磨床数控化改造中砂轮形状的自动检测与修整.pdf

精密制造与自动化 54 磨床数控化改造中砂轮形状的自动检测与修整 王如松1 陈文杰1 宁同海1 王宏强2 河北机电职业技术学院1 （054048）河北省邢台市劳动局 职业技能鉴定中心2 （054000）摘 要 在磨削加工中，砂轮的磨损状态是砂轮磨削性能好坏的重要指标之一，它影响着磨削加工的生产效率和加工质量。自 1974 年第一台单片机问世以来，给现代工业测控领域带来了一次新的技术革命，目前已广泛应用于汽车、机床、家电、玩具等领域，技术相当普及成熟，利用单片机技术在磨床数控化改造中控制砂轮的磨损检测与修整具有重要的现实意义。关键词 磨削加工 单片机 控制技术 砂轮检测与修整 磨床是产品加工质量的关键设备，磨削加工中，砂轮的磨损状态是影响磨削质量的另一个主要因素。砂轮在磨削过程中，磨粒逐渐磨钝而失去切削能力，若继续磨削，就会增加砂轮与工件之间的摩擦而发热，磨削质量将显著下降。这主要是由于磨粒的钝化、砂轮表面被堵以及砂轮外形失真所致，因此实时检测砂轮状态，并及时修整对保证磨削质量意义重大。1 砂轮磨损检测 磨削加工中，若磨削质量下降，则说明砂轮磨损严重，应及时进行砂轮磨损量检测及修整。如图1 所示。检测砂轮时，砂轮首先移动到某一固定点（可以设为第 二 参 考点），在砂轮转动的情况下，传感器沿A到B点间轨迹道往复移动，检测到的最大与最小信号值之差即为砂轮修整量，把经过处理的信号值输入单片机，从而控制砂轮修整量。2 砂轮修整 轴承磨削砂轮轮廓为一固定圆弧，砂轮修整轨迹控制方便，采用金刚石轮轨迹修整法（见图 2）。砂轮修整时，除旋转外，X、Z 轴做圆弧插补运动，修整器（金刚滚轮）只做旋转运动。当检测结束后，修整轮移动到修整位置，按检测到的最大误差自动分步进给至修整量，砂轮按预定的修整轨迹往复运动多次，实现砂轮修整。图 2 金刚石轮修整砂轮示意图 3 砂轮修整控制程序 采用 AT89C51 型单片机、可伸缩电阻式传感器来实现砂轮磨损检测与修整的自动控制，并通过单片机控制步进电动机实现修整量进给。1）单片机功能键、行程开关介绍 键盘可输入进给步数，3 个数码管显示输入进给的步数。A为输入步数功能键，B 为输入步数后确定键；C、D 为点动进给和快速进给键；E、F 为点动后退和连续后退键。8155 命令口地址 4100H；PA 口地址 4001H；PB 口地址 4002H；PC 口地址 4003H；A/D 地址 7FFFH。SQ1 为接触式测量探头到位开关，SQ2 为测量探头后退到位行程开关，SQ3 为修整轮进给到位行砂轮修整轨迹 修整轮被修整砂轮 X +Z+图 1 砂轮磨损量检测 2007 年第 4 期（总第 172 期）55程开关，SQ4 为修整轮后退到位行程开关，STOP为停止开关。PA0、PA1、PA2 为工具进给步进电机控制；PA3、PA4 为测试探头直流电机正反转PA5使工具砂轮转动（结构原理如图 3）。图 3 AT89C51C51 型单片机 2）砂轮修整过程 当砂轮需要检测时，通过调用子程序，砂轮运动到修整位置，接触式测量探头接近砂轮，到位后由 SQ1 发出信号，修整轮开始接近砂轮，到位后由 SQ3 发出信号，修整轮开始做匀速进给、砂轮开始沿“砂轮修整轨迹”做圆弧插补运动，修整轮移动完修整量后，砂轮再沿“砂轮修整轨迹”往复一次，结束修整，修整轮后退，到位后由 SQ4 发出信号，修整结束返回加工主程序。