摘 要：針對(duì)高速拉絲機(jī)對(duì)拉絲?？仔徒Y(jié)構(gòu)的嚴(yán)格要求及拉絲模具生產(chǎn)和維修過程的需要，設(shè)計(jì)并研制了一套實(shí)用的拉絲?？仔?a class="innerlink" href="http://forexkbc.com/tags/測量儀" title="測量儀" target="_blank">測量儀,。經(jīng)過半年多的使用表明，拉絲?？仔蜏y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(jī)

　　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(jì)效益,。?？捉Y(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(jī)中,，孔型結(jié)構(gòu)不符合設(shè)計(jì)要求,，將嚴(yán)重影響模具的壽命和拉絲機(jī)的拉拔速度。這就要求模具在生產(chǎn)過程中,，操作者要及時(shí)掌握這些參數(shù),，以便進(jìn)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(jī)的拉絲?？仔涂焖贉y量儀，該機(jī)能迅速準(zhǔn)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(jì)、制造檢驗(yàn)的需要,。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1．1 拉絲?？椎慕Y(jié)構(gòu)特點(diǎn)
　　拉絲模孔的軸向剖面如圖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)有模孔沿軸向各部的幾何尺寸以及錐角2β,2α,2γ等,。因此,，模孔型測量的關(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(shí)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(jì)
　　為了快速準(zhǔn)確地測量拉絲?？仔徒Y(jié)構(gòu)，我們設(shè)計(jì)了一種?？仔蜏y量機(jī)構(gòu),，如圖2所示，由可移動(dòng)的模具平臺(tái),、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(xì),，可以深入到拉絲?？變?nèi)，中部可繞固定支座3轉(zhuǎn)動(dòng),，另一端通過一懸絲4和位移傳感器相連,。7為模具平臺(tái)，用來放置拉絲模,，平臺(tái)下固定一直流電機(jī)5,，經(jīng)過齒輪減速后帶動(dòng)絲杠6轉(zhuǎn)動(dòng)，并帶動(dòng)模具平臺(tái)沿模具的的軸向直線勻速運(yùn)動(dòng),。測量時(shí),，將模具1放于平臺(tái)上，探針輕置于拉絲模入口錐的邊沿，起動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)模具向右勻速移動(dòng),。被測拉絲?？仔偷奈⑿∽兓?，由位移傳感器轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)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(jì)算機(jī)進(jìn)行分析和數(shù)據(jù)保存。

                                            圖2 ?？诇y量機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖
　　1—模具,；2—測量探針；3—支座,；4—懸絲,；5—電機(jī)；6—絲杠,；7—平臺(tái)

2 電路硬件設(shè)計(jì)
　　系統(tǒng)以單片機(jī)為核心,、包括傳感器及信號(hào)調(diào)理模塊、電機(jī)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(jì)主要解決好以下幾個(gè)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：
　?。?）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(dòng)傳感器（LVDT）,，其最高分辨率可達(dá)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
　?。?）信號(hào)調(diào)理電路采用單片式限位移差動(dòng)變壓器信號(hào)調(diào)節(jié)器AD598,。AD598與LVDT配合，能夠?qū)VDT的機(jī)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(lì)信號(hào)，不需要補(bǔ)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(diǎn)。
　?。?）單片機(jī)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(duì)A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行了校正,，并且在使用中還可以通過軟件對(duì)A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)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(jī)的通信
　　通信電路由MAX232和MAX491組成,，通過MAX232接口可以和計(jì)算機(jī)交換數(shù)據(jù),，由MAX491構(gòu)成485接口可組成一個(gè)小的局域網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)車間內(nèi)多個(gè)測量儀和上位機(jī)的數(shù)據(jù)交換,。從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量的跟蹤管理,，為車間的質(zhì)量考評(píng)提供依據(jù)。

2.3 顯示電路
　　在研磨過程中,，操作工需要及時(shí)地了解?？捉Y(jié)構(gòu)，以便進(jìn)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(gè)參數(shù),。顯示電路采用大規(guī)模集成電路并帶有驅(qū)動(dòng)器和控制器的點(diǎn)陣型液晶模塊KS0713。它直接受單片機(jī)控制,，接收8個(gè)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(diǎn)陣單元存在一一對(duì)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(diǎn)陣顯示,。

2.4 電機(jī)控制
　　系統(tǒng)測量中，根據(jù)不同的工藝要求,，模具平臺(tái)需要以不同的恒定速度平穩(wěn)移動(dòng),。這里使用微型直流電機(jī)帶動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)，其控制電路采用TEMIC公司生產(chǎn)的直流負(fù)載脈寬調(diào)制（PWM）功率控制器U2352B,?？刂菩盘?hào)來自于ADμC812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(jī)的速度,，具有控制范圍寬,，精度高的特點(diǎn)。

3 軟件設(shè)計(jì)
　　整個(gè)系統(tǒng)軟件是模塊化設(shè)計(jì),，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(duì)整個(gè)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(shí)現(xiàn)對(duì)被測信號(hào)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(jì)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(shí)間,，模具長度等）。顯示子程序分別用來顯示設(shè)定,、測量,、計(jì)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(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分段線性擬合,，計(jì)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(jì)算上采用了多字節(jié),、浮點(diǎn)數(shù)計(jì)算,。

4 技術(shù)指標(biāo)
　　•拉絲模的內(nèi)徑測量范圍：0.2～15mm；
　　•測量精度：0.01mm,；
　　•模具平臺(tái)行進(jìn)速度設(shè)定范圍：0.1～5mm/s,；
　　•與上位機(jī)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(zhǔn)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(jì)50～60年代的水平,，拉絲模的孔型設(shè)計(jì),、生產(chǎn)工藝、制模設(shè)備,、檢測儀器都比較落后,。拉絲模孔型測量儀于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(yàn)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(hù)維修量也明顯減少。
　　拉絲?？仔蜏y量儀在模具設(shè)計(jì),、生產(chǎn)和維修過程的使用，對(duì)提高我國拉絲模具的生產(chǎn)水平,，提高拉絲機(jī)的拉拔速度和生產(chǎn)效益有重要意義,。