拉伸试验机数控改造驱动电路的设计说明书.doc

目录摘要.2第一章概述.31.1拉伸试验机的应用.31.2拉伸试验机采集系统的特点与要求.4第二章机械总体设计.52.1.方案选择.52.2结构总体设计.72.3参数的确定.82.4电机的选择.9第三章机械部分的设计计算.103.1丝杠的选择.103.2联轴器的选择机电液手册.133.3减速器的选择.163.4齿轮传动的设计.173.5同步带的设计.22第四章控制部分硬件设计.264.1主控制器的CPU的选择.264.2存储器扩展电路设计.30（2）地址锁存器74LS373.30（3）程序存储器的扩展.304.2.2MCS-51单片机应用系统中的地址译码.314.2.3I/O口扩展电路设计.31（1）8155引脚及说明.31（2）工作方式的设定.31（3）状态查询.32（4）定时功能.32（5）8155与8031的连接方法.32（6）8255A可编程外围并行接口芯片引脚.324.3驱动电路的设计.334.4传感器的选择.334.5其它辅助电路的设计.34第五章系统控制软件的设计.375.1系统软件设计包含内容.375.2软件的设计说明及程序清单：.37第六章设计总结.错误!未定义书签。参考书目.40摘要本次毕业设计的题目是拉伸试验机系统改造。主要任务是在旧的拉伸试验机的基础上进行改造，采用数字控制方式，进行拉伸试验，这样既减少了工作人员的工作量，又可以更加精确的完成试验目的。由于材料拉力试验机应用广泛，经过调查研究分析现有产品，决定设计和改造方案。在本次设计中，主要是设计拉伸试验机系统改造，在这个设计中共分两个部分设计：一部分是机械部分，另一个是控制部分。在机械设计里，主要设计夹具和丝杠以及传动部分，其主要要求是保证其精度。在控制部分的设计中，用OMRON系列PLC来控制拉伸实验机，从而控制丝杠转角及采集拉力。关键词拉伸试验机精度丝杠可编程控制器AbstractThesubjectofgraduationdesignisnumericalcontrolmaterialpullexperiment.Thatmainassignmentadoptsnumericalcontrolquomodoistoalteratedandpullexperimentinthefoundationoftraditionalpullexperiment.Itcanbereducedtheamountofworkloadofmissionaryandexperimentcalassignmentisprecisioncompleted.Duetomaterialpullexperiment.large-scaleapply,electrocircuitalysingexistingproductionbyinvestigation,Idrawoutdesignandalteratescheme.Inthedesign,thesystemofpullexperimentalteratebydesign.therearetwopartofdesign:theonepartismachinetheotherispartofdesign.Inthemachinedesign,Iofcontrol,ControlsthestretchtestingaircraftwithOMRONseriesPLC,thuscontrolguidescrewcornerandgatheringpullingforce.KeywordsmaterialpullexperimentprecisionguideProgrammablecontroller第一章概述为了使我们把学到的知识能够灵活的运用，安排了此次机械工艺课程设计。目的是通过此次设计，能够为将来的工作打下一个良好的基础，我们尽力搞好此次设计。但是，由于水平有限，缺乏实际经验，时间有限，知识掌握不够全面，因此此次设计中难免有许多不足之处，望老师见谅。当然本次设计更得到了李任江老师的悉心指导，还有其他老师同学的帮助，才的以顺利完成设计，在此对大家表示感谢！由于材料拉力试验机应用比较广泛，所以应该大量比较和分析现有产品，综合后，决定设计和改造方案。目前应用得试验机工作力在100KN以下的多采用机械传动。100KN以上的多采用液压式传动。现在本校试验室有两台液压式万能试验机。由于老式液压材料拉力试验机的功能和原理都差不多，所以将本校试验室的材料试验机作为改造和参考的对象。原机在拉伸（压缩）材料后能自动画出金属试验数据图。1.1拉伸试验机的应用在各种材料的产品质量检验、生产过程质量控制、材料科学研究及教学试验中，都必须应用试验机进行力学性能测试。拉伸试验机在我国的钢铁、建材、冶金、化工等行业被广泛应用。目前，估计国内已拥有数万台国产及进口的各类试验机，大多数为手工控制、操作，主要用于原材料检验、质量监督检验、质量控制及教学，担负着材料或产品的常规力学性能测试。所以，研制一台适用于设计要求，改造后的机床能自动输出相应数据。同时也为材料用户的数据共享提供一种经济、快捷的途径和手段，显得很必要，具有良好的经济效益和社会效益。1.2拉伸试验机采集系统的特点与要求对于本次拉伸试验机的设计，必须配置电测传感器，通常有3种：用于测定力值的压力传感器或测力传感器；用于测定式样变形的变形传感器；用于测定机器横梁移动量的位移传感器。本文采集的主要是拉力数据的采集；因此，只使用了拉力传感器。测试过程中，操作人员可以一边观察侧一边用拉力传感器反映的力值进行数据采集和处理测试结果。通过此次系统改造后的试验机，相对来说，测量精度明显提高，并能自动记录被测试材料的最大拉力、钢材的屈服点参数等。要求如下：数字显示试验里及峰值等，示值精度为并能方便验定；实时记录曲线；具有抗拉强度的峰值自动保存功能；具有屈服强度等参数自动判断功能；系统适合于长期连续运行；测试数据及相关数据机内掉电保存，以备查用；可单独使用，也可与上位联机使用。第二章机械总体设计2.1.方案选择方案的选择是为了更好的对拉伸实验机系统改造和设计，方案的选择将直接影响到设计的好坏。对此，我提出三种方案进行对比，以致于选出最好的方案，达到最佳的设计结果。2.1.1方案列举：方案一：采用齿轮丝杠传动，电机安装在底座箱体外面。光电译码器图2.1方案二：采用单丝杠传动，用电机直接驱动。应变片图2.2方案三：采用同步齿形带传动，动力源为直流伺服电机，由于它的低速性不好，所以要加减速装置。光电译码器拉力传感器图各方案总体分析方案一：优点是两丝杠旋向相反，可消除扭转力的副作用，但左旋丝杠的加工困难造价较高。又由于减速部分采用多级齿轮传动，使得成本增加。为了安装方便放在下边的旋转编码器应改在上边，除丝杠外又增加了两个光杠，使得成本增加，所以不合理。方案二：由于电机只带动一个丝杠，横梁还需严另一个光杠上下移动。这样增加了扭转力矩，相应就要增加电机的功率。造成浪费，而且应变片贴在试样上，操作不方便且试样断裂后对应变片可能有损伤，所以不合理。方案三：为了降低成本，克服液压系统的缺点，更为了提高系统的操作自动化程度，将系统定为电气控制，且是机械传动。此方案克服前两个方案的缺点，且结构简单，成本低，所以较合理。工作过程及机械原理如下：由电机带动一级减速器，再经过一级传动带带动两根丝杠。此处选择减速器是为了减少设计量。用带传动是为了降低成本。保证两根丝杠同步，传送带选用齿形带。丝杠带动螺母，落幕固定在横梁上，从而使横梁一起运动。横梁又带动夹头。由于上下夹头间夹着材料试棒，所以一起运动而上夹头与工件下部不动，因此试棒就被拉断。在丝杠的顶端装有光电偏码器，通过测量丝杠的转动计算出工件的伸长量，从而使系统达到半闭环控制，上夹头端部装有拉力传感器，可直接测量作用在工件上的力。2.