王士玉，魏新村，李付君

（山東交通職業(yè)學(xué)院，山東 濰坊 261100）

多功能圓齒刀片數(shù)齒裝置研制

王士玉，魏新村，李付君

（山東交通職業(yè)學(xué)院，山東 濰坊 261100）

介紹了鋸片數(shù)齒時(shí)存在的問題，研制了一種多功能圓齒片數(shù)齒裝置，闡釋了該裝置的結(jié)構(gòu)組成、核心部件選型，完成了電路的設(shè)計(jì)、程序的編制，通過裝配、調(diào)試與實(shí)驗(yàn)，該裝置能夠準(zhǔn)確完成常見規(guī)格尺寸的鋸片數(shù)齒顯示功能。

數(shù)齒；單片機(jī)；步進(jìn)電機(jī)；傳感器

鋸片制造廠、銷售商以及用戶在使用圓齒形切割刀片時(shí)，需確定刀片規(guī)格和刀片的齒數(shù)，若齒數(shù)較多，人工數(shù)齒非常麻煩，且很容易數(shù)錯(cuò)。此類工作看似簡單卻是實(shí)際工作中讓工作人員頭疼的事。為此，設(shè)計(jì)了一款多功能圓齒刀片數(shù)齒裝置，通過該裝置可以快速、準(zhǔn)確地完成數(shù)齒。

1 設(shè)計(jì)思路

刀片數(shù)齒裝置是集機(jī)械、電子、自動(dòng)控制于一體的自動(dòng)測量設(shè)備，其功能是通過機(jī)械夾緊裝置將鋸片夾緊，并經(jīng)過驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)鋸片旋轉(zhuǎn)，然后經(jīng)傳感器將齒型（數(shù)）信號(hào)轉(zhuǎn)換為光電信號(hào)，通過單片機(jī)運(yùn)算并在顯示屏上顯示出齒數(shù)。其工作流程圖如圖1所示。

圖1 工作流程圖

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 結(jié)構(gòu)組成

本裝置由機(jī)械本體、控制功能模塊、傳感功能模塊、運(yùn)算功能模塊以及輸出顯示功能模塊組成。

控制功能模塊主要功能是驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)刀片旋轉(zhuǎn)，該模塊應(yīng)滿足驅(qū)動(dòng)方便、定位準(zhǔn)，通過驅(qū)動(dòng)電路或程序控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)，本系統(tǒng)中考慮到對鋸片進(jìn)行數(shù)齒，因此電機(jī)轉(zhuǎn)一圈為一個(gè)周期。傳感功能模塊用于接收刀片轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)刀齒和刀縫間信號(hào)差而產(chǎn)生的波形信號(hào)，并將信號(hào)傳送給控制器進(jìn)行處理。運(yùn)算處理模塊，主要由控制器組成，用于處理傳感器檢測到的信號(hào)，并對信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換、處理，同時(shí)還可控制輸出顯示信號(hào)的功能。顯示模塊則主要是顯示經(jīng)控制器運(yùn)算處理后得到的齒數(shù)。本裝置中，考慮到適應(yīng)刀片的大小和齒數(shù)是不同因素，將傳感功能模塊放置于可伸縮或滑動(dòng)的桿上，通過桿的滑動(dòng)來滿足大小不同的刀片的數(shù)齒。

2.2 工作過程

數(shù)齒裝置有啟動(dòng)、復(fù)位、清除、加速、減速5個(gè)按鍵。將鋸片放置于步進(jìn)電機(jī)輸出軸并加緊后，按“啟動(dòng)”按鍵，電機(jī)啟動(dòng)并轉(zhuǎn)動(dòng)一圈。轉(zhuǎn)動(dòng)中，光電對射傳感器會(huì)接收鋸齒和鋸齒縫產(chǎn)生的“通”、“斷”兩種狀態(tài)信號(hào)，以高電平、低電平的形式發(fā)送給單片機(jī)進(jìn)行運(yùn)算、計(jì)數(shù)，然后通過數(shù)碼管顯示出來?！扒宄卑存I用于清除數(shù)碼管的數(shù)值，“復(fù)位”按鍵則對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)位。

2.3 部件選型

（1）電機(jī)。綜合成本、可靠性等因素，選用57BYG250B型號(hào)步進(jìn)電機(jī)，該電機(jī)電流：3A，輸出力矩為1.2Nm（牛米），機(jī)身長度56mm，出軸長度21mm，出軸軸徑8mm/6.35mm，能夠滿足設(shè)計(jì)要求。

（2）控制部分。選用AT89C2051單片機(jī)進(jìn)行控制，本單片機(jī)是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)，可以反復(fù)擦除1000次，采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容，且價(jià)格便宜。同時(shí)選用TA8435H步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片驅(qū)動(dòng)電機(jī)。

（3）傳感器。傳感器選用對射光電傳感器模塊，該模塊主要芯片為LM393、對射式紅外頭，工作電壓為直流5V，具有信號(hào)輸出指示、單路信號(hào)低電平輸出、靈敏度不可調(diào)等特點(diǎn)，可用于工件計(jì)數(shù)、電機(jī)測速、電路板輸出開關(guān)量等。

（4）顯示模塊。本裝置關(guān)于齒數(shù)的顯示只需要正常顯示出阿拉伯?dāng)?shù)字即可，因此，選用4個(gè)單獨(dú)的8段共陰數(shù)碼管，由單片機(jī)運(yùn)算后將齒數(shù)輸出到數(shù)碼管顯示。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

用Proteus軟件完成硬件搭建并生成電路圖，電路圖如圖2所示。利用KEIL軟件編制運(yùn)算計(jì)數(shù)和數(shù)值顯示C語言程序并調(diào)試下載到單片機(jī)中。

圖2 電路圖

4 實(shí)驗(yàn)

在實(shí)驗(yàn)室中，對金田牌4吋105×30齒和7吋直徑180×60齒的木工鋸片進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，通過實(shí)驗(yàn)表明，該裝置能準(zhǔn)確數(shù)齒并顯示。

［1］孫進(jìn)平，張大鵬，丁金濱.51單片機(jī)系列開發(fā)與應(yīng)用實(shí)例［M］.北京：中國電力出版社，2009.

［2］馬忠梅.單片機(jī)的C語言應(yīng)用程序設(shè)計(jì)［M］.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2003.

［3］史敬灼.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)伺服控制技術(shù)［M］.北京：科學(xué)出版社，2006.

Developm ent of M ulti-function Dental Gear Tooth Device

WANG Shi-yu，WEI Xin-cun，LI Fu-jun
（Shandong Transport Vocational College，Weifang，Shandong 261100，China）

This paper introduces the problems in the saw teeth，and develops a multi-function circular tooth tooth device.It explains the structure of the device，the selection of the core parts，completes the design of the circuit and the preparation of the program.Through assembly，commissioning and experiment，the device can accurately complete the common size of the saw blade number of tooth display.

digital teeth；single-chip；stepper motor;

TM383.6；TP368.12

A

2095-980X（2017）06-0097-01

2016-05-21

王士玉，男，碩士，講師，主要從事計(jì)算機(jī)技術(shù)理論與實(shí)踐教學(xué)工作。