淺談教具“溫顯規律儀”的研發與應用

朱桂林

（江蘇省常州技師學院機電工程系，江蘇 常州 213032）

1 靈感挖掘

在《刀具》這門功課的備課過程中，我發現許多學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，還有很大一部分學生依然覺得不客觀，不形象，不能切實體會到溫度在刀具切削過程中是如何變化的。鑒于此，我和我的團隊就發出“如何讓學生能夠和刀具互動，實現不同的溫度展示？”“如何與我們的生產實習結合的更加緊密，讓學生在生產實踐中產生的問題，就是我們專業基礎課需要解決的問題？”帶著這些問題，我們開始了嘗試。

2 開發過程

為了更好地完成任務，我們團隊將上述的兩個問題結合起來考慮，即，不僅要在實訓過程中產生我們的開發成果，而且要能夠讓學生在實訓工程中能夠與我們的開發儀器進行互動，讓我們的學生置身于實時溫度探測儀中。在開發過程中，我們一共經歷了如下以下幾個環節。

2.1 如何確定刀具溫度數據源的產生方法

由于本課題研究的目的是為了測試刀具在實際加工過程中產生的溫度，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，通過刀具對工件進行實際的切削加工，在切削過程中產生熱量，并且加以收集，從而實現溫度的實時測試和顯示，這樣做的好處是，它能夠形象地給學生帶來形象而客觀的理解，尤其使得學生對刀具切削原理知識的了解打基礎。具體操作方法是將刀具牢固準確地裝夾在刀架上，通過溫度感應器連接到芯片上，實現溫度實時監測。

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 物質材料作為傳感器與刀尖材料的連接物質，該物質的導熱性好，且耐高溫，固定傳感器牢固，尤其適用在刀具連續不斷震動的場合，且能精確傳遞刀尖產生的熱量，即使在使用的過程中，有所破損，我們還可以將它進行補充，并不影響整個傳感器的工作過程。

2.3 確定刀具溫度的顯示方法

刀具溫度的顯示是該創新作品的點睛之筆，溫度測量對實時監測和安全生產具有重要的意義，在工業生產中，為了高效、安全生產，必須有效控制生產過程中的諸如溫度、流量、溫度等主要參數。由于溫度控制在生產過程中起著決定性的安全作用，基于51 單片機的溫度測量系統具有準確率高，響應速度快，可擴展性好，價格便宜等多方的有點，因此采用該單片機進行溫度測量。

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，或供控制和報警使用。本次設計采用的是MD-PS002 型溫度傳感器，具有體積小，量程大等優點，應用領域有汽車的胎壓測量，工業方面的空氣溫度車齡，消費品方面的高度計，和醫療電子方面的血壓計等。

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傳感器得到的電信號幅度很小，無法進行A/D 轉換，必須對這些模擬電信號進行放大處理。為使電路簡單便于調試，本設計采用二級運算放大器，因為傳感器輸出的較大共模電壓，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。

差模信號經過該放大電路后多倍后，共模信后得到了有效的抑制。模數轉換器模擬量輸入通道的任務是將模擬量轉換成數字量。能夠完成這一任務的器件稱之為模數轉換器，簡稱A/D 轉換器。本次設計的中A/D 轉換器的任務是將放大器輸出的模擬信號轉換為數字量進行輸出。這里A/D 轉換器采用ADC0804，ADC0804 的8 位并行接口A/D 轉換器。最高工作頻率為400MHz，無論是分辨率還是速度都滿足本次設計的需求.而實際的顯示界面，我們采用了VB 的人機對話接口，它編程簡單，人機互動效果好，并且能夠根據個性化需要進行改進，能夠滿足后期改進需要。

2.4 本作品的使用方法簡介

步驟一：打開刀具切削刃口實時溫度檢測軟件

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，電腦將自動安裝驅動，并且啟動程序。

步驟三：點擊按鈕，在彈出的選項框中填入參數，一般波特率不用改變。默認即可（端口在系統設備管理器中可以查看）。

步驟四：點擊測試連接按鈕，說明可以建立連接，可繼續下一步操作。

步驟五：點擊確定后保存設置

步驟六：打開連接，點擊按鈕說明連接已成功，可以點擊監控按鈕開始監控，這時可以在軟件左下角看到實時的溫度信息。

步驟七：在車床刀架上安裝刀具，并在開始切削加工前點擊軟件中屏幕上的波形圖開始運動，并且記錄數據.

步驟八：當車削結束之后點擊停止記錄即按鈕即可保存此次測試數據。

步驟九：如果需要查看記錄并且保存，可以點擊按鈕。

步驟十：詳細記錄繪制界面點擊讀取此次試驗數據，如需調整繪制圖形的疏密程度，可以點擊按鈕。程序將會自動重新繪制實驗數據，并自動保存為圖片格式，下次測試將默認此次設置。

步驟十一：關閉繪制窗口，返回主界面。

3 課題總結

自從我院開展創新大賽以來，廣大師生的創新潛能被大幅度的激發，我系創新工作室就是一個很典型的例子，就拿本作品來講，它涵蓋面廣，不僅有本專業的機械，還有電子，計算機和化學等多領域交叉，實現了專業領域的一體化，實現了面向任務的知識濃縮模式，在創作過程中，我們課題組走過了彎路，當然也學習了很多相關知識，與其說我們創作團隊在學習中創作了該作品，不如說我們在創作該作品的過程中學習了豐富的知識。這是一次非常有意義的探索，也是一次成功的探索。