拉伸試驗(yàn)機(jī)數(shù)控改造驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)說明書.doc

目錄摘要.2第一章概述.31.1拉伸試驗(yàn)機(jī)的應(yīng)用.31.2拉伸試驗(yàn)機(jī)采集系統(tǒng)的特點(diǎn)與要求.4第二章機(jī)械總體設(shè)計(jì).52.1.方案選擇.52.2結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì).72.3參數(shù)的確定.82.4電機(jī)的選擇.9第三章機(jī)械部分的設(shè)計(jì)計(jì)算.103.1絲杠的選擇.103.2聯(lián)軸器的選擇機(jī)電液手冊(cè).133.3減速器的選擇.163.4齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì).173.5同步帶的設(shè)計(jì).22第四章控制部分硬件設(shè)計(jì).264.1主控制器的CPU的選擇.264.2存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路設(shè)計(jì).30（2）地址鎖存器74LS373.30（3）程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展.304.2.2MCS-51單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中的地址譯碼.314.2.3I/O口擴(kuò)展電路設(shè)計(jì).31（1）8155引腳及說明.31（2）工作方式的設(shè)定.31（3）狀態(tài)查詢.32（4）定時(shí)功能.32（5）8155與8031的連接方法.32（6）8255A可編程外圍并行接口芯片引腳.324.3驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì).334.4傳感器的選擇.334.5其它輔助電路的設(shè)計(jì).34第五章系統(tǒng)控制軟件的設(shè)計(jì).375.1系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)包含內(nèi)容.375.2軟件的設(shè)計(jì)說明及程序清單：.37第六章設(shè)計(jì)總結(jié).錯(cuò)誤!未定義書簽。參考書目.40摘要本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目是拉伸試驗(yàn)機(jī)系統(tǒng)改造。主要任務(wù)是在舊的拉伸試驗(yàn)機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，采用數(shù)字控制方式，進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，這樣既減少了工作人員的工作量，又可以更加精確的完成試驗(yàn)?zāi)康?。由于材料拉力試?yàn)機(jī)應(yīng)用廣泛，經(jīng)過調(diào)查研究分析現(xiàn)有產(chǎn)品，決定設(shè)計(jì)和改造方案。在本次設(shè)計(jì)中，主要是設(shè)計(jì)拉伸試驗(yàn)機(jī)系統(tǒng)改造，在這個(gè)設(shè)計(jì)中共分兩個(gè)部分設(shè)計(jì)：一部分是機(jī)械部分，另一個(gè)是控制部分。在機(jī)械設(shè)計(jì)里，主要設(shè)計(jì)夾具和絲杠以及傳動(dòng)部分，其主要要求是保證其精度。在控制部分的設(shè)計(jì)中，用OMRON系列PLC來控制拉伸實(shí)驗(yàn)機(jī)，從而控制絲杠轉(zhuǎn)角及采集拉力。關(guān)鍵詞拉伸試驗(yàn)機(jī)精度絲杠可編程控制器AbstractThesubjectofgraduationdesignisnumericalcontrolmaterialpullexperiment.Thatmainassignmentadoptsnumericalcontrolquomodoistoalteratedandpullexperimentinthefoundationoftraditionalpullexperiment.Itcanbereducedtheamountofworkloadofmissionaryandexperimentcalassignmentisprecisioncompleted.Duetomaterialpullexperiment.large-scaleapply,electrocircuitalysingexistingproductionbyinvestigation,Idrawoutdesignandalteratescheme.Inthedesign,thesystemofpullexperimentalteratebydesign.therearetwopartofdesign:theonepartismachinetheotherispartofdesign.Inthemachinedesign,Iofcontrol,ControlsthestretchtestingaircraftwithOMRONseriesPLC,thuscontrolguidescrewcornerandgatheringpullingforce.KeywordsmaterialpullexperimentprecisionguideProgrammablecontroller第一章概述為了使我們把學(xué)到的知識(shí)能夠靈活的運(yùn)用，安排了此次機(jī)械工藝課程設(shè)計(jì)。目的是通過此次設(shè)計(jì)，能夠?yàn)閷淼墓ぷ鞔蛳乱粋€(gè)良好的基礎(chǔ)，我們盡力搞好此次設(shè)計(jì)。但是，由于水平有限，缺乏實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，時(shí)間有限，知識(shí)掌握不夠全面，因此此次設(shè)計(jì)中難免有許多不足之處，望老師見諒。當(dāng)然本次設(shè)計(jì)更得到了李任江老師的悉心指導(dǎo)，還有其他老師同學(xué)的幫助，才的以順利完成設(shè)計(jì)，在此對(duì)大家表示感謝！