玻璃横切结构及人机界面系统设计【7张CAD图纸和说明书】

摘要
本次毕业设计的题目是设计一种基于单片机控制的玻璃横切机。主要设计内容为：设计玻璃横切机的机械结构及人机界面系统。机械结构部分的设计确定为步进电动机带动的同步带传动系统。控制系统采用AT89C51为CPU。由矩阵键盘和RT12864M汉字图形点阵液晶显示模块组成人机界面系统。
首先，分析了玻璃横切机的市场前景及其在玻璃生产中的重要作用。然后，确定机械结构。根据现有的玻璃横切机的结构将其分类，并归纳出每一类玻璃横切机的机械机构特征、运行特征、切割原理等。本设计最终选用了其中的斜置、速度控制式的机械结构。基于这种机械结构，对步进电动机、同步带进行了选型和计算。绘制了机械结构装配图及部分零件图。
对于玻璃横切机的人机界面系统，本设计主要大致完成其程序的编写。即液晶显示四组控制参数，并可以通过键盘修改这些参数。本文中包括了各级程序流程图及其对应的说明。大致包括LCD驱动、键盘监控、液晶显示三个程序块。详见正文。

关键字 玻璃横切机; 步进电动机; 同步带; 单片机; 人机界面系统 ;液晶

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This graduation project's topic is the design of one kind of the auto glass-cutter which controls based on the Microcontroller. The main content of the design is: the machine mechanism and man-machine contact surface system of the glass-cutter’s design .The mechanism part's design I determined it as that Pulse motor gives the power and the Transmission system transfer the power to the Ambulacrum.The control system uses AT89C51 as CPU. Forms the man-machine contact surface department of the matrix keyboard and the RT12864M Chinese character graph lattice liquid crystal display module.
First, has analyzed the glass-cutter’s market prospect and its influential role in the glass production. Then, determination of the machine mechanism. According to the existing glass-cutter’s structure I staple then to same types, and then concluded the mechanism character, sport character, cutting principle of each of the types. And so on.
This design finally has selected the tilts, speed control-like mechanism. Based on this kind of mechanism, I did the choice of the Pulse motor, ambulacrum’s and the count, checkout of them. I had drawn up the drawing of mechanism assembly and some part drawings.
Regarding the glass-cutter’s man-machine contact surface system, this design mainly completes its program’s compilation. Namely the liquid crystal display shows the four groups of controlled variables, and may revise these parameters through the keyboard. This article has included all levels of program flow diagram and the corresponding explanation. Includes the LCD actuation, the keyboard monitoring, and the liquid crystal display three blocks approximately. For details sees the main text.
Key-words  glass-cutter ; Pulse motor ;ambulacrum ; Microcontroller ; man-machine contact surface system  ;  liquid crystal display module

目录

摘要（中文）…………………………………………………………………………………?
（英文）…………………………………………………………………………………П
第一章概述……………………………………………………………………………………1
1.1我国玻璃市场现状………………………………………………………………………………………1
1.2 我国浮法玻璃技术与国际先进水平的差距…………………………………………………………1
1.3 高精度玻璃切割的必要………………………………………………………………………………1
1.4 玻璃横切机的分类……………………………………………………………………………………1
第二章 设计方案……………………………………………………………………………7
2.1研究内容………………………………………………………………………………………………7
2.2实现方法…………………………………………………………………………………………………7
2.3设计任务…………………………………………………………………………………………………9
2.4 总体方案的确定………………………………………………………………………………………10
第三章 机械部分设计计算…………………………………………………………………11
3.1 机械传动部件的计算与选型…………………………………………………………………………11
3.2 机械装配图的绘制……………………………………………………………………………………17
第四章 控制系统设计、编程………………………………………………………………19
4.1控制系统硬件电路设计………………………………………………………………………………19
4.2 人机界面的软件设计…………………………………………………………………………………19
结束语………………………………………………………………………………………36
参考文献……………………………………………………………………………………37

