钢印机设计(三维proe)-自动盖章机设计[含CAD图高清图纸和文档打包]
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题 目:钢印机姓 名:班级学号:指导教师:摘 要钢印机是办公设备中的一个重要组成部分,在目前实际应用中,一般都采用手动钢印机。为了提高办公自动化水平,文中给出了一种新型的基于单片机技术的智能钢印机的设计过程。它集光、机、电于一体,可实现自动盖章,工作频率可调、动态显示以及自动计数等功能,具有智能性、自动化、稳定可靠等优点,有着非常重要的应用和推广价值。关键词:PROE三维建模;自动盖章; 光机电一体化; 单片机; 电子继电器; 牵引电磁铁毕 业 论 文(设 计)用 纸AbstractStamping machine is an important part of office equipment and typically the manual steel2seal machine is in practical use . This paper introduces the design of an intelligent stamping2machine based on single2chip computer in order to improve the level of office automation. It integrates photoelectricity and machatronics , can achieve stamping automatically , has dynamic display , can count automatically and adjust frequency of work , etc. , and hasadvantages of intelligence , automation , stability and reliability and so on , so it has important merit of usage and popularity.Keywords: PROE modeling;Affixing seal automatically ; Phtoelectricity and mechatronics ; Single2chip computer ; Solid state relay ;Drag electromagnet毕 业 论 文(设 计)用 纸目 录摘 要I. 1AbstractII.1第 1 章绪论21.1概述21.2发展背景及应用2第 2 章结构及原理3 2.1工作原理.3 2.2工作不见的设计及选择 .3第 3 章控制系统8 3.1硬件结构及工作原理 .8 3.2软件设计 .11第 4 章抗干扰措施.12 4.1什么是干扰.12 4.2供电系统的抗干扰设计.12 4.3信号传输通道的抗干扰设计.13 4.4接地保护措施 .14结论.15参考文献.16致谢.17 第 17 页毕 业 论 文(设 计)用 纸第 1 章 绪论1.1 概述现代社会,随着科学技术的发展,办公自动化程度的提高,人们对办公设备的要求也越来越高。钢印机在其中有着非常重要的地位,特别是在一些证件发放部门如大专院校,工厂企业,行政机关等在一定时期内都要印制大量证件。而目前使用的钢印机均为“手动钢印机”,不但操作强度大、效率低,而且存在着钢印质量不稳定、字迹不清晰等缺陷。因此,我们研制了基于光机电一体化技术的智能型钢印机,可以实现自动盖章,工作频率和行程可调、自动计数和动态显示的功能,具有智能性、自动化、印痕清晰、稳定可靠,易于拆装和维修的特点,大大地提高了办公自动化水平。