由于材料拉力試驗(yàn)機(jī)應(yīng)用比較廣泛，所以應(yīng)該大量比較和分析現(xiàn)有產(chǎn)品，綜合后，決定設(shè)計(jì)和改造方案。目前應(yīng)用得試驗(yàn)機(jī)工作力在100KN以下的多采用機(jī)械傳動(dòng)。100KN以上的多采用液壓式傳動(dòng)?，F(xiàn)在本校試驗(yàn)室有兩臺(tái)液壓式萬能試驗(yàn)機(jī)。由于老式液壓材料拉力試驗(yàn)機(jī)的功能和原理都差不多，所以將本校試驗(yàn)室的材料試驗(yàn)機(jī)作為改造和參考的對(duì)象。原機(jī)在拉伸（壓縮）材料后能自動(dòng)畫出金屬試驗(yàn)數(shù)據(jù)圖。1.1拉伸試驗(yàn)機(jī)的應(yīng)用在各種材料的產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)、生產(chǎn)過程質(zhì)量控制、材料科學(xué)研究及教學(xué)試驗(yàn)中，都必須應(yīng)用試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試。拉伸試驗(yàn)機(jī)在我國的鋼鐵、建材、冶金、化工等行業(yè)被廣泛應(yīng)用。目前，估計(jì)國內(nèi)已擁有數(shù)萬臺(tái)國產(chǎn)及進(jìn)口的各類試驗(yàn)機(jī)，大多數(shù)為手工控制、操作，主要用于原材料檢驗(yàn)、質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)、質(zhì)量控制及教學(xué)，擔(dān)負(fù)著材料或產(chǎn)品的常規(guī)力學(xué)性能測(cè)試。所以，研制一臺(tái)適用于設(shè)計(jì)要求，改造后的機(jī)床能自動(dòng)輸出相應(yīng)數(shù)據(jù)。同時(shí)也為材料用戶的數(shù)據(jù)共享提供一種經(jīng)濟(jì)、快捷的途徑和手段，顯得很必要，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。1.2拉伸試驗(yàn)機(jī)采集系統(tǒng)的特點(diǎn)與要求對(duì)于本次拉伸試驗(yàn)機(jī)的設(shè)計(jì)，必須配置電測(cè)傳感器，通常有3種：用于測(cè)定力值的壓力傳感器或測(cè)力傳感器；用于測(cè)定式樣變形的變形傳感器；用于測(cè)定機(jī)器橫梁移動(dòng)量的位移傳感器。本文采集的主要是拉力數(shù)據(jù)的采集；因此，只使用了拉力傳感器。測(cè)試過程中，操作人員可以一邊觀察側(cè)一邊用拉力傳感器反映的力值進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理測(cè)試結(jié)果。通過此次系統(tǒng)改造后的試驗(yàn)機(jī)，相對(duì)來說，測(cè)量精度明顯提高，并能自動(dòng)記錄被測(cè)試材料的最大拉力、鋼材的屈服點(diǎn)參數(shù)等。要求如下：數(shù)字顯示試驗(yàn)里及峰值等，示值精度為并能方便驗(yàn)定；實(shí)時(shí)記錄曲線；具有抗拉強(qiáng)度的峰值自動(dòng)保存功能；具有屈服強(qiáng)度等參數(shù)自動(dòng)判斷功能；系統(tǒng)適合于長期連續(xù)運(yùn)行；測(cè)試數(shù)據(jù)及相關(guān)數(shù)據(jù)機(jī)內(nèi)掉電保存，以備查用；可單獨(dú)使用，也可與上位聯(lián)機(jī)使用。第二章機(jī)械總體設(shè)計(jì)2.1.方案選擇方案的選擇是為了更好的對(duì)拉伸實(shí)驗(yàn)機(jī)系統(tǒng)改造和設(shè)計(jì)，方案的選擇將直接影響到設(shè)計(jì)的好壞。對(duì)此，我提出三種方案進(jìn)行對(duì)比，以致于選出最好的方案，達(dá)到最佳的設(shè)計(jì)結(jié)果。2.1.1方案列舉：方案一：采用齒輪絲杠傳動(dòng)，電機(jī)安裝在底座箱體外面。光電譯碼器圖2.1方案二：采用單絲杠傳動(dòng)，用電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)。應(yīng)變片圖2.2方案三：采用同步齒形帶傳動(dòng)，動(dòng)力源為直流伺服電機(jī)，由于它的低速性不好，所以要加減速裝置。光電譯碼器拉力傳感器圖各方案總體分析方案一：優(yōu)點(diǎn)是兩絲杠旋向相反，可消除扭轉(zhuǎn)力的副作用，但左旋絲杠的加工困難造價(jià)較高。又由于減速部分采用多級(jí)齒輪傳動(dòng)，使得成本增加。為了安裝方便放在下邊的旋轉(zhuǎn)編碼器應(yīng)改在上邊，除絲杠外又增加了兩個(gè)光杠，使得成本增加，所以不合理。方案二：由于電機(jī)只帶動(dòng)一個(gè)絲杠，橫梁還需嚴(yán)另一個(gè)光杠上下移動(dòng)。這樣增加了扭轉(zhuǎn)力矩，相應(yīng)就要增加電機(jī)的功率。造成浪費(fèi)，而且應(yīng)變片貼在試樣上，操作不方便且試樣斷裂后對(duì)應(yīng)變片可能有損傷，所以不合理。方案三：為了降低成本，克服液壓系統(tǒng)的缺點(diǎn)，更為了提高系統(tǒng)的操作自動(dòng)化程度，將系統(tǒng)定為電氣控制，且是機(jī)械傳動(dòng)。此方案克服前兩個(gè)方案的缺點(diǎn)，且結(jié)構(gòu)簡單，成本低，所以較合理。工作過程及機(jī)械原理如下：由電機(jī)帶動(dòng)一級(jí)減速器，再經(jīng)過一級(jí)傳動(dòng)帶帶動(dòng)兩根絲杠。此處選擇減速器是為了減少設(shè)計(jì)量。用帶傳動(dòng)是為了降低成本。保證兩根絲杠同步，傳送帶選用齒形帶。絲杠帶動(dòng)螺母，落幕固定在橫梁上，從而使橫梁一起運(yùn)動(dòng)。橫梁又帶動(dòng)夾頭。由于上下夾頭間夾著材料試棒，所以一起運(yùn)動(dòng)而上夾頭與工件下部不動(dòng)，因此試棒就被拉斷。在絲杠的頂端裝有光電偏碼器，通過測(cè)量絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)計(jì)算出工件的伸長量，從而使系統(tǒng)達(dá)到半閉環(huán)控制，上夾頭端部裝有拉力傳感器，可直接測(cè)量作用在工件上的力。2.