第一章概述
1.1我国玻璃市场现状
玻璃装饰建材产品在日常生活中已得到了广泛使用。但是，就我国目前的浮法玻璃生产技术而言，除了合资生产线达到国际先进水平外，其余均属一般水平，与国际先进水平相比存在着较大差距。国家每年需要花大量外汇从国外进口大量优质浮法玻璃，以满足国内建筑业，装饰，装修和玻璃深加工业对优质浮法玻璃的需求。1994年，全国优质浮法玻璃产量占总产量的5.5%，经综合分析预测，本世纪末我国浮法玻璃需求量为1.4亿重量箱，其中，优质浮法玻璃需求量为：交通运输业850-900万重量箱，建筑业1250－1300万重量箱，制镜业300－350万重量箱，市场及其他400－450万重量箱，出口600－700万重量箱，供给3400－3700万重量箱。占总产量的24.3%－26.4%.我们应抓紧机遇，建设具有当代国际先进技术水平的浮法玻璃生产线，推进我国平板玻璃工业技术进步，生产出优质浮法玻璃，满足日益增长的市场需求，参与国际竞争，缩小我国浮法玻璃技术与国际先进水平的差距。
1.2 我国浮法玻璃技术与国际先进水平的差距
我国浮法玻璃技术与国际先进水平的差距表现在软件上是指浮法玻璃生产线各部分的自动控制能力和全线自动控制程度和水平。对于浮法玻璃的生产来说，高水平的自控可以最大限度的消除认为因素对玻璃质量的影响，从而达到稳定，高质量的生产。国内的浮法玻璃生产线一般都是以半经验半技术自控，自控程度和自控水平较低。
1.3 高精度玻璃切割的必要
在加工浮法玻璃的过程中,高精度的玻璃切割作为加工的第一道工序是必不可少的。平板玻璃生产线是连续型生产线。原料在经过了熔化、成形、退火后成为连续的带状玻璃带。这条玻璃带必须经过在线切割才能满足包装与市场的需求。横切机就是玻璃在线切割必不可少的设备之一。它的设备形式、控制原理及与生产的匹配性直接影响了成品玻璃板的几何质量。平板玻璃生产线的特点是连续性和大规模，但是由于缺乏行之有效的控制方法，横切机切割质量的检测和调节一直是由人工来完成的。由于人工检测调节的间歇性、经验性和不确定性，玻璃切割质量的控制不能很好的针对工况的变化，同时又加重了工人的劳动强度。而横切机的切割系统是一个离散、滞后、非线性不确定的系统。传统的控制方法又很难满足它的控制要求。采用先进的智能控制技术可以将这一问题较好的解决。
1.4 玻璃横切机的分类
由于目前各种工艺设备研究都相对独立, 造成了横切机名称与特征上的混乱与界限不明确的现状。以下是从平板玻璃横切机的工作原理和结构形式方面对其进行的分类。
玻璃带为运动的带状物体, 运动速度为V L。为了保证成品玻璃板为矩形, 横切机的切刀必须同时具有纵向与横向两个方向的运动 (如图1 所示)。纵向运动使切刀与玻璃带保持运动同步, 即纵向运动速度V Z 与玻璃带运动速度V L 保持一致; 而横向运动则使切刀完成切割工作, 其运动速度为V H。
切刀的横向运动速度V H、刀口压力和刀刃状况决定了切痕的切口情况; 切刀的纵向运动速度V Z与玻璃带运动速度V L 的一致性与否, 则决定了切痕轨迹的几何形状。
切刀两个方向的运动可以分别进行控制, 也可以由切刀的工作运动分解形成, 即V Z 和V H 可由切刀的工作运动速度V Q 及它与横向运动方向的夹角Α而确定, 并由此而决定了横切机机械运动机构的组成方式。
根据横切机上用以承载切刀工作机构并担负其工作运动导轨作用的横梁与玻璃带输送辊道 (玻璃带运动方向) 的相互位置关系, 横切机机械运动机构的组成方式可以分为垂直式与斜置式。                         

垂直式横切机的切刀在工作运动过程中, 其横向运动与纵向运动分别由不同的运动执行机构来实现的。在运动控制系统的作用下, 横向运动速度与纵向运动速度应分别满足玻璃切割工艺与随玻璃带同步运动的基本要求, 从而实现切刀对玻璃带的正确切割。
斜置式横切机切刀的横向运动与纵向运动, 是由沿斜置横梁运动的切刀的工作运动分解形成的。横向运动速度和纵向运动速度的比例关系, 按照控制对象的不同, 由实际工作要求决定, 可以采用角度调节方式或速度控制方式实现。下面将分别对垂直式和斜置式横切机的机械运动机构的组成方式及其基本工作原理进行分析说明。
1.4.1　垂直式玻璃横切机
如前所述, 垂直式横切机采用双运动执行机构,它的机械运动机构由横梁、横梁传动机构、横梁导轨、切刀小车、小车传动机构、小车导轨等组成(如图2 所示)。

横梁导轨安装在玻璃带输送辊道两边, 与玻璃带运动方向平行。切刀小车及其传动机构与导轨安装在横梁上, 横梁与玻璃带输送辊道 (玻璃带运动方向) 垂直放置。横梁在横梁传动机构的带动下做纵向往复运动, 切刀小车在其传动机构的带动下做横向往复运动。
垂直式横切机的基本工作原理是: 根据实际生产的工况与要求, 运动控制系统与机构分别对横梁和切刀小车传动机构进行控制, 使横梁前行运动速度V Z= V L ; 同时, 在电机转矩、转速及负载情况允许的条件下, 应尽可能提高切刀小车的工作速度V H , 以减少横切机整体的工作循环时间。
　　垂直式横切机的特点是控制方式简单易行, 但机械运动机构的组成方式较为复杂,并由于横梁的运动惯量较大, 因而不适用于玻璃带运动速度较高的生产场合。在实际生产中, 垂直式横切机在平拉或格法玻璃生产线上应用较多。
由于垂直式横切机的横梁速度应与玻璃带速度保持一致, 所以垂直式横切机又称为垂直随动式横切机。
1.4.2斜置式横切机
    由玻璃带在线切割时所必须具有的横向运动和纵向运动可知, 切刀的实际工作运动, 应该是这两个相互垂直方向上运动的合成。反之, 若控制切刀进行该合成运动, 则可以对应地分解为横向与纵向运动。斜置式横切机, 就是通过把决定切刀小车运动方向的横梁与玻璃带输送辊道 (玻璃带运动方向) 倾斜放置, 并对切刀小车沿横梁的工作运动进行控制, 而实现玻璃带切割时所需的横向与纵向运动。
    切刀小车的工作运动速度V Q 与横向运动速度V H 和纵向运动速度V Z 的关系, 可以由式 (1) 和式(2) 表示, 其中Α为V Q 与V H 之间的夹角。