3）单片机控制程序 根据砂轮磨损检测与修整过程，编写的单片机控制程序如下：ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0003H LJMP STOP MAIN：MOV A，#0FH MOV DPTR，#4100H；MOVX DPTR,A MOV SP，#50H;初始化 MOV IE，#81H SETB IT0 WAIT：MOV P2,#0FFH MOV A,P2 JNB ACC.0，TATOU;探头伸出 LCALL KEY JB 20H，KEY2；计算键值 LCALL PLAY；调显示 SJMP WAIT TATOU：MOV DPTR，#4101H；MOV A，#08H；探头电机正转即探头伸出 MOVX DPTR,A MOV DPTR，#7FFFH；A/D 地址 ROO1：MOVX DPTR,A;A/D 开始转换 JB P3.3,$MOVX A,DPTR；读取数据 CJNE A,#7FH,ROO；保存 ROO:JC ROO1 LCALL MM MOV A，#00H MOV DPTR，#4101H；MOVX DPTR,A LCALL MM MOV A，#10H MOV DPTR，#4101H；MOVX DPTR,A JB P2.5，$MOV A，#00H MOV DPTR，#4101H；MOVX DPTR,A DDD：LCALL JGZH MOV A，#20H；工具头砂轮转动 MOV DPTR，#4101H；MOVX DPTR,A MOV 23H，BSH LOP2：LCALL JGZH DSHANG：MOV P2,#0FFH MOV A,P2 JB ACC.1，DSHANG;磨头到上侧 MOV A，#60H；工具头砂轮转动；磨头顺时针转动 MOV DPTR，#4101H；MOVX DPTR,A DXIA：MOV P2,#0FFH MOV A,P2 JB ACC.2，DXIA;磨头到下侧 MOV A，#0A0H；工具头砂轮转动；磨头逆顺时针转动 MOV DPTR，#4101H；MOVX DPTR,A LCALL JGZH DJNZ 23H，LOP2 MOV A，#80H；工具头砂轮停止转动；磨头逆顺时针转动 MOV DPTR，#4101H；MOVX DPTR,A ZHONG：MOV P2,#0FFH MOV A,P2 JB ACC.2，ZHONG;磨头到中部 精密制造与自动化 56 SETB P3.1；磨头退回 LJMP MAIN DDQ：LCALL KEY；点动后退 JB 20H，BB；计算键值 LCALL PLAY；调显示 MOV A，B CJNE A，#0CH，FFF1；点动前进 CLR A LCALL JGZH MOV P2,#0FFH MOV A,P2 JB ACC.3，JXF;FFF1：LJMP MAIN LXQ：CLR A LCALL JGZH；连续前进 MOV P2,#0FFH MOV A,P2 JB ACC.3，LXF;LJMP DDD DDF：LCALL KEY；点动后退 JB 20HBB；计算键值 LCALL PLAY；调显示 MOV A，B CJNE A，#0EH，FFF2；点动后退 CLR A LCALL JGF MOV P2,#0FFH MOV A,P2 JB ACC.4，JXF;FFF2：LJMP MAIN LXF：CLR A LCALL JGF；连续后退 MOV P2,#0FFH MOV A,P2 JB ACC.4，LXF;LJMP MAIN STOP：JNB P3.0，STOP RET 扫描键盘输入子程序 KEY:MOV P1，#00H；使输出管截止 MOV A，P1 ANL A，#0FH XRL A，#0FH JZ KEY1；判断键按下？MOV R3,#04H MOV A,#7FH；P1.7=0 MOV B，A LOP:ACALL DELAY MOV P1,A MOV A,B RL A MOV B,A NOP MOV A,P1 ANL A,#0FH CJNE A,#0FH,INKEY；转键值计算 DJNZ R3,LOP KEY1：CLR 20H RET INKEY:MOV B,#0FBH；键值计算 NEXT4:RRC A INC B；加列数 JC NEXT4 MOV A,P1 SWAP A NEXT5:RRC A INC B INC B INC B INC B JC