談數(shù)控刀溫儀的開(kāi)發(fā)與實(shí)際應(yīng)用

朱桂林

（江蘇省常州技師學(xué)院 機(jī)電工程系，江蘇 常州213032）

1 靈感挖掘

在《刀具》這門(mén)功課的備課過(guò)程中，我發(fā)現(xiàn)許多學(xué)生不能較好的了解刀具溫度隨著刀具在切削過(guò)程中的變化，尤其是枯燥的文字說(shuō)明更是顯得蒼白無(wú)力，即使通過(guò)形象的幻燈片模擬展示來(lái)介紹溫度隨著刀具切削過(guò)程的變化而變化， 還有很大一部分學(xué)生依然覺(jué)得不客觀，不形象，不能切實(shí)體會(huì)到溫度在刀具切削過(guò)程中是如何變化的。鑒于此，我和我的團(tuán)隊(duì)就發(fā)出“如何讓學(xué)生能夠和刀具互動(dòng)，實(shí)現(xiàn)不同的溫度展示？ ”“如何與我們的生產(chǎn)實(shí)習(xí)結(jié)合的更加緊密，讓學(xué)生在生產(chǎn)實(shí)踐中產(chǎn)生的問(wèn)題，就是我們專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課需要解決的問(wèn)題？ ”帶著這些問(wèn)題，我們開(kāi)始了嘗試。

2 開(kāi)發(fā)過(guò)程

為了更好地完成任務(wù)，我們團(tuán)隊(duì)將上述的兩個(gè)問(wèn)題結(jié)合起來(lái)考慮，即，不僅要在實(shí)訓(xùn)過(guò)程中產(chǎn)生我們的開(kāi)發(fā)成果，而且要能夠讓學(xué)生在實(shí)訓(xùn)工程中能夠與我們的開(kāi)發(fā)儀器進(jìn)行互動(dòng)， 讓我們的學(xué)生置身于實(shí)時(shí)溫度探測(cè)儀中。 在開(kāi)發(fā)過(guò)程中，我們一共經(jīng)歷了如下以下幾個(gè)環(huán)節(jié)。

首先，如何確定刀具溫度數(shù)據(jù)源的產(chǎn)生方法

由于本課題研究的目的是為了測(cè)試刀具在實(shí)際加工過(guò)程中產(chǎn)生的溫度，為了精確收集來(lái)自刀尖切削熱的熱量，我們大膽采用了刀具直接固定在刀架上，通過(guò)刀具對(duì)工件進(jìn)行實(shí)際的切削加工，在切削過(guò)程中產(chǎn)生熱量，并且加以收集，從而實(shí)現(xiàn)溫度的實(shí)時(shí)測(cè)試和顯示，這樣做的好處是，它能夠形象地給學(xué)生帶來(lái)形象而客觀的理解，尤其使得學(xué)生對(duì)刀具切削原理知識(shí)的了解打基礎(chǔ)。 具體操作方法是將刀具牢固準(zhǔn)確地裝夾在刀架上，通過(guò)溫度感應(yīng)器連接到芯片上，實(shí)現(xiàn)溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

其次，確定刀具刀尖切削部分溫度傳遞到傳感器的方法

為了提高溫度傳遞精確度，在刀具刀尖部分，我們采用了熱導(dǎo)率極高的物質(zhì)材料作為傳感器與刀尖材料的連接物質(zhì)，該物質(zhì)的導(dǎo)熱性好，且耐高溫，固定傳感器牢固，尤其適用在刀具連續(xù)不斷震動(dòng)的場(chǎng)合，且能精確傳遞刀尖產(chǎn)生的熱量，即使在使用的過(guò)程中，有所破損，我們還可以將它進(jìn)行補(bǔ)充，并不影響整個(gè)傳感器的工作過(guò)程。

然后，確定刀具溫度的顯示方法

刀具溫度的顯示是該創(chuàng)新作品的點(diǎn)睛之筆，溫度測(cè)量對(duì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和安全生產(chǎn)具有重要的意義，在工業(yè)生產(chǎn)中，為了高效、安全生產(chǎn)，必須有效控制生產(chǎn)過(guò)程中的諸如溫度、流量、溫度等主要參數(shù)。由于溫度控制在生產(chǎn)過(guò)程中起著決定性的安全作用， 基于51 單片機(jī)的溫度測(cè)量系統(tǒng)具有準(zhǔn)確率高，響應(yīng)速度快，可擴(kuò)展性好，價(jià)格便宜等多方的有點(diǎn)，因此采用該單片機(jī)進(jìn)行溫度測(cè)量。