1.2 发展背景及应用目前,在世界上常使用的钢印机以印制对象区分,大致可分为两种,一种在金属设备上印制的钢印机,如:数字编号、产品标称;一种是在文件上印制的钢印机,如证件用钢印机;从用途上区分,一种为文件钢印机,一种为设备钢印机。在中国当前,设备钢印机的品种比较多,大多比较成熟。而证件专用方面的较少,近几年出现的一个牛顿苹果品牌相对性能稳定、使用较多。第 2 章 结构及原理该机主要有打印头装置、机身、支杆、摆杆、连接结以及连接栓等部件以及电气系统和控制系统组成,如图1所示:2.1 工作原理 当电磁铁4通电时,衔铁被吸引上升,拉动摆杆7右侧部分向上摆动,在支杆5(即支点)的作用下,摆杆7的另一侧向下运动,从而推动上印章11向下运动,当上下印章与纸张接触并产生5kg左右的相互作用力时,印章过程即可完成。2.2 工作部件的设计及选择2.2.1动力元件(牵引电磁铁)。 牵引电磁铁主要用于机械设备及自动化系列的各种操作机构的远距离控制,尤其用于冲床、剪板机、抛丸机。电子控制、节能、低噪音、效率高、可靠性强。与老式产品相比,操作频率提高4倍以上,重量减轻40%,吸合电流降低3倍,节能达90%以上。适用于交流电压380V50Hz的电路中,接线简单,密闭式结构,维护简便,安装方便,新时态公司的“思安”牌产品为国内同类产品中性能、质量完好的产品。结构及安装要求 1、电磁铁主要由电磁扼、衔铁、线圈和控制电器等部分组成,当线圈通电时,吸合衔铁,通过连杆带动其所控制的结构。线圈断电后,由于电磁铁本身无复位装置,衔铁靠外力(弹簧力)复位,恢复额定行程内工作,不得超范围使用。2、电磁铁应按额定吸力选用,并在额定行程内工作,不得超范围使用。3、电磁铁应垂直安装,安装面要水平稳固,安装螺钉拧紧时要均衡受力。4、电源电压为额定电压(380V)的10%浮动范围内,确保电磁铁可靠工作。5、电磁铁可用于间断长期工作制或反复短期工作制,可长期通电使用。6、安装连接衔铁的拉杆时要保证拉杆的中心线与衔铁的中心线相重合,否则可能导致衔铁摩擦被卡而引起线圈和电路烧毁。7、衔铁表面和导磁内腔无需涂抹润滑油脂,但应保持清洁,不得沾有异物和污垢,谨防水、机油、乳化液等侵蚀。8、电磁铁工作前,必须保证衔铁和拉杆的运动无机械障碍。衔铁不 在腔内不得通电,工作时,衔铁能可靠的吸合,而不停留在中间位置。9、电源及接地线必需按标记正确牢固接妥,以防震动松脱。10、为了防止发生意外,电磁铁工作时严禁操作者直接接触电磁铁。为了能使印章清晰均匀,该机采用了MQ2-5N-6121型牵引电磁铁作为动力元件,其性能参数如表1所示。可以根据纸张的厚度来调整摆杆的左侧长度,从而使其取得满意的印章效果。2.2.2 精确定位。该机在底座上安装了在X,Y轴方向上均可锁定的滑动标尺,在标尺外侧的底座上刻有精度为1mm的刻度尺,该结构在处理盖章任务时,使其能方便定位,取得很好的盖印效果。 2.2.3 行程可调。为了针对厚度不同的证件和机构便于拆装维修,该机在连接节和连接栓部分进行了精心设计,连接杆有一通孔,利用连接栓在通孔两侧的螺母进行锁定,实现行程的可调。 2.2.4 材料选用。从保证结构强度和节约成本的角度出发,该机底座1采用铸钢,支架2采用电焊钢管,其余部件均采用45号钢。2.25 连杆长度的确定设计连杆时首先要确定连杆大小头孔间的距离,即连杆长度l。它通常是用连杆比=R(曲柄半径)l(连杆长度)的说明的,值越大,连杆越短,则电磁铁总高度或总宽度越小。所以为使发动机紧凑轻巧,现代高速发动机设计中的总趋势是尽量缩短连杆长度。