工精度，而所選傳感器的大小、工作性能又關(guān)系到所選傳感器的可行性，所以通過監(jiān)控主軸的轉(zhuǎn)速、以及主軸的軌跡來實(shí)現(xiàn)對加工中心主軸的運(yùn)作情況進(jìn)行檢測。2.2.1.磁電式轉(zhuǎn)速傳感器對主軸的監(jiān)測2.2.1.1磁電式轉(zhuǎn)速傳感器的工作原理磁電式轉(zhuǎn)速傳感器主要是利用磁阻元件來做轉(zhuǎn)速測量的。磁阻元件有一個(gè)特性，就是其阻抗值會隨著磁場的強(qiáng)弱而變化。通常磁電式傳感器內(nèi)裝有磁性鐵，使傳感器預(yù)先帶有一定的磁場，當(dāng)金屬的檢測齒輪靠近傳感

42、元件時(shí)，齒輪的齒頂與齒谷所產(chǎn)生的磁場變化使得傳感元件的磁阻抗也跟著變化。但是磁阻元件的阻抗值隨溫度變化很大，用一個(gè)磁阻元件測量轉(zhuǎn)速時(shí)，溫漂影響非常厲害，這使磁阻元件的應(yīng)用受到很大的限制?？墒俏覀冃∫皽y器的傳感器卻不同，它采用了 2 個(gè)磁阻元件，不僅補(bǔ)償了溫度的影響，還大大地增強(qiáng)了傳感器的靈敏度。磁電式轉(zhuǎn)速傳感器，由兩個(gè)磁阻元件和兩個(gè)電阻構(gòu)成的電橋回路，其差動輸出信號即檢測信號被取出后直接送到 dc放大器進(jìn)行放大。2.2.1.2磁電式轉(zhuǎn)速傳感器的型號和技術(shù)參數(shù)： 轉(zhuǎn)速屬于常規(guī)電測參數(shù)測量轉(zhuǎn)速時(shí)經(jīng)常采用磁阻式傳感器或光電式傳感器進(jìn)行非接觸性測量,傳統(tǒng)的磁阻式傳感器是由磁鋼線圈等分立元件構(gòu)成的,亦可

43、用耳塞機(jī)改裝而成但這種傳感器存在一些缺點(diǎn):第一,靈敏度低,傳感器與轉(zhuǎn)動齒輪的最大間隙(亦稱磁感應(yīng)距離)只有零點(diǎn)幾毫米;第二,在測量高速旋轉(zhuǎn)物體的轉(zhuǎn)速時(shí),因安裝不牢固或受機(jī)械振動,容易與齒輪發(fā)生碰撞,安全性較差;第三,這種傳感器所產(chǎn)生的是幅度很低且變化緩慢的模擬電壓信號,因此,需要經(jīng)過放大整形后變成沿口陡直的數(shù)字頻率信號,才能送給數(shù)字轉(zhuǎn)速儀或數(shù)字頻率計(jì)測量轉(zhuǎn)速,而且外圍電路比較復(fù)雜;第四,它無法測量非常低(接近于零)的轉(zhuǎn)速,因?yàn)檫@時(shí)磁阻式傳感器可能檢測不到轉(zhuǎn)速信號而集成型傳感器靈敏度高、穩(wěn)定性好以及它的測量范圍大，所以我選擇集成型轉(zhuǎn)速傳感器。2.2.1.3 kmi15-1型傳感器的性能特點(diǎn)kmi

44、15-1芯片內(nèi)含高性能磁鋼磁敏電阻傳感器和ic它利用ic來完成信號變換功能,其輸出的電流信號頻率與被測轉(zhuǎn)速成正比,電流信號的變化幅度為7ma14ma由于其外圍電路比較簡單,因而很容易配二次儀表測量轉(zhuǎn)速kmi15-1器件的測量范圍寬,靈敏度高,它的齒輪轉(zhuǎn)動頻率范圍是025khz,而且即使在轉(zhuǎn)動頻率接近于零時(shí),它也能夠進(jìn)行測量傳感器與齒輪的最大磁感應(yīng)距離為2.9mm(典型值),由于與齒輪相距較遠(yuǎn),因此使用比較安全該傳感器抗干擾能力強(qiáng),同時(shí)具有方向性,它對軸向振動不敏感另外,芯片內(nèi)部還有電磁干擾(emi)濾波器電壓控制器以及恒流源,從而保證了其工作特性不受外界因素的影響kmi15-1的體積較小,其最