NEXT5；加行数，B 的内容为键值 NEXT6:MOV A,P1 ANL A0FH CJNE A,#0FH,NEXT6；键是否断开 SETB 20H RET KEY2：MOV A，B CJNE A,#0AH,NXTB AJMP SHUBU;输入步数 NXTB:CJNE A,#0BH,NXTC:AJMP DDD；工具砂轮进给 NXTC:CJNE A,#0CH,NXTD AJMP DDQ；工具砂轮后退 NXTD:CJNE A,#0DH,NXTE AJMP LXQ；工具砂轮后退 NXTE:CJNE A,#0EH,NXTF AJMP DDF；工具砂轮后退 NXTF:CJNE A,#0FH,SS AJMP LXF；SS：AJMP MAIN SHUBU：MOV R0，#30H输入步数 MOV R2，#30H WWW：LCALL KEY JNB 20H，WWW MOV R0，B INC R0 DJNZ R2，WWW MOV A，30H；将十进制步数转二进制 MOV B，#100 2007 年第 4 期（总第 172 期）57MUL AB MOV R2，A MOV A，31H MOV B，#10 MUL AB ADD A，32H ADD A，R2 MOV BSH，A SJMP MAIN 显示子程序 PLAY:MOV R5,#0FEH MOV MOV R1，#30H MOV DPTR，#4102H MOV R2,#03H PLAY1:MOV DPTR，#4102H MOV A,R1 ADD A，#MOVC A，A+PC MOVX DPTR，A MOV A,R5 INC DPTR MOVX DPTR，A INC R1 RL A MOV R5,A ACALL DYSL1 DJNZ R2,PLAY1 RET 求砂轮的最大与最小缺陷值（自动测量进给步数）MM:PUSH ACC PUSHI PSW MOV 21H，#0 LOP：MOV DPTR，#7FFFH；A/D 地址 MOVX DPTR,A;A/D 开始转换 JB P3.1,$MOVX A,DPTR；读取数据 MOV B,A；保存 CLR C；与最大值比较 SUBB A,MAX JC MM2；不超过当前最大值，保持当前最大值 MOV MAX,B；超过当前最大值，更新最大值存放地址 SJMP MM3 MM2:MOV A,B；与最小值比较 CLR C SUBB A,MIN JNC MM3；大于或等于当前最小值，保持当前最小值 MOV MIN,B；更新最小值 LCALL PLAY MM3:DJNZ 20H，LOP CLR C；计算步数 MOV A，MAX SUBB A，MIN MOV BUSH，A POP PSW POP ACC RET 工具砂轮的步进电机正转 JGZH：PUSH ACC；保护现场 PUSH PSW MOV DPTR，#4103H；ORL A,#01H；取第一拍控制模型 MOVX DPTRA；输出第一拍控制模型 ACALL PLAY；调显示 ORL A,#02H MOVX DPTR,A；输出第一拍控制模型 ACALL PLAY；调显示 ORL A,#04H MOVX DPTR,A；输出第一拍控制模型 ACALL PLAY；调显示 POP PSW；恢复现场 POP A RET；返回 工具砂轮的步进电机反转 JGF：PUSH ACC；保护现场 PUSH PSW MOV DPTR，#4103H；MOV A,#04H；取第一拍控制模型 MOV 24H，#3 LL：MOVX DPTR,A；ACALL PLAY；调显示 RR A DJNZ 24H，LL POP PSW；恢复现场 POP A RET；返回 4 结语 利用单片机控制技术在磨床数控化改造中实现砂轮磨损的检测与修整，在目前来看较为少见，尽管与磨床数控系统比较，有很多不足，但在经济性上的巨大优势，随着该项技术的迅速普及，在机床数控化改造领域内必将有更加广泛的应用空间。