但是连杆缩短会引起活塞侧压力加大,可能增加零件摩擦和磨损。所以为使动力系统的结构紧凑,最合适的连杆长度应该是,在保证连杆及相关机件在运动时不与其他机件相碰的情况下的最短长度。所以连杆长度l和连杆比可参考下图可得。 选取=0.30 L=192 查设计手册表可得:R/L=0.30 此种结构简单,制造方便,材料能充分利用,在小型高速机上广泛应用。 小头结构尺寸 小头主要结构尺寸为连杆衬套内径d和小头宽度b1(通常小头和衬套制成同样的宽度)。b1取决于活塞销座间隔b和连杆小头的端面间隙1,即b1=b-1。这些尺寸在活塞组设计时已经基本确定了,这里需要校核一下小头轴承的比压,可按下式计算: q=Pzdb1 式中 Pz最高作用力,Pz=pz*4D d衬套内径 b1衬套支撑长度 所以,易求得 q= kgfcm 而q得许用值与衬套材料,润滑条件等因素有关,其一般数值如下: 青铜衬套 630 kgfcm 强化 800 kgfcm 所以 青铜衬套小头比压合格 连杆主要尺寸比例范围大致如下: d=(0.28-0.42)D &=(0.04-0.08)d b1=(0.9-1.2)d d2=(1.2-1.4)d1(d1为小头内孔直径) 初步选定d=40 &=2 b1= d2= b= d1= 连杆衬套 1衬套与小头孔的配合 衬套与小头孔为过盈配合,常用jd,je,jb3,jc3等。青铜衬套与活塞销的配合间隙大致在(0.0004-0.0015)的范围内 所以选=0.001d= 2.衬套的润滑方式 在小头上方(或两侧)开有集油孔或集油槽进行润滑。靠曲轴箱中的油雾进行润滑,润滑油的均匀分布可通过衬套上开布油槽来达到。 3衬套材料 锡青铜ZQSn5-5-5 连杆杆身连杆杆身广泛采用工字型截面。工字型截面的长轴y-y处于连杆的摆动平面内,使杆身截面对垂直于连杆摆动平面的x轴的惯性矩Jx大于位于摆动平面的y轴的惯性矩Jy,一般Jx=(2-3)Jy,这样符合杆身实际受力情况,并有利于杆身向大,小头过渡。某些连杆杆身宽度较小,而底板与筋板的过渡圆角较大,这虽然牺牲了垂直于摆动平面的刚度,但可延长锻模寿命,锻件毛坯尺寸较准确,重量较轻。批量小而尺寸大的工字型杆身也可用自由锻造再经机械加工而成。 工字型截面杆身尺寸参阅柴油机设计手册表8-1选取。多数连杆杆身仅高度H变化,而宽度B不变,统计表明,HmaxHmin=1.04-1.25. 连杆杆身的最大拉应力一般发生在杆身与大小头圆角过渡处,最大压应力发生在杆身中部。 选取范围:杆身直径 d=(0.25-0.35)D 杆身内孔直径 do=(0.2-0.5)d 所以H=33mm,B=23mm,t=5mm第 3 章 控制系统3.1 硬件结构及工作原理3.1.1工作原理 控制电路中有一联动开关,对应着不同的工作频率,操作者可根据工作需要进行选用。当有纸张放进工作台上下印章之间时,下印章12侧的发光二极管发出的光被遮挡,上印章侧11的光敏二极管即产生一个电动势,经放大器LM324放大后,向单片机AT89C2051申请中断,单片机响应中断后,P3.0产生一个高电平,经放大器7406放大后,驱动JGX1F型交流电子继电器接通,从而使得MQ2-5N-6121型电磁铁工作。其控制电路如图2所示:3.1.2 单片机 鉴于单片机I/O口线利用较少和系统控制的特点,CPU选用了ATMEL公司的AT89C2051单片机为其核心,其有20个PIN PDIP/SOIC包装,具有2K Bytes可重复规划的闪存(reprogrammable flash memory)可写入/抹除1000次以上,操作电压范围:2.76V,15个可双向和独立寻址的I/O线(缺少P0,P2和P3.6),直接LED驱动输出(沉入20mA)等特点,且具有较强的抗振动和抗干扰能力,用其Flash ROM作系统程序的存储器。