摘 要：針對高速拉絲機對拉絲?？仔徒Y構的嚴格要求及拉絲模具生產和維修過程的需要，設計并研制了一套實用的拉絲模孔型測量儀。經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，拉絲生產線上模具的損耗量大幅度下降。
關鍵詞：拉絲模；孔型測量儀；單片機

　　拉絲模是鋼絲拉拔生產的關鍵工具，它的質量水平直接影響鋼絲質量、模具損耗、能耗和制品生產的經濟效益。?？捉Y構及各部尺寸是模具質量的關鍵參數，特別是在高速拉絲機中，孔型結構不符合設計要求，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過程中，操作者要及時掌握這些參數，以便進行必要的研磨修正，從而提高產品質量。
　　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，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，不適應大規(guī)模生產的要求。據此，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?？變鹊母鞑砍叽?，滿足了金屬制品行業(yè)拉絲模研究設計、制造檢驗的需要。

1 系統結構設計
1．1 拉絲?？椎慕Y構特點
　　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。模具在生產過程中，要控制的參數有?？籽剌S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內孔參數的直接測量。

                                            圖1 拉絲模的軸向剖面圖
1.2 測量系統的結構設計
　　為了快速準確地測量拉絲模孔型結構，我們設計了一種?？仔蜏y量機構，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，可以深入到拉絲模孔內，中部可繞固定支座3轉動，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，經過齒輪減速后帶動絲杠6轉動，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晌灰苽鞲衅鬓D化為電壓信號輸出。通過測量這一電壓，拉絲模的孔型結構及各部尺寸被測量出來。測量結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據保存。

                                            圖2 模孔測量機構結構圖
　　1—模具；2—測量探針；3—支座；4—懸絲；5—電機；6—絲杠；7—平臺

2 電路硬件設計
　　系統以單片機為核心、包括傳感器及信號調理模塊、電機控制模塊、串行通信模塊、鍵盤及顯示模塊等部分組成。其結構如圖3所示，電路設計主要解決好以下幾個問題。

2.1 數據采集的精度
　　為了保證系統的精度，我們采取了以下措施：
　　（1）選擇了結構簡單、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，頻率響應在幾百到幾千赫茲內，能很好地滿足?？诇y量的需要。

                                                         圖3 系統電路結構圖
　?。?）信號調理電路采用單片式限位移差動變壓器信號調節(jié)器AD598。AD598與LVDT配合，能夠將LVDT的機械位置轉換成單極性或雙極性輸出的高精度直流電壓。與傳統的方法相比，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。
　?。?）單片機采用Analog公司新推出的ADμC812。內部集成了12位逐次逼近的ADC轉換器。由于ADμC812在出廠前對A/D轉換器進行了校正，并且在使用中還可以通過軟件對A/D轉換器進一步校正，可以保證系統中A/D轉換具有高的精度。

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據，由MAX491構成485接口可組成一個小的局域網，實現生產車間內多個測量儀和上位機的數據交換。從而實現產品質量的跟蹤管理，為車間的質量考評提供依據。

2.3 顯示電路
　　在研磨過程中，操作工需要及時地了解?？捉Y構，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構曲線及各個參數。顯示電路采用大規(guī)模集成電路并帶有驅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個并行數據，可將數據顯示并存貯在模塊內的數據存貯器內（DDRAM）。由于DDRAM中數據顯示與液晶屏的點陣單元存在一一對應關系，漢字及孔型結構曲線是在液晶上將相應的點陣顯示。

2.4 電機控制
　　系統測量中，根據不同的工藝要求，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公司生產的直流負載脈寬調制（PWM）功率控制器U2352B。控制信號來自于ADμC812內置的D/A轉換器，由于U2352B采用了脈寬調制方法控制電機的速度，具有控制范圍寬，精度高的特點。

3 軟件設計
　　整個系統軟件是模塊化設計，主要由主程序、數據采集子程序、數據處理子程序、參數設定子程序、顯示子程序和通信子程序等組成。主程序完成對整個系統工作管理任務，包括初始化程序，鍵盤／顯示管理程序等；數據采集子程序配合系統硬件實現對被測信號的采集；數據處理子程序包括數據濾波、數據分段、數值計算等程序；參數設定子程序用于設定各種測量參數（采樣時間，模具長度等）。顯示子程序分別用來顯示設定、測量、計算的數值及曲線。由于數據處理采用了最小二乘法對數據進行分段線性擬合，計算量比較大，而且數據范圍也較寬，因此本系統軟件在數值計算上采用了多字節(jié)、浮點數計算。

4 技術指標
　　•拉絲模的內徑測量范圍：0.2～15mm；
　　•測量精度：0.01mm；
　　•模具平臺行進速度設定范圍：0.1～5mm/s；
　　•與上位機的通信速度：最大115.2Kb/s；
　　•設有模具到位限制開關，回程自校準等功能。

5 結論
　　與國外相比，我國拉絲模生產技術目前仍停留在20世紀50～60年代的水平，拉絲模的孔型設計、生產工藝、制模設備、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任公司生產中的試驗表明，拉絲?？仔蜏y量儀使用方便、性能穩(wěn)定。經過半年多的使用，拉絲生產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。
　　拉絲模孔型測量儀在模具設計、生產和維修過程的使用，對提高我國拉絲模具的生產水平，提高拉絲機的拉拔速度和生產效益有重要意義。