45、大外形尺寸為8621mm,能可靠固定在齒輪附近kmi15采用+12v電源供電(典型值),最高不超過16v工作溫度范圍寬達(dá)-40+852.1.1.4工作原理kmi15-1型集成轉(zhuǎn)速傳感器的外形如圖1所示,它的兩個(gè)引腳分別為ucc(接+12v電源端)和u-(方波電流信號輸出端)為使ic處于較低的環(huán)境溫度中,設(shè)計(jì)時(shí)專門將ic與傳感元件分開,以改善傳感器的高溫工作性能該傳感器的簡化電路如圖2所示其內(nèi)部主要包括以下六部分:(1)磁敏電阻傳感器;(2)前置放大器a1;(3)施密特觸發(fā)器;(4)開關(guān)控制式電流源;(5)恒流源;(6)電壓控制器實(shí)際上,該傳感器是由4只磁敏電阻構(gòu)成的一個(gè)橋路,可固定在靠近齒輪的

46、地方,其測量原理如圖3所示當(dāng)齒輪沿y軸方向轉(zhuǎn)動時(shí),由于氣隙處的磁力線發(fā)生變化,磁路中的磁阻也隨之改變,從而可在傳感器上產(chǎn)生電信號此外,該傳感器具有很強(qiáng)的方向性,它對沿y軸轉(zhuǎn)動的物體十分敏感,而對沿z軸方向的振動或抖動量很不敏感這正是測量轉(zhuǎn)速所需要的工作時(shí),傳感器產(chǎn)生的電信號首先通過emi濾波器濾除高頻電磁干擾,然后經(jīng)過前置放大器,再利用施密特觸發(fā)器進(jìn)行整形以獲得控制信號uk,并將其加到開關(guān)控制式電流源的控制端kmi15-1的輸出電流信號icc是由兩個(gè)電流疊加而成的,一個(gè)是由恒流源提供的7ma恒定電流ih,另一個(gè)是由開關(guān)控制式電流源輸出的可變電流ik它們之間的關(guān)系式為:icc=ih+ik 當(dāng)控制

47、信號uk=0(低電平)時(shí),該電流源關(guān)斷,ik=0,icc=ih=7ma當(dāng)uk=1(高電平)時(shí),電流源被接通,ik=7ma,從而使得icc=14ma圖4給出了從u-端輸出的方波電流信號的波形,其高電平持續(xù)時(shí)間為t1,周期為t輸出波形的占空比d=t1/t=50%20%上升時(shí)間和下降時(shí)間分別僅為0.5s和0.7skmi15芯片中的電壓控制器實(shí)際上是一個(gè)并聯(lián)調(diào)整式穩(wěn)壓器,可用于為傳感器提供穩(wěn)定的工作電壓uc而電阻r3穩(wěn)壓管vdz和晶體管vt1則可構(gòu)成取樣電路,其中vt1接成射極跟隨器a2為誤差放大器,vt2為并聯(lián)式調(diào)整管這樣,ih在經(jīng)過r1r2分壓后可給a2提供基準(zhǔn)電壓uref,從而在ucc發(fā)生變化時(shí)

48、,由a2對取樣電壓與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較后產(chǎn)生誤差電壓ur,同時(shí)通過改變vt2上的電流來使uc保持不變 2.1.1.5 kmi15-1的典型應(yīng)用及安裝方法kmi15-1應(yīng)當(dāng)安裝在轉(zhuǎn)動齒輪的旁邊若被測轉(zhuǎn)動工件上沒有齒輪,亦可在轉(zhuǎn)盤外緣處鉆一個(gè)小孔,套上螺扣,再擰上一個(gè)螺桿并用彈簧墊圈壓緊,以防止受震動后松動,并以此代替齒尖獲得轉(zhuǎn)速標(biāo)記信號。 2.1.1.6典型應(yīng)用電路 kmi15-1型集成轉(zhuǎn)速傳感器的典型應(yīng)用電路如圖5(a)所示工作時(shí),轉(zhuǎn)速傳感器輸出方波電流信號,從而在負(fù)載電阻rl與負(fù)載電容cl上形成電壓頻率信號uo(f),并送至二次儀表通常取rl=115cl=0.1f需要指出:kmi15-1輸出的

49、是齒輪轉(zhuǎn)動頻率f(單位是hz,即次/s)信號,欲得到轉(zhuǎn)速n(r/min),還應(yīng)將f除以齒輪上的齒數(shù)n,并將時(shí)間單位改成分鐘,公式如下:n=60f/n 2.2.1.7 kmi15-1磁電阻式轉(zhuǎn)速傳感器技術(shù)參數(shù)大小：其最大外形尺寸為8x6x21mm使用溫度：-4085測量范圍：齒輪轉(zhuǎn)動頻率范圍0-25khz。注：kmi15-1磁電阻式轉(zhuǎn)速傳感器輸出的是齒輪轉(zhuǎn)動頻率f信號，欲得到轉(zhuǎn)速n(r/min),還應(yīng)將f除以齒輪上的齒數(shù)n，并將時(shí)間單位改為分鐘，公式為：n=60f/nkmi15-采用+12v電源供電（典型值），最高不超過16v2.2.2加工中心主軸運(yùn)行軌跡的監(jiān)測：2.2.2.1.電渦流位移（振動