3.1.3 检测电路 检测电路主要有光敏传感器、LM324放大器、反馈电阻R5等组成。系统中,光敏传感器采用国产2CU1A型光敏二极管,具有线性好、响应速度快、噪声低(对宽范围波长的光具有较高的灵敏度)、小型轻量以及耐振动与冲击等优点。其性能参数如表2所示。3.1.4 执行电路 执行电路有放大器7406、JGX1F型电子继电器、MQ2-5N-6121型电磁铁以及双向可控硅等组成。电子继电器,又名固体继电器(solid state relay)或固体功率放大器,是一种无触点型电子开关。当加上触发信号时,P3.0输出高电平1,电子继电器主回路呈导通状态,在控制回路与负载回路之间具有电隔离,无机械触点(和电磁继电器有同样的功能),并具有工作可靠、寿命长、对外界干扰小、抗干扰能力强、开关速度快及过零功能的特点。系统采用了北京科通电子继电器总厂生产的JGX1F型AC-SSR,其性能参数如表3所示。3.1.5 程序运行监控系统(WATCHDOG) 为了提高系统的抗干扰性,防止程序进入死循环,系统采用计数器构成的WATCHDOG电路。将555接成一个多谐振荡器,周期为t0,将74LS93接成16进制计数器,当数到第8个脉冲时,QD端变成高电平,单片机用P3.7输出清零脉冲,只要每次清零脉冲的时间间隔短于8个脉冲周期,计数器就永远计不到8,QD端保持低电平。当CPU受干扰而掉入死循环时,就不能送出复位脉冲了,计数器很快计数到8,QD端立即变为高电平,经过微分电路C2,R3输出一个正脉冲,使CPU复位。该电路CPU复位信号有三个:上电复位(C1,R1),人工复位(KA,R2,R1)和WATCHDOG复位(C2,R3),通过或门综合后加到RESET端。74LS93的清零信号为高电平,为防止CPU掉入死循环前将P3.7变为高电平而使WATCHDOG失效,故在P3.7和计数器的清零端之间加一个微分隔离电路。3.1.6 显示部分 系统选用4只七段共阳LED数码管,9015三极管和电阻等组成显示电路。系统检测信号经AT89C2051单片机处理后通过P1口直接驱动LED数码管,LED显示已盖章的证件数目。另外,选用一个红色发光二极管作为电源指示灯。3.2 软件设计系统软件采用汇编语言编制,包括主程序和中断巡回检测子程序、动态显示子程序。主程序的功能是完成系统自检、系统初始化。系统初始化包括硬件初始化和软件初始化,后者包括对中断的安排、系统时钟的初始化、堆栈的设置、状态变量的初始化等。3.2.1 中断巡回检测程序 其流程如图3所示:第 4 章 抗干扰措施4.1什么是干扰目前电子产品的应用非常广泛,不论是在工业、农业、国防建设,还是在日常生活、教育事业以及科学研究等领域,处处可见电子产品的身影。但在电子产品使用中,都有一个如何防止干扰的问题。而众多的干扰一直影响着电子设备的使用,如精度,比如说:现场大耗能设备多,特别是大功率感性负载的启停往往会使电网产生几百伏甚至几千伏的尖脉冲干扰;工业电网欠压或过压(涉县钢铁厂供电电压在160V310V波动),常常达到额定电压的35左右,这种恶劣的供电有时长达几分钟、几小时,甚至几天;各种信号线绑扎在一起或走同一根多芯电缆,信号会受到干扰,特别是信号线与交流动力线同走一个长的管道中干扰尤甚;多路开关或保持器性能不好,也会引起通道信号的窜扰;空间各种电磁、气象条件、雷电甚至地磁场的变化也会干扰传感器的正常工作;此外,现场温度、湿度的变化可能引起电路参数发生变化,这些原因都会影响电子产品的可靠性。