具有工件变形检测装置的轴类外圆磨床的制作方法

本实用新型涉及磨削装备制造技术领域，具体而言，涉及一种具有工件变形检测装置的轴类外圆磨床。

背景技术：

磨床（Grinding machine）是一种利用磨具研磨工件之多余量，以获得所需之形状、尺寸及精密加工面的机床。磨床的加工动作即为研磨，研磨工作在机械加工中居于首要地位，切削刀具的磨锐及机械零件的精确制造皆有赖于研磨工作，研磨工作也是精密加工的一部分。磨床的作用是进行高度精密和粗糙面相当小的磨削，可进行高效率磨削。高速轮磨是研磨动工作中最普遍的磨削加工动作，主要是使用砂轮（grinding wheel）进行，少部分使用砂布、油石等其他磨具和磨料进行加工。而且磨床能加工淬硬钢、硬质合金等硬度相当高材质，也可以加工玻璃、花岗石等脆度较高的材料。

外圆磨床进行磨削加工时，砂轮的进给量会由于工件的磨削量和工件的直径大小不同而变化。当对轴类工件进行磨削加工时，如果砂轮进给量比较小，磨削效率会比较低；如果砂轮进给量比较大，轴类工件会因受力大而发生较大的变形，造成较大的磨削误差。一般来说，直径比较大的轴类工件会产生承受较大的砂轮进给量而变形比较小，如果对其的砂轮进给量过小则磨削效率就会太低，目前很多外圆磨床并没有很好地解决这一矛盾问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种具有工件变形检测装置的轴类外圆磨床，用以提高磨削效率。

本实用新型的目的通过以下技术方案来实现：

一种具有工件变形检测装置的轴类外圆磨床，包括主机架，所述主机架上设有自动进给机构，所述自动进给机构控制砂轮进给，所述砂轮的相对侧为用于夹紧工件的气爪机构，所述主机架的上方设有横梁，所述横梁的一侧设有上料装置、盛料盒和操控器，所述砂轮的一侧设有工件变形检测装置，所述工件变形检测装置内部包括控制模块、工件变形检测模块、报警模块、砂轮进给量控制模块，以及为上述模块供电的电源模块，所述工件变形检测模块的输出端与所述控制模块的输入端连接，所述工件变形检测模块将检测到的数据转化为电平信号传输到所述控制模块，所述控制模块的输出端与所述报警模块、砂轮进给量控制模块的输入端相连，所述砂轮进给量控制模块的输出端与所述自动进给机构电性连接。

优选的，所述控制模块采用AT89C51型单片机。

优选的，所述工件变形检测模块包括超声波传感器和反向器，所述超声波传感器的第七引脚与所述AT89C51型单片机的P3.2端口相连，所述AT89C51型单片机的P1.0 端口与所述反向器的输入端连接，所述反向器的输出端与所述超声波传感器的其中一个电极连接。

优选的，所述超声波传感器为CX20106A型超声波传感器。

优选的，所述超声波传感器的第一引脚连接一个超声波信号输入装置的一个输出端并通过连接第十一电容接地；第二引脚依次连接第十九电阻和第十四电容后接地；第三引脚连接第十二电容后接地；第四引脚直接连接地；第五引脚连接第二十电阻后接电源；第六引脚连接第十三电容后接地；第七引脚连接第二十一电阻后接电源并连接所述AT89C51型单片机的P3.2端口；第八引脚直接连接电源。

优选的，所述报警模块与所述AT89C51单片机的P2.4口相连，该报警模块是一个三极管和LED构成的控制电路：三极管是一个PNP型半导体三极管，基极B连接一个限流电阻后与AT89C51的P2.4口相连，发射极E连接报警器、以及LED的负电压端，集电极C直接接地，所述LED的正电压端通过限流电阻与直流电源相连。

本实用新型的有益效果主要体现在：工件变形检测装置结构简单，制造成本较低，功耗低、体积小，能实时监测工件变形量并调整砂轮进给量，在保证加工精度的前提下提高加工效率。