50、）傳感器的工作原理及特點(diǎn)前置器中高頻振蕩電流通過延伸電纜流入探頭線圈，在探頭頭部的線圈中產(chǎn)生交變的磁場。當(dāng)被測金屬體靠近這一磁場，則在此金屬表面產(chǎn)生感應(yīng)電流，。與此同時(shí)該電渦流場也產(chǎn)生一個(gè)方向與頭部線圈方向相反的交變磁場，由于其反作用，使頭部線圈高頻電流的幅度和相位得到改變（線圈的有效阻抗），這一變化與金屬體磁導(dǎo)率、電導(dǎo)率、線圈的幾何形狀、幾何尺寸、電流頻率以及頭部線圈到金屬導(dǎo)體表面的距離等參數(shù)有關(guān)。通常假定金屬導(dǎo)體材質(zhì)均勻且性能是線性和各項(xiàng)同性，則線圈和金屬導(dǎo)體系統(tǒng)的物理性質(zhì)可由金屬導(dǎo)體的電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率、尺寸因子、頭部體線圈與金屬導(dǎo)體表面的距離d、電流強(qiáng)度i和頻率參數(shù)來描述。則線圈特征阻抗可

51、用z=f(, , , d, i, )函數(shù)來表示。通常我們能做到控制, , , i, 這幾個(gè)參數(shù)在一定范圍內(nèi)不變，則線圈的特征阻抗z就成為距離d的單值函數(shù)，雖然它整個(gè)函數(shù)是一非線性的，其函數(shù)特征為“s”型曲線，但可以選取它近似為線性的一段。于此，通過前置器電子線路的處理，將線圈阻抗z的變化，即頭部體線圈與金屬導(dǎo)體的距離d的變化轉(zhuǎn)化成電壓或電流的變化。輸出信號的大小隨探頭到被測體表面之間的間距而變化，電渦流傳感器就是根據(jù)這一原理實(shí)現(xiàn)對金屬物體的位移、振動等參數(shù)的測量。其工作過程是：當(dāng)被測金屬與探頭之間的距離發(fā)生變化時(shí)，探頭中線圈的q值也發(fā)生變化，q值的變化引起振蕩電壓幅度的變化，而這個(gè)隨距離變化的

52、振蕩電壓經(jīng)過檢波、濾波、線性補(bǔ)償、放大歸一處理轉(zhuǎn)化成電壓（電流）變化，最終完成機(jī)械位移(間隙)轉(zhuǎn)換成電壓（電流）。由上所述，電渦流傳感器工作系統(tǒng)中被測體可看作傳感器系統(tǒng)的一半，即一個(gè)電渦流位移傳感器的性能與被測體有關(guān)。2.2.2.2 m307997電渦流位移傳感器參數(shù)探頭直徑(mm): 3、5、8、 11、 16 、18、 25 、32 、40線性范圍(mm): 0.5、1、2、4、 6、 8、 14.5、 18、 22靈敏度(v/mm)：32、16、8、 4、 2、 2、 1、 0.8、 0.6靈敏度(ma/mm)：32、16、8、 4、 2、 2、 1、 0.8、 0.6輸 出：-4-20

53、v、-2-18v或者420ma(可根據(jù)用戶需要設(shè)計(jì))工作溫度：探頭(-20120)， 延長電纜(-20120)， 前置器(-3050) 線性誤差：2% 頻率響應(yīng)：05khz工作電源：-24vdc、+24vdc、 15v、ac220v(可根據(jù)用戶需要設(shè)計(jì)工作電壓)。2.2.3對加工中心主軸齒輪軸向移動的監(jiān)測2.2.3.1 kmz10b傳感器介紹用途：用于旋轉(zhuǎn)方向測量和標(biāo)志檢測等領(lǐng)域。傳感器模塊電路由一個(gè)磁阻傳感器、一個(gè)永久磁鐵和一個(gè)信號調(diào)節(jié)電路組成。模塊電路產(chǎn)生一個(gè)數(shù)字輸出信號，電路有短路保護(hù)功能。2.2.3.2 kmz10b 傳感器參數(shù)直流電源電壓：5v輸出低電平：最大0.4v輸出高電平：最小