传感器输出的一般都是小信号,都存在小信号放大、处理、整形以及抗干扰问题,也就是将传感器的微弱信号精确地放大到所需要的统一标准信号(如1VDC5VDC或4 mADC20mADC),并达到所需要的技术指标。而这些小信号就很容易受到干扰的影响,这就要求设备设计制作者和使用者必须注意到一般的电路图上未表示出来的某些问题,即抗干扰问题。只有搞清楚干扰源以及干扰作用方式,设计出消除干扰的电路或预防干扰的措施,才能达到电 子产品的最佳状态。4.2 供电系统的抗干扰设计 由于单片机系统工作在电磁铁的强磁场附近区域,承受强大的干扰,系统除了应用WATCHDOG监控系统外,还采用了软件抗干扰措施陷阱技术。当CPU受到干扰后,往往将一些操作数当作指令码来执行,引起程序混乱,这时首先要尽快将程序纳入正轨(执行真正的指令系列)。为了对付弹飞的程序自动形成的死循环,系统设立了软件陷阱,将其安排在程序区、表格、未使用的ROM区,未使用的中断向量区。由于软件陷阱都安排在正常程序执行不到的区域,故不会影响程序的执行效率。对传感器、仪器仪表正常工作危害最严重的是电网尖峰脉冲干扰,产生尖峰干扰的用电设备有:电焊机、大电机、可控机、继电接触器、带镇流器的充气照明灯,甚至电烙铁等。尖峰干扰可用硬件、软件结合的办法来抑制。 (1)用硬件线路抑制尖峰干扰的影响常用办法主要有三种: 在仪器交流电源输入端串入按频谱均衡的原理设计的干扰控制器,将尖峰电压集中的能量分配到不同的频段上,从而减弱其破坏性; 在仪器交流电源输入端加超级隔离变压器,利用铁磁共振原理抑制尖峰脉冲; 在仪器交流电源的输入端并联压敏电阻,利用尖峰脉冲到来时电阻值减小以降低仪器从电源分得的电压,从而削弱干扰的影响。 (2)利用软件方法抑制尖峰干扰对于周期性干扰,可以采用编程进行时间滤波,也就是用程序控制可控硅导通瞬间不采样,从而有效地消除干扰。 (3)实行电源分组供电,例如:将执行电机的驱动电源与控制电源分开,以防止设备间的干扰。(4)采用噪声滤波器也可以有效地抑制交流伺服驱动器对其它设备的干扰。该措施对以上几种干扰现象都可以有效地抑制。(5)采用隔离变压器 考虑到高频噪声通过变压器主要不是靠初、次级线圈的互感耦合,而是靠初、次级寄生电容耦合的,因此隔离变压器的初、次级之间均用屏蔽层隔离,减少其分布电容,以提高抵抗共模干扰能力。(6)采用高抗干扰性能的电源,如利用频谱均衡法设计的高抗干扰电源。这种电源抵抗随机干扰非常有效,它能把高尖峰的扰动电压脉冲转换成低电压峰值(电压峰值小于TTL电平)的电压,但干扰脉冲的能量不变,从而可以提高传感器、仪器仪表的抗干扰能力。4.3 信号传输通道的抗干扰设计(1)光电耦合隔离措施 在长距离传输过程中,采用光电耦合器,可以将控制系统与输入通道、输出通道以及伺服驱动器的输入、输出通道切断电路之间的联系。如果在电路中不采用光电隔离,外部的尖峰干扰信号会进入系统或直接进入伺服驱动装置,产生第一种干 扰现象。光电耦合的主要优点是能有效地抑制尖峰脉冲及各种噪声干扰,使信号传输过程的信噪比大大提高。干扰噪声虽然有较大的电压幅度,但是能量很小,只能形成微弱电流,而光电耦合器输入部分的发光二极管是在电流状态下工作的,一般导通电流为10mA15mA,所以即使有很大幅度的干扰,这种干扰也会由于不能提供足够的电流而被抑制掉。 (2)双绞屏蔽线长线传输 信号在传输过程中会受到电场、磁场和地阻抗等干扰因素的影响,采用接地屏蔽线可以减小电场的干扰。双绞线与同轴电缆相比,虽然频带较差,但波阻抗高,抗共模噪声能力强,能使各个小环节的电磁感应干扰相互抵消。另外,在长距离传输过程中,一般采用差分信号传输,可提高抗干扰性能。采用双绞屏蔽线长线传输可以有效地抑制前文提到的干扰现象中的(2)、(3)、(4)种干扰的产生。