车床自动换刀模拟系统

1、附件一：“STC”杯单片机系统设计科目作品申报表参赛组别B作品名称车床自动换刀系统队伍编号800595申报单位郑州科技学院指导教师吕刚磊 沈华刚参赛选手李欧阳第一联系人姓名吕刚磊13253616192邮箱328993407qq 第二联系人姓名沈华刚15136223171邮箱372703019qq 综合知识成绩准考证号一成绩准考证号二成绩准考证号三成绩作品介绍作品简介(说明：含图片、开发背景、结构说明、功能与使用说明、作品特色等，字数不超过800字)平台选型说明设计说明（说明：含原理图、设计原理、设计方案等，字数不超过3000字）（组作

2、品需以附件形式另外提供可执行设计源程序）声明本参赛队伍所有成员一致同意，在不涉及技术泄密的情况下，大赛主办方及相关技术支持单位，可以将该参赛作品用于大赛等有关活动使用。 代表签字： 李欧阳注: 本申报表扫描件及相关初审材料发送至 或 . 作品简介(说明：含图片、开发背景、结构说明、功能与使用说明、作品特色等，字数不超过800字)开发背景数控技术自20世纪中叶出现以来，数控机床给机械制造业带来了革命性的变化。数控加工的加工柔性好，加工精度高，生产效率高，使加工经济效益提高。数控机床是一种典型的机电一体化产品，适用于加工多品种小批量，结构较复杂

3、，精度要求高的关键零件。而换刀机构是数控机床的主要附件之一，它的性能直接影响着数控机床的精度和效率。所以研究自动换刀系统是非常有意义的。随着数控机床的发展，传统的换刀机构，储刀量较少，效率低下，精度差，已不能满足要求，于是便出现了许多精度更高，自动化更高的换刀系统。自动换刀装置是数控机床上最普遍的一种辅助装置，它可以是数控机床在对工件加工时，随时更换加工工序，缩短加工时间，减少加工过程中由于多次安装工件而引起的误差，提高加工精度。结构介绍本作品由串口通信，液晶显示，矩阵键盘，电感式传感器，控制器，刀盘，刀架，减速电机，驱动电源，电机驱动板构成。串口通信：用来实现单片机和计算机的数据交换。液晶显

4、示：用来记录操控选择。矩阵键盘：用来手动输入数据。电感式传感器：实时反馈刀位走向。圆形刀盘：用来储存刀具。刀架：用来支撑减速电机及刀盘。减速电机：控制刀盘旋转。图1为作品实图作品简介功能与使用说明打开串口通信与键盘通信切换使能键，选择使用外设矩阵键盘输入模式，并按下所需刀位信号键，经补码算法选择最短路线。控制电机进行顺时针或逆时针旋转。关闭串口通信与键盘通信切换使能键，选择使用串口通信模式，由计算机作为上位机发送信号指令，经补码算法选择最短路线。控制电机进行顺时针或逆时针旋转。作品特色使用内置EEPROM实时记录输入信号，即使碰到系统突然断电也能记录最后输入的信号，以便开机重启是该系统能正常工

5、作。选用两种输入模式，即外设矩阵键盘输入，计算机作为上位机通过串口输入应对各种条件限制下，该系统能使用。利用补码算法，优化路径使选取刀位时，减少刀盘旋转时所需时间。通过solidworks设计作品模型，利用3D打印快速成型技术，转化为实体模型。对刀盘进行优化改进，刀具面两边用两个金属小球作为感应装置，使定位更加精确。 平台选型说明本作品基于keil c51进行程序编写，及仿真。基于计算机串口通信RS232与IAP15F2K61S2主控芯片进行信息交换.遵守I2C总线进行数据保存。以STC-ISP为核心的烧录软件。设计说明（说明：含原理图、设计原理、设计方案等，字数不超过3000字）系统整体框图

6、电机驱动模 块根据系统工作原理绘制出作品整体方案的框图,如图2所示：控制器选择键 电机矩阵键盘串口通信传感器LCD12864液晶显示 图2整体方案的框图设计原理简介传统机床在更换刀具时，往往有人工换刀具，因此每次换刀都得把机床停止运行。这样一来就造成时间的浪费，加快了机床的磨损。有一些数控机床有自动换刀只能单方向转动（圆形刀库）。所以本作品在传统的基础上做了较大的改动。把它该做成两种模式的旋转，即顺时针旋转，逆时针旋转。这样就可选择较近的路线，从而节省时间。假如规定一号刀为初始刀位，也为基准位置。图 3刀盘简易图设计说明 现在操作人员想要把1号刀换成6号刀，刀盘有两种路线一是顺时针旋转至6号刀

7、，二是逆时针旋转至6号刀。从图上可以清楚地看到顺时针旋转时走的步数较少。这样系统就会自动的选择顺时针方向旋转，减少步数，节省时间。 如果操作人员想要把1号刀换成4号刀，刀盘有两种路线刀盘有两种路线一是顺时针旋转至4号刀，二是逆时针旋转至4号刀。从图上可以清楚地看到逆时针旋转时走的步数较少。这样系统就会自动的选择逆时针方向旋转，减少步数，节省时间。方案设计1.硬件选型与设计1.1减速电机 选取 ZHONGKE公司的ZGA37RG40i/A0035V85R15的直流减速电机，5V供电,15r/min。具有大扭力，能满足转动刀盘时的扭力图 4减速电机实物图1.2显示功能选用LCD12864液晶显示器。 图5 LCD12864显示界面1.3电感式传感器实时反馈刀具所在位置，用于下次输入作参考。图6电感式传感器 设计说明1.4 电机驱动模块 选用继电器做成H桥式电机驱动模块，用二极管保护电路，三极管放大电流。图 7 电机驱动模块1.5刀盘利用3D打印制作的刀