54、4.3v工作頻率：0-3000hz工作溫度：-40到125第三章 信息采集與處理cpu處理的數(shù)據(jù)是數(shù)字量信號，實(shí)際上就是由0v和+5v兩種電壓狀態(tài)表示的數(shù)字開關(guān)量。而在實(shí)際控制系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)除了處理數(shù)字信號量以外，還需要處理漸變的模擬量信息，如對溫度、壓力、位移、轉(zhuǎn)速等工程量檢測得到的模擬電壓量等。另外，還需要輸出模擬信號量進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，如直流電動機(jī)調(diào)速所需要的不同幅值電流電壓量輸出等。因此，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)需要模擬量到數(shù)字量以及數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)化處理。實(shí)現(xiàn)模擬信號到數(shù)字信號轉(zhuǎn)化的專用芯片叫a/d轉(zhuǎn)換器。3.1 a/d轉(zhuǎn)換器的分類與性能指標(biāo)3.1.1 a/d轉(zhuǎn)換器分類a/d轉(zhuǎn)換器種類很多，按工作原

55、理分為：逐位比較型、并行比較型、雙積分式、電壓頻率(v/f)型及計(jì)數(shù)比較型等。3.1.2 a/d轉(zhuǎn)換器的性能指標(biāo)描述a/d轉(zhuǎn)換器性能的技術(shù)指標(biāo)主要有：分辨率、轉(zhuǎn)換時(shí)間、轉(zhuǎn)換精度三項(xiàng)。3.1.2.1分辨率：a/d轉(zhuǎn)換器的分辨率通常用輸出的二進(jìn)制數(shù)碼的位數(shù)來表示，位數(shù)越多，量化分層越細(xì)，量化誤差越小，分辨率越高。例如，一個(gè)a/d轉(zhuǎn)換器的輸出模擬電壓變化范圍為05v，輸出8位數(shù)字量的系統(tǒng)可以分辨的最小模擬電壓為20mv（5v*1/256），而一個(gè)10位系統(tǒng)可分辨的最小電壓為5mv。3.1.2.2 轉(zhuǎn)換精度：由于a/d轉(zhuǎn)換器是一個(gè)同時(shí)涉及到模擬和數(shù)字系統(tǒng)的閉環(huán)系統(tǒng)，所以整個(gè)系統(tǒng)的精度必須同時(shí)考慮模擬和

56、數(shù)字兩部分的誤差。在確定整個(gè)精度時(shí)，為便于處理，通常把兩種誤差分開考慮。數(shù)字誤差僅僅有系統(tǒng)分辨率覺得決定，既量化誤差。模擬誤差警鐘在比較器的直流轉(zhuǎn)化點(diǎn)的變化上。模擬誤差和數(shù)字誤差的相對數(shù)量級是多少呢？一般來講，把轉(zhuǎn)換器的模擬誤差和數(shù)字誤差的大小看作是同一級別比較符合實(shí)際，而誤差是這些誤差的總和。例如一個(gè)10位的a/d轉(zhuǎn)換器的總和誤差是0.1%。3.1.1.4轉(zhuǎn)換時(shí)間：a/d轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換時(shí)間指的是完成一次a/d轉(zhuǎn)換所需要的時(shí)間，即芯片從獲得轉(zhuǎn)換命令到得到完整數(shù)字結(jié)果為止所需要的時(shí)間間隔。輸入模擬電壓范圍：a/d轉(zhuǎn)換器的輸入模擬電壓是一個(gè)可調(diào)的范圍，否則就不能正常工作。通常，單級性輸入時(shí)為05v或0

57、10v，雙級性輸入時(shí)為-5+5v。3.2 a/d轉(zhuǎn)換器和單片機(jī)3.2.1 adc0804轉(zhuǎn)換器：adc0804轉(zhuǎn)換器引腳引腳功能及應(yīng)用特性如下：cs 、rd 、wr （引腳1、2、3）：是數(shù)字控制輸入端，滿足標(biāo)準(zhǔn)ttl 邏輯電平。其中cs 和wr 用來控制a/d 轉(zhuǎn)換的啟動信號。cs 、rd 用來讀a/d 轉(zhuǎn)換的結(jié)果，當(dāng)它們同時(shí)為低電平時(shí)，輸出數(shù)據(jù)鎖存器db0db7 各端上出現(xiàn)8 位并行二進(jìn)制數(shù)碼。clki（引腳4）和clkr（引腳19）：adc08010805 片內(nèi)有時(shí)鐘電路，只要在外部“clki”和“clkr”兩端外接一對電阻電容即可產(chǎn)生a/d 轉(zhuǎn)換所要求的時(shí)鐘，其振蕩頻率為fclk1/1.1rc。其典型應(yīng)用參數(shù)為：r=10k，c=150pf，f