4.4 接地保护措施 正确的接地能够消除很多干扰,是提高测控系统抗干扰能的重要手段之一。本测控系统采用了系统接地母线,即信号回路基准导体的接地连线。系统接地指本系统内部各部分电路的信号返回线与基准电位导体(系统)之间地连接。接地的目的是为系统各部分提供稳定地基准电位。系统接地的要求是尽量减少接地回路中的公共阻抗电压以引起系统中各处的地电位不等,防止导致工作混乱。在低电平放大电路中合理“接地”是减少“地”噪声干扰的重要措施,必须予以特别注意。当使用单电源供给多只传感器、仪器仪表时,应该尽量减少接地电阻引进的干扰。若供电电源的压降必须减到最小,则电源“高”端导线也可按相似的方法接线。包括有多个电源和多个传感器、仪器仪表的系统则需要考虑得更多一些,通常不管电源是谁供给,将地线汇集到公共点,然后和系统的公共端接在一起,所有电源1的负载都回到电源1公共端,所有的电源2负载都回到电源2的公共端,最后用一条粗导线将公共端连在一起。在多电源系统中,可能需要进行判断性试验,确定地线接法,以达到最佳的解决方案。为了便于信号的传输和变换,DINIEC381标准规定了允许的电流和电压值。常用的电压信号是0V10V,电流信号是0mA20mA或4mA20mA。这些信号常用于远距离传输。电压信号在传输过程中要受到诸如传输距离等条件的限制,而电流信号在传输过程中干扰对它的影响较小,因此应尽量采用电流信号。测量回路中如果有接地,在两个接地点之间会出现电位差。这个电位差对测量结果会产生很大的影响,应尽量避免其接地。但如果必须接地,这时就必须将接地回路隔离开,以避免造成测量误差。有源数字元件在开、关时会在电源线上产生一个快速的电流变化,这个电流在导线电感上不仅会引起正的电压降,而且还会引起负的电压降。这种电压的改变被当作干扰在主线路上传输。结论智能型钢印机是各类证件发放部门必备的办公自动化设备,该机经过反复试验和实际使用,其盖章效果达到了设计和用户所预期的要求,字迹清晰、整齐,深浅均匀,符合有关部门拓印的规定。由于目前市场上还没有此类设备,估计市场需求量至少为10万台左右,故其应用有着非常广阔的前景。参考文献1 陈如全,等.实用微机与单片机控制技术M. 成都 :电子科技大学出版社,1993.2 胡汉才. 单片机原理极其接口技术M. 北京 : 清华大学出版社,1996.3 成大先.机械设计手册M . 第三版第1卷. 北京:化学工业出版社,2000.4 辛淑华,等. 现代机电工程测试技术M. 广州 :华南理工大学出版社,2001.5 proe三维建模技术相关资料; 6 陈秀宁.机械设计基础.浙江大学出版社,1993,77 机械设计,高等教育出版社,濮良贵,纪名刚主编,2006年5月第8版;8 机械设计课程设计,浙江大学出版社,陈秀宁,施高义主编,2004年12月第2版;9 机械设计手册第3卷,机械工业出版社,机械设计手册编委会编著,2004年8月第3版;10 仲梁维、张国全计算机辅助设计与制造,北京大学出版社,2006、8致谢首先,我要感谢我的论文指导老师,他专业的论文指导,渊博的只是和敬业的态度,让我在这次论文的完成过程中受益匪浅,他不厌其烦的指导并支持我,给我提出了许多宝贵的意见和修改建议,对此论文的完成由着极其重要的作用,可以说此文渗透着这位恩师的心血。再者,他像一位大哥哥一样在生活中鼓励着我们。 其次,我还要对所有参考文献的作者们表示衷心的感谢。“前人栽树,后人乘凉”,如果不能借鉴他们的优秀成果,我无法顺利完成此次的论文。
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