首先需要考慮的是溫度傳感器，溫度傳感器是溫度檢測(cè)系統(tǒng)中的重要組成部分，由各種溫度敏感元件將被測(cè)溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成容易測(cè)量的電信號(hào)作輸出，給顯示儀表顯示溫度值，或供控制和報(bào)警使用。本次設(shè)計(jì)采用的是MD-PS002 型溫度傳感器,具有體積小,量程大等優(yōu)點(diǎn),應(yīng)用領(lǐng)域有汽車(chē)的胎壓測(cè)量,工業(yè)方面的空氣溫度車(chē)齡,消費(fèi)品方面的高度計(jì),和醫(yī)療電子方面的血壓計(jì)等。

差模信號(hào)經(jīng)過(guò)該放大電路后多倍后, 共模信后得到了有效的抑制。模數(shù)轉(zhuǎn)換器模擬量輸入通道的任務(wù)是將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。能夠完成這一任務(wù)的器件稱(chēng)之為模數(shù)轉(zhuǎn)換器，簡(jiǎn)稱(chēng)A/D 轉(zhuǎn)換器。 本次設(shè)計(jì)的中A/D 轉(zhuǎn)換器的任務(wù)是將放大器輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量進(jìn)行輸出。 這里A/D 轉(zhuǎn)換器采用ADC0804,ADC0804 的8 位并行接口A/D 轉(zhuǎn)換器。 最高工作頻率為400MHz,無(wú)論是分辨率還是速度都滿足本次設(shè)計(jì)的需求。

而實(shí)際的顯示界面，我們采用了VB 的人機(jī)對(duì)話接口，它編程簡(jiǎn)單，人機(jī)互動(dòng)效果好，并且能夠根據(jù)個(gè)性化需要進(jìn)行改進(jìn)，能夠滿足后期改進(jìn)需要。

3 本產(chǎn)品的使用方法簡(jiǎn)介

步驟一打開(kāi)刀具切削刃口實(shí)時(shí)溫度檢測(cè)軟件

步驟二 將待測(cè)量刀具帶有傳感頭的USB 插頭插入電腦的USB插孔，電腦將自動(dòng)安裝驅(qū)動(dòng)，并且啟動(dòng)程序。

步驟三 點(diǎn)擊按鈕，在彈出的選項(xiàng)框中填入?yún)?shù)，一般波特率不用改變。 默認(rèn)即可（端口在系統(tǒng)設(shè)備管理器中可以查看）。

步驟四 點(diǎn)擊測(cè)試連接按鈕，可以建立連接，可繼續(xù)下一步操作。

步驟五點(diǎn)擊確定后保存設(shè)置

步驟六 打開(kāi)連接，連接成功，可以點(diǎn)擊監(jiān)控按鈕開(kāi)始監(jiān)控，這時(shí)可以在軟件左下角看到實(shí)時(shí)的溫度信息。

步驟七 在車(chē)床刀架上安裝刀具， 并在開(kāi)始切削加工前點(diǎn)擊軟件中屏幕上的波形圖開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，并且記錄數(shù)據(jù)。

步驟八當(dāng)車(chē)削結(jié)束之后點(diǎn)擊停止記錄即按鈕即可保存此次測(cè)試數(shù)據(jù)。

步驟九 如果需要查看記錄并且保存，可以點(diǎn)按鈕。

步驟十 詳細(xì)記錄繪制界面點(diǎn)擊此次試驗(yàn)數(shù)據(jù)， 如需調(diào)整繪制圖形的疏密程度，程序?qū)?huì)自動(dòng)重新繪制實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并自動(dòng)保存為圖片格式，下次測(cè)試將默認(rèn)此次設(shè)置。

步驟十一 關(guān)閉繪制窗口，返回主界面。

4 課題總結(jié)

自從我省院開(kāi)展創(chuàng)新大賽以來(lái)，廣大師生的創(chuàng)新潛能被大幅度的激發(fā)，各級(jí)各類(lèi)創(chuàng)新工作室就是一個(gè)很典型的例子，就拿本作品來(lái)講，它涵蓋面廣，不僅有本專(zhuān)業(yè)的機(jī)械，還有電子，計(jì)算機(jī)和化學(xué)等多領(lǐng)域交叉，實(shí)現(xiàn)了專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的一體化，實(shí)現(xiàn)了面向任務(wù)的知識(shí)濃縮模式，在創(chuàng)作過(guò)程中，我們課題組走過(guò)了彎路，當(dāng)然也學(xué)習(xí)了很多相關(guān)知識(shí)，與其說(shuō)我們創(chuàng)作團(tuán)隊(duì)在學(xué)習(xí)中創(chuàng)作了該作品，不如說(shuō)我們?cè)趧?chuàng)作該作品的過(guò)程中學(xué)習(xí)了豐富的知識(shí)。 這是一次非常有意義的探索，也是一次成功的探索。