淺談教具“溫顯規(guī)律儀”的研發(fā)與應(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》這門功課的備課過程中，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程中的變化，尤其是枯燥的文字說明更是顯得蒼白無力，即使通過形象的幻燈片模擬展示來介紹溫度隨著刀具切削過程的變化而變化，還有很大一部分學(xué)生依然覺得不客觀，不形象，不能切實(shí)體會(huì)到溫度在刀具切削過程中是如何變化的。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)生的問題，就是我們專業(yè)基礎(chǔ)課需要解決的問題？”帶著這些問題，我們開始了嘗試。

2 開發(fā)過程

為了更好地完成任務(wù)，我們團(tuán)隊(duì)將上述的兩個(gè)問題結(jié)合起來考慮，即，不僅要在實(shí)訓(xùn)過程中產(chǎn)生我們的開發(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)溫度探測儀中。在開發(fā)過程中，我們一共經(jīng)歷了如下以下幾個(gè)環(huán)節(jié)。

2.1 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試刀具在實(shí)際加工過程中產(chǎn)生的溫度，為了精確收集來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，通過刀具對工件進(jìn)行實(shí)際的切削加工，在切削過程中產(chǎn)生熱量，并且加以收集，從而實(shí)現(xiàn)溫度的實(shí)時(shí)測試和顯示，這樣做的好處是，它能夠形象地給學(xué)生帶來形象而客觀的理解，尤其使得學(xué)生對刀具切削原理知識(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。

2.2 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 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)的場合，且能精確傳遞刀尖產(chǎn)生的熱量，即使在使用的過程中，有所破損，我們還可以將它進(jìn)行補(bǔ)充，并不影響整個(gè)傳感器的工作過程。

2.3 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，溫度測量對實(shí)時(shí)監(jiān)測和安全生產(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)過程中起著決定性的安全作用，基于51 單片機(jī)的溫度測量系統(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)行溫度測量。

首先需要考慮的是溫度傳感器，溫度傳感器是溫度檢測系統(tǒng)中的重要組成部分，由各種溫度敏感元件將被測溫度信號轉(zhuǎn)換成容易測量的電信號作輸出，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)域有汽車的胎壓測量，工業(yè)方面的空氣溫度車齡，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。

MD-PS002 引腳線，+IN 和-IN 為傳感器提供恒流源或者是恒壓源，可以是5V 恒壓源，或者是1mA 的恒流源。-OUT 和+OUT 提供輸出電壓，150KP 的溫度傳感器輸出電壓的方位是60-100mV。放大電路被測的非電量經(jīng)傳感器得到的電信號幅度很小，無法進(jìn)行A/D 轉(zhuǎn)換，必須對這些模擬電信號進(jìn)行放大處理。為使電路簡單便于調(diào)試，本設(shè)計(jì)采用二級運(yùn)算放大器，因?yàn)閭鞲衅鬏敵龅妮^大共模電壓，而有效的信號來源于差模信號。所以放大電路采用差模放大電路。

差模信號經(jīng)過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)的器件稱之為模數(shù)轉(zhuǎn)換器，簡稱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)對話接口，它編程簡單，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。

2.4 本作品的使用方法簡介

步驟一：打開刀具切削刃口實(shí)時(shí)溫度檢測軟件

步驟二：將待測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)擊測試連接按鈕，說明可以建立連接，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：打開連接，點(diǎn)擊按鈕說明連接已成功，可以點(diǎn)擊監(jiān)控按鈕開始監(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：在車床刀架上安裝刀具，并在開始切削加工前點(diǎn)擊軟件中屏幕上的波形圖開始運(yùn)動(dòng)，并且記錄數(shù)據(jù).

步驟八：當(dāng)車削結(jié)束之后點(diǎn)擊停止記錄即按鈕即可保存此次測試數(shù)據(jù)。

步驟九：如果需要查看記錄并且保存，可以點(diǎn)擊按鈕。

步驟十：詳細(xì)記錄繪制界面點(diǎn)擊讀取此次試驗(yàn)數(shù)據(jù)，如需調(diào)整繪制圖形的疏密程度，可以點(diǎn)擊按鈕。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。

3 課題總結(jié)

自從我院開展創(chuàng)新大賽以來，廣大師生的創(chuàng)新潛能被大幅度的激發(fā)，我系創(chuàng)新工作室就是一個(gè)很典型的例子，就拿本作品來講，它涵蓋面廣，不僅有本專業(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)作過程中，我們課題組走過了彎路，當(dāng)然也學(xué)習(xí)了很多相關(guān)知識(shí)，與其說我們創(chuàng)作團(tuán)隊(duì)在學(xué)習(xí)中創(chuàng)作了該作品，不如說我們在創(chuàng)作該作品的過程中學(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。