附图说明

下面结合附图对本实用新型技术方案作进一步说明：

图1为本实用新型轴类外圆磨床的总体结构图；

图2为本实用新型工件变形检测装置的功能结构示意图；

图3为本实用新型控制模块的AT89C51型单片机的引脚图；

图4为本实用新型工件变形量检测模块的CX20106A型超声波传感器的引脚图；

图5为本实用新型报警模块的电路图。

具体实施方式

以下将结合附图所示的具体实施方式对本实用新型进行详细描述。但这些实施方式并不限于本实用新型，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本实用新型的保护范围内。

如图1和图2所示，本实用新型揭示了一种具有工件变形检测装置的轴类外圆磨床，包括主机架1，所述主机架1上设有自动进给机构2，所述自动进给机构2控制砂轮进给，所述砂轮的相对侧为用于夹紧工件的气爪机构3，所述主机架1的上方设有横梁4，所述横梁4的一侧设有上料装置5、盛料盒7和操控器6，所述砂轮的一侧设有工件变形检测装置8，所述工件变形检测装置8内部包括控制模块、工件变形检测模块、报警模块、砂轮进给量控制模块，以及为上述模块供电的电源模块，所述工件变形检测模块的输出端与所述控制模块的输入端连接，所述工件变形检测模块将检测到的数据转化为电平信号传输到所述控制模块，所述控制模块的输出端与所述报警模块、砂轮进给量控制模块的输入端相连，所述砂轮进给量控制模块的输出端与所述自动进给机构2电性连接。

当磨床进行磨削加工时，电源模块接通，为控制模块、工件变形检测模块、报警模块、砂轮进给量控制模块供电，所述工件变形检测模块将检测到的数据转化为电平信号传输到控制模块，控制模块将接收到的信号进行处理并与设定的变形量进行值A进行比较，如果此变形量小于设定变形量值A，则控制模块向砂轮进给量控制模块发送指令，砂轮做进给运动，增大磨削量，提高磨削效率；如果此变形量大于设定变形量值A，则控制模块向报警模块发送指令，使报警模块发出声音，同时控制模块向砂轮进给量控制模块发送指令，减小砂轮进给量，减少磨削量与工件变形量。本实用新型轴类外圆磨床工件变形检测控制装置能够在保证工件变形量的同时最大的提高磨削效率。

具体的，所述控制模块采用AT89C51型单片机U1。所述单片机的引脚图如图3所示。单片机为40引脚双列直插式封装，其各个引脚功能介绍如下：VCC用于供电电压；GND用于接地；RST用于复位输入端。当振荡器复位时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。

P0端口为一个8位漏级开路双向I/O口，每个引脚可吸收8TTL门电流。但P1端口的管脚写“1”时，被定义为高阻输入。P0端口能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FLASH编程时，P0端口作为原码输入口，当FLASH进行校验时，P0端口输出原码，此时P0端口外部电位必须被拉高。

P1端口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1端口缓冲期能接收输出4个TTL门电流。P1端口管脚写入“1”后，电位被内部上拉为高，可用作输入，P1端口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1端口作为第八位地址接收。

P2端口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2端口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2端口管脚写入“1”时，其管脚电位被内部上拉电阻拉高，且作为输入，作为输入时，P2端口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2端口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉的优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2端口输出其特殊功能寄存器的内容。P2端口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。

P3端口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接受输出4个TTL门电流。当P3端口管脚写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入时，由于外部下拉为低电平，P3端口将输出电流，也是由于上拉的缘故。P3端口也可作为AT89C51型单片机的一些特殊功能口，同时P3端口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。

