［摘 要］針對高速拉絲機對拉絲模孔型結(jié)構(gòu)的嚴格要求及拉絲模具生產(chǎn)和維修過程的需要，設(shè)計并研制了一套實用的拉絲?？仔蜏y量儀。經(jīng)過半年多的使用表明，拉絲模孔型測量儀使用方便、性能穩(wěn)定，拉絲生產(chǎn)線上模具的損耗量大幅度下降。 [關(guān)鍵詞]拉絲模；孔型測量儀；單片機 拉絲模是鋼絲拉拔生產(chǎn)的關(guān)鍵工具，它的質(zhì)量水平直接影響鋼絲質(zhì)量、模具損耗、能耗和制品生產(chǎn)的經(jīng)濟效益。模孔結(jié)構(gòu)及各部尺寸是模具質(zhì)量的關(guān)鍵參數(shù)，特別是在高速拉絲機中，孔型結(jié)構(gòu)不符合設(shè)計要求，將嚴重影響模具的壽命和拉絲機的拉拔速度。這就要求模具在生產(chǎn)過程中，操作者要及時掌握這些參數(shù)，以便進行必要的研磨修正，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量。 目前，金屬制品行業(yè)通常采用將塑料膠液體澆注到模孔內(nèi)，待凝固后取出，在投影儀下測取各部位尺寸，這種方法速度慢、精度差，不適應(yīng)大規(guī)模生產(chǎn)的要求。據(jù)此，我們研制了一種基于單片機的拉絲?？仔涂焖贉y量儀，該機能迅速準確、方便直觀地讀取拉絲?？變?nèi)的各部尺寸，滿足了金屬制品行業(yè)拉絲模研究設(shè)計、制造檢驗的需要。 1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計 1．1 拉絲?？椎慕Y(jié)構(gòu)特點 拉絲?？椎妮S向剖面如圖1所示，由入口錐A、壓縮錐B、定徑帶C和出口錐D四部分組成。模具在生產(chǎn)過程中，要控制的參數(shù)有?？籽剌S向各部的幾何尺寸以及錐角2β,2α,2γ等。因此，?？仔蜏y量的關(guān)鍵問題是尋找合適的方法將孔型沿徑向的變化（位移）測量出來，由于?？锥◤綆У淖钚≈睆綖?.2mm，一般的測量方法無法實現(xiàn)內(nèi)孔參數(shù)的直接測量。 圖1 拉絲模的軸向剖面圖 1.2 測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計 為了快速準確地測量拉絲模孔型結(jié)構(gòu)，我們設(shè)計了一種?？仔蜏y量機構(gòu)，如圖2所示，由可移動的模具平臺、測量探針、位移傳感器和測控電路等組成。測量探針2一端尖細，可以深入到拉絲?？變?nèi)，中部可繞固定支座3轉(zhuǎn)動，另一端通過一懸絲4和位移傳感器相連。7為模具平臺，用來放置拉絲模，平臺下固定一直流電機5，經(jīng)過齒輪減速后帶動絲杠6轉(zhuǎn)動，并帶動模具平臺沿模具的的軸向直線勻速運動。測量時，將模具1放于平臺上，探針輕置于拉絲模入口錐的邊沿，起動電機帶動模具向右勻速移動。被測拉絲?？仔偷奈⑿∽兓?，由位移傳感器轉(zhuǎn)化為電壓信號輸出。通過測量這一電壓，拉絲模的孔型結(jié)構(gòu)及各部尺寸被測量出來。測量結(jié)果可以通過液晶顯示，也可通過串行口送入上位計算機進行分析和數(shù)據(jù)保存。 圖2 模孔測量機構(gòu)結(jié)構(gòu)圖 1—模具；2—測量探針；3—支座；4—懸絲；5—電機；6—絲杠；7—平臺 2 電路硬件設(shè)計 系統(tǒng)以單片機為核心、包括傳感器及信號調(diào)理模塊、電機控制模塊、串行通信模塊、鍵盤及顯示模塊等部分組成。其結(jié)構(gòu)如圖3所示，電路設(shè)計主要解決好以下幾個問題。 2.1 數(shù)據(jù)采集的精度 為了保證系統(tǒng)的精度，我們采取了以下措施： （1）選擇了結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、靈敏度高、線性好的FX-31型交流差動傳感器（LVDT），其最高分辨率可達到0.1mV，頻率響應(yīng)在幾百到幾千赫茲內(nèi)，能很好地滿足?？诇y量的需要。 圖3 系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)圖 （2）信號調(diào)理電路采用單片式限位移差動變壓器信號調(diào)節(jié)器AD598。AD598與LVDT配合，能夠?qū)VDT的機械位置轉(zhuǎn)換成單極性或雙極性輸出的高精度直流電壓。