玻璃横切机设计【3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

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

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
第二章 设计方案………………………………………………………………………………2
2.1研究内容…………………………………………………………………………2
2.2实现方法……………………………………………………………………………2
2.3设计任务……………………………………………………………………………5
2.4 总体方案的确定……………………………………………………………………6
第三章 机械部分设计计算………………………………………………………7
3.1 机械传动部件的计算与选型………………………………………………………7
3.2 机械装配图的绘制………………………………………………………………16
第四章 控制系统设计、编程……………………………………………………17
4.1控制系统硬件电路设计……………………………………………………………17
4.2 人机界面的软件设计……………………………………………………………17
结束语……………………………………………………………………………………………40致谢 ……………………………………………………………………………………41
参考文献………………………………………………………………………………42
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。

第二章 设计方案
2.1、研究内容
研究方向、内容
随着单片机、PLC技术的发展，传统的控制系统逐渐被新型智能控制系统取代。鉴于PLC比单片机成本高，且输入/输出点数受到限制。本次毕业设计我主要研究单片机技术的全自动玻璃横切结构，分别对其机械结构和人机界面系统进行设计。
以下为欲设横切机的功能设定：
1）机械系统功能：
切割速度方向要求：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。
刀架运动要求；接到单片机控制信号后，落刀，由同步带带动沿横梁方向切割玻璃，抬刀，返回原落刀点。其中落刀刀口压力要控制在指定厚度的玻璃的承载范围之内。要保证其对玻璃的冲击不至于使玻璃损坏。
横梁的直线度不低于对玻璃的直线度的要求。
2）人机界面系统功能：
手动输入所要切割的玻璃的长度，切片数量，落刀位置，抬刀位置等参数，并可以通过键盘修改相关参数。键盘设置急停键，抬刀键、回车键，以便切割出现问题时手动处理。
2.2、实现方法
2.2.1机械结构方案
对综述中提到的几种横切机的结构的比较本次毕业设计我也决定采用斜置式速度控制式机械结构。机械结构简图如图6.

1 主电机    2  同步带    3  刀架    4  气动元件    5  玻璃切割刀
6 支杆      7  被切玻璃  8  工作台（玻璃输送机构）
图6  自动玻璃横切机机械结构组成
具体工作过程：
1、通电：由键盘输入所切玻璃长度、切片数量、，落刀、抬刀位置这四个参数。点击启动键，系统开始运行。
2、启动主电机；启动按下后单片机发出控制信号，启动主电机，同步带带动刀架到指定落刀位置。
3、切割：传感器检测玻璃输送情况，到达要求长度时，单片机控制落刀并切割到指定抬刀位置，抬刀。将单片机计数单元中的切片数量减一。刀架以最大回车速度运动到指定落刀点。
4、显示：将单片机计数单元中的数值传输给LCD并显示，全程显示落刀、抬刀位置、切割玻璃长度。
5、系统自动重复3、4步至实际切割片数等于设定切割片数或手动停车为止。
2.2.2控制系统方案
1）主电机控制单元
为了保证加工过程的连续性和生产效率，切刀必须连续不断地工作，同时因切割玻璃长度的不同，主电机应持续通电，且能够调速以适应不同切断长度的需要。考虑到此要求，本设计中主电机采用步进电机，并变频器进行速度控制。
2）单片机控制模块单元
处理器用单片机主要用于信号的采集，数据的处理、控制信号的输出等，它是整个控制系统的核心。
键盘完成加工参数以及干预信号的输入。
考虑到以后显示功能的扩展，本设计采用的是汉字图形点阵液晶显示模块。

图7  控制系统结构原理
2.2.3软件流程方案
根据自动横切记的自动化过程，采用模块化结构设计。设计掉电保护程序，保护工作状态信息和加工参数，以便恢复生产。本次毕业设计我只编写人机界面系统的程序，包括：LCD驱动程序、显示程序、键盘监控程序。
玻璃横切机总体工作流程图如下：

图8 玻璃横切机总体工作流程图

2.3设计任务
主要内容：
1.设计玻璃切割机的机械结构。根据玻璃切割机的工况，设计合理的机械结构，达到结构简洁、工作可靠、易维护的设计目的。
2.设计人机界面系统。包括人机界面的单片机硬件电路，设计相关软件，画出程序流程图，然后分别编写各个模块程序，包括：LCD驱动程序、、键盘监控程序、显示程序等。
主要设计技术指标：
1.使用最大原版宽度  4.5 m ；
2.对角线切割精度  ＋ 5mm ，切割直线度  0.5 ；
3.使用玻璃厚度  1.5－19 mm ;
4.最大回车速度 3m/s ，适用玻璃带速度 50m-1200m/H ;
5.安装斜置角7° ；
6.控制器带有LCD和键盘，能够显示切片数量、落刀位置、抬刀位置等参数，并可以通过键盘修改相关参数。