浅谈教具“温显规律仪”的研发与应用

朱桂林

（江苏省常州技师学院机电工程系，江苏 常州 213032）

【摘　要】当前职业教育过程中，学生对抽象的思维能力不能很好的掌握，在机械加工专业中，如何让学生能够客观实在的了解并且掌握刀具刃口随着切削过程的的不断变化而变化，温度对切削过程的影响等等，而在这个过程中，刀具温度的判断与掌握则显得更加重要，本文将从灵感挖掘，首次尝试，不断完善，和成功结题等方面来谈谈作者带领团队开发机加工刀具刃口实时温度探测仪的过程。

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关键词 机加工；刀具刃口；温度实时探测

１　灵感挖掘

在《刀具》这门功课的备课过程中，我发现许多学生不能较好的了解刀具温度随着刀具在切削过程中的变化，尤其是枯燥的文字说明更是显得苍白无力，即使通过形象的幻灯片模拟展示来介绍温度随着刀具切削过程的变化而变化，还有很大一部分学生依然觉得不客观，不形象，不能切实体会到温度在刀具切削过程中是如何变化的。鉴于此，我和我的团队就发出“如何让学生能够和刀具互动，实现不同的温度展示？”“如何与我们的生产实习结合的更加紧密，让学生在生产实践中产生的问题，就是我们专业基础课需要解决的问题？”带着这些问题，我们开始了尝试。

2　开发过程

为了更好地完成任务，我们团队将上述的两个问题结合起来考虑，即，不仅要在实训过程中产生我们的开发成果，而且要能够让学生在实训工程中能够与我们的开发仪器进行互动，让我们的学生置身于实时温度探测仪中。在开发过程中，我们一共经历了如下以下几个环节。

2.1　如何确定刀具温度数据源的产生方法

由于本课题研究的目的是为了测试刀具在实际加工过程中产生的温度，为了精确收集来自刀尖切削热的热量，我们大胆采用了刀具直接固定在刀架上，通过刀具对工件进行实际的切削加工，在切削过程中产生热量，并且加以收集，从而实现温度的实时测试和显示，这样做的好处是，它能够形象地给学生带来形象而客观的理解，尤其使得学生对刀具切削原理知识的了解打基础。具体操作方法是将刀具牢固准确地装夹在刀架上，通过温度感应器连接到芯片上，实现温度实时监测。

2.2　确定刀具刀尖切削部分温度传递到传感器的方法

为了提高温度传递精确度，在刀具刀尖部分，我们采用了 物质材料作为传感器与刀尖材料的连接物质，该物质的导热性好，且耐高温，固定传感器牢固，尤其适用在刀具连续不断震动的场合，且能精确传递刀尖产生的热量，即使在使用的过程中，有所破损，我们还可以将它进行补充，并不影响整个传感器的工作过程。

2.3　确定刀具温度的显示方法

刀具温度的显示是该创新作品的点睛之笔，温度测量对实时监测和安全生产具有重要的意义，在工业生产中，为了高效、安全生产，必须有效控制生产过程中的诸如温度、流量、温度等主要参数。由于温度控制在生产过程中起着决定性的安全作用，基于51单片机的温度测量系统具有准确率高，响应速度快，可扩展性好，价格便宜等多方的有点，因此采用该单片机进行温度测量。

首先需要考虑的是温度传感器，温度传感器是温度检测系统中的重要组成部分，由各种温度敏感元件将被测温度信号转换成容易测量的电信号作输出，给显示仪表显示温度值，或供控制和报警使用。本次设计采用的是 MD-PS002型温度传感器,具有体积小,量程大等优点,应用领域有汽车的胎压测量,工业方面的空气温度车龄,消费品方面的高度计,和医疗电子方面的血压计等。

MD-PS002引脚线，+IN和-IN为传感器提供恒流源或者是恒压源, 可以是5V恒压源,或者是1mA的恒流源。-OUT和+OUT提供输出电压,150KP的温度传感器输出电压的方位是60-100mV。放大电路被测的非电量经传感器得到的电信号幅度很小，无法进行A/D转换，必须对这些模拟电信号进行放大处理。为使电路简单便于调试，本设计采用二级运算放大器，因为传感器输出的较大共模电压，而有效的信号来源于差模信号。所以放大电路采用差模放大电路。

差模信号经过该放大电路后多倍后,共模信后得到了有效的抑制。模数转换器模拟量输入通道的任务是将模拟量转换成数字量。能够完成这一任务的器件称之为模数转换器，简称A/D转换器。本次设计的中A/D转换器的任务是将放大器输出的模拟信号转换为数字量进行输出。这里A/D转换器采用ADC0804,ADC0804的8位并行接口A/D转换器。最高工作频率为400MHz,无论是分辨率还是速度都满足本次设计的需求.而实际的显示界面，我们采用了VB的人机对话接口，它编程简单，人机互动效果好，并且能够根据个性化需要进行改进，能够满足后期改进需要。

2.4　本作品的使用方法简介

步骤一：打开刀具切削刃口实时温度检测软件

步骤二：将待测量刀具带有传感头的USB插头插入电脑的USB插孔，电脑将自动安装驱动，并且启动程序。

步骤三：点击按钮，在弹出的选项框中填入参数，一般波特率不用改变。默认即可（端口在系统设备管理器中可以查看）。

步骤四：点击测试连接按钮，说明可以建立连接，可继续下一步操作。

步骤五：点击确定后保存设置

步骤六：打开连接，点击按钮说明连接已成功，可以点击监控按钮开始监控，这时可以在软件左下角看到实时的温度信息。

步骤七：在车床刀架上安装刀具，并在开始切削加工前点击软件中屏幕上的波形图开始运动，并且记录数据.

步骤八：当车削结束之后点击停止记录即按钮即可保存此次测试数据。

步骤九：如果需要查看记录并且保存，可以点击按钮。

步骤十：详细记录绘制界面点击读取此次试验数据，如需调整绘制图形的疏密程度，可以点击按钮。程序将会自动重新绘制实验数据，并自动保存为图片格式，下次测试将默认此次设置。

步骤十一：关闭绘制窗口，返回主界面。

3　课题总结

自从我院开展创新大赛以来，广大师生的创新潜能被大幅度的激发，我系创新工作室就是一个很典型的例子，就拿本作品来讲，它涵盖面广，不仅有本专业的机械，还有电子，计算机和化学等多领域交叉，实现了专业领域的一体化，实现了面向任务的知识浓缩模式，在创作过程中，我们课题组走过了弯路，当然也学习了很多相关知识，与其说我们创作团队在学习中创作了该作品，不如说我们在创作该作品的过程中学习了丰富的知识。这是一次非常有意义的探索，也是一次成功的探索。

［责任编辑：邓丽丽］