與傳統(tǒng)的方法相比，它不需要恒定的幅值和頻率的激勵信號，不需要補償LVDT原方與副方的相位偏移及溫度、頻率變化造成的偏移等。具有精度高、穩(wěn)定性好的特點。 （3）單片機采用Analog公司新推出的ADμC812。內(nèi)部集成了12位逐次逼近的ADC轉(zhuǎn)換器。由于ADμC812在出廠前對A/D轉(zhuǎn)換器進行了校正，并且在使用中還可以通過軟件對A/D轉(zhuǎn)換器進一步校正，可以保證系統(tǒng)中A/D轉(zhuǎn)換具有高的精度。 2.2 與上位機的通信 通信電路由MAX232和MAX491組成，通過MAX232接口可以和計算機交換數(shù)據(jù)，由MAX491構(gòu)成485接口可組成一個小的局域網(wǎng)，實現(xiàn)生產(chǎn)車間內(nèi)多個測量儀和上位機的數(shù)據(jù)交換。從而實現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量的跟蹤管理，為車間的質(zhì)量考評提供依據(jù)。 2.3 顯示電路 在研磨過程中，操作工需要及時地了解?？捉Y(jié)構(gòu)，以便進行下一步的操作。通過顯示電路可以顯示出模型的結(jié)構(gòu)曲線及各個參數(shù)。顯示電路采用大規(guī)模集成電路并帶有驅(qū)動器和控制器的點陣型液晶模塊KS0713。它直接受單片機控制，接收8個并行數(shù)據(jù)，可將數(shù)據(jù)顯示并存貯在模塊內(nèi)的數(shù)據(jù)存貯器內(nèi)（DDRAM）。由于DDRAM中數(shù)據(jù)顯示與液晶屏的點陣單元存在一一對應(yīng)關(guān)系，漢字及孔型結(jié)構(gòu)曲線是在液晶上將相應(yīng)的點陣顯示。 2.4 電機控制 系統(tǒng)測量中，根據(jù)不同的工藝要求，模具平臺需要以不同的恒定速度平穩(wěn)移動。這里使用微型直流電機帶動平臺運動，其控制電路采用TEMIC公司生產(chǎn)的直流負載脈寬調(diào)制（PWM）功率控制器U2352B?？刂菩盘杹碜杂贏DμC812內(nèi)置的D/A轉(zhuǎn)換器，由于U2352B采用了脈寬調(diào)制方法控制電機的速度，具有控制范圍寬，精度高的特點。 3 軟件設(shè)計 整個系統(tǒng)軟件是模塊化設(shè)計，主要由主程序、數(shù)據(jù)采集子程序、數(shù)據(jù)處理子程序、參數(shù)設(shè)定子程序、顯示子程序和通信子程序等組成。主程序完成對整個系統(tǒng)工作管理任務(wù)，包括初始化程序，鍵盤／顯示管理程序等；數(shù)據(jù)采集子程序配合系統(tǒng)硬件實現(xiàn)對被測信號的采集；數(shù)據(jù)處理子程序包括數(shù)據(jù)濾波、數(shù)據(jù)分段、數(shù)值計算等程序；參數(shù)設(shè)定子程序用于設(shè)定各種測量參數(shù)（采樣時間，模具長度等）。顯示子程序分別用來顯示設(shè)定、測量、計算的數(shù)值及曲線。由于數(shù)據(jù)處理采用了最小二乘法對數(shù)據(jù)進行分段線性擬合，計算量比較大，而且數(shù)據(jù)范圍也較寬，因此本系統(tǒng)軟件在數(shù)值計算上采用了多字節(jié)、浮點數(shù)計算。 4 技術(shù)指標 •拉絲模的內(nèi)徑測量范圍：0.2～15mm； •測量精度：0.01mm； •模具平臺行進速度設(shè)定范圍：0.1～5mm/s； •與上位機的通信速度：最大115.2Kb/s； •設(shè)有模具到位限制開關(guān)，回程自校準等功能。 5 結(jié)論 與國外相比，我國拉絲模生產(chǎn)技術(shù)目前仍停留在20世紀50～60年代的水平，拉絲模的孔型設(shè)計、生產(chǎn)工藝、制模設(shè)備、檢測儀器都比較落后。拉絲?？仔蜏y量儀于2003年12月在咸陽鋼管鋼繩有限責(zé)任公司生產(chǎn)中的試驗表明，拉絲?？仔蜏y量儀使用方便、性能穩(wěn)定。經(jīng)過半年多的使用，拉絲生產(chǎn)線上模具的損耗量大幅度下降，日常維護維修量也明顯減少。 拉絲?？仔蜏y量儀在模具設(shè)計、生產(chǎn)和維修過程的使用，對提高我國拉絲模具的生產(chǎn)水平，提高拉絲機的拉拔速度和生產(chǎn)效益有重要意義。