所述AT89C51型单片机是美国ATMEL公司生产的低功耗、高性能CMOS8位单片机，片内含可编程的Flash只读程序存储器、片内振荡器和时钟电路，Flash只读程序存储器的大小为4kbytes，兼容标准8051指令系统及引脚，既可在线编程，也可用传统方法进行编程，与MCS-51兼容，数据保留时间约10年，三级程序存储器锁定，还含有128×8位内部RAM、32根可编程I/O线、两个16位定时器/计数器、5个中断源、可编程串行通道、低功耗的闲置和掉电模式。

所述工件变形检测模块采用超声波实现检测待磨削工件的变形量，并将所测数据转化成电平信号，包括超声波的发射与接收。工件变形检测模块包括CX20106A型超声波传感器和74LS04型反向器。所述超声波传感器的第七引脚与所述AT89C51型单片机的P3.2端口相连，所述AT89C51型单片机的P1.0 端口与所述反向器的输入端连接，所述反向器的输出端与所述超声波传感器的其中一个电极连接。CX20106A型超声波传感器是索尼公司的超声波接收专用集成电路，74LS04型反向器是74系列的非门。

如图4所示的超声波传感器的接收电路原理图，所述超声波传感器U4的第一引脚连接一个超声波信号输入装置U3的一个输出端并通过连接第十一电容C11接地；第二引脚依次连接第十九电阻R19和第十四电容C14后接地；第三引脚连接第十二电容C12后接地；第四引脚直接连接地；第五引脚连接第二十电阻R20后接电源VCC；第六引脚连接第十三电容C13后接地；第七引脚连接第二十一电阻R21后接电源VCC并连接所述AT89C51型单片机的P3.2端口；第八引脚直接连接电源VCC。

超声波发射工作原理如下：第二十电阻R20、第二十一电阻R21都可以是上拉电阻，第二十电阻R20、第二十一电阻R21一方面可以增加超声波换能器的阻尼效果；另一方面可以提高反向器输出高电平的驱动能力。超声波接收工作原理：当电路工作的时候，发射电路向外发射超声波，接收电路接收返回的超声波，通过P3.2 端口把数据输送给单片机，单片机将这个数据处理后转化为距离和速度，再将这个距离与速度跟设定的距离A与速度S对比，如果小于设定的距离A，或者大于设定的速度V，单片机将向报警电路发送指令，使报警电路发出声音。

所述报警模块与AT89C51单片机的P2.4端口相连，如图5所示，报警模块采用一个三极管Q5和发光二极管LED构成的控制电路。三极管是一个PNP型半导体三极管，基极B连接一个限流电阻R14后与AT89C51单片机的P2.4端口相连，发射极E连接报警器、以及LED的负电压端，集电极C直接接地，所述LED的正电压端通过限流电阻R13与直流电源VCC相连。第十三电阻R13、第十四电阻R14都为限流电阻。

当AT89C51单片机的P2.4 端口输出高电平时，三极管Q5截止，此时由于P2.4端口为高电平，发光二极管LED 与扬声器没有电流流过，即发光二极管LED 不亮，扬声器不响；当AT89C51单片机的P2.4 端口输出低电平时，三极管Q5导通，发光二极管LED 与扬声器有电流流过，即发光二极管LED 亮起，扬声器响起，达到报警的功能。

本实用新型轴类外圆磨床工件变形检测控制装置的实施流程大致如下：

S1、启动装置，进行参数的初始化；

S2、发射电路发送超声波，并判断接收电路是否接收到回波，若收到，则继续；若未收到，则装置不工作；

S3、收到回波后，控制模块将处理数据，并存储；

S4、重复S2、S3步骤；

S5、控制模块将两次的数据进行比较判断，并检测两次数据之差是否小于设定值，若小于则发出砂轮给进信号，进行砂轮的给进；若不小于设定值，则不发出信号；

S6、 不断进行砂轮是否给进的判断以完成整个控制流程。

本实用新型轴类外圆磨床工件变形检测控制装置将单片机的实时控制及数据处理功能与传感器技术相结合，实时检测代加工工件的变形量。

应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本实用新型的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本实用新型的保护范围，凡未脱离本实用新型技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本实用新型的保护范围之内。