玻璃橫切結(jié)構(gòu)及人機界面系統(tǒng)設計

2215891151需說明書、圖紙等完整設計力口此QPAGE12PAGE11第一章概述1.1我國玻璃市場現(xiàn)狀玻璃裝飾建材產(chǎn)品在日常生活中已得到了廣泛使用。但是，就我國目前的浮法玻璃生產(chǎn)技術而言，除了合資生產(chǎn)線達到國際先進水平外，其余均屬一般水平，與國際先進水平相比存在著較大差距。國家每年需要花大量外匯從國外進口大量優(yōu)質(zhì)浮法玻璃，以滿足國內(nèi)建筑業(yè)，裝飾，裝修和玻璃深加工業(yè)對優(yōu)質(zhì)浮法玻璃的需求。1994年，全國優(yōu)質(zhì)浮法玻璃產(chǎn)量占總產(chǎn)量的5.5%，經(jīng)綜合分析預測，本世紀末我國浮法玻璃需求量為1.4億重量箱，其中，優(yōu)質(zhì)浮法玻璃需求量為：交通運輸業(yè)850-900萬重量箱，建筑業(yè)1250－1300萬重量箱，制鏡業(yè)300－350萬重量箱，市場及其他400－450萬重量箱，出口600－700萬重量箱，供給3400－3700萬重量箱。占總產(chǎn)量的24.3%－26.4%.我們應抓緊機遇，建設具有當代國際先進技術水平的浮法玻璃生產(chǎn)線，推進我國平板玻璃工業(yè)技術進步，生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)浮法玻璃，滿足日益增長的市場需求，參與國際競爭，縮小我國浮法玻璃技術與國際先進水平的差距。1.2我國浮法玻璃技術與國際先進水平的差距我國浮法玻璃技術與國際先進水平的差距表現(xiàn)在軟件上是指浮法玻璃生產(chǎn)線各部分的自動控制能力和全線自動控制程度和水平親，由于某些原因，沒有上傳完整的畢業(yè)設計（完整的應包括畢業(yè)設計說明書、相關圖紙CAD/PROE、中英文文獻及翻譯等），此文檔也稍微刪除了一部分內(nèi)容（目錄及某些關鍵內(nèi)容）如需要的朋友，請聯(lián)系我的叩扣:2215891151，數(shù)萬篇現(xiàn)成設計及另有的高端團隊絕對可滿足您的需要.。對于浮法玻璃的生產(chǎn)來說，高水平的自控可以最大限度的消除認為因素對玻璃質(zhì)量的影響，從而達到穩(wěn)定，高質(zhì)量的生產(chǎn)。國內(nèi)的浮法玻璃生產(chǎn)線一般都是以半經(jīng)驗半技術自控，自控程度和自控水平較低。1.3高精度玻璃切割的必要在加工浮法玻璃的過程中,高精度的玻璃切割作為加工的第一道工序是必不可少的。平板玻璃生產(chǎn)線是連續(xù)型生產(chǎn)線。原料在經(jīng)過了熔化、成形、退火后成為連續(xù)的帶狀玻璃帶。這條玻璃帶必須經(jīng)過在線切割才能滿足包裝與市場的需求。橫切機就是玻璃在線切割必不可少的設備之一。它的設備形式、控制原理及與生產(chǎn)的匹配性直接影響了成品玻璃板的幾何質(zhì)量。平板玻璃生產(chǎn)線的特點是連續(xù)性和大規(guī)模，但是由于缺乏行之有效的控制方法，橫切機切割質(zhì)量的檢測和調(diào)節(jié)一直是由人工來完成的。由于人工檢測調(diào)節(jié)的間歇性、經(jīng)驗性和不確定性，玻璃切割質(zhì)量的控制不能很好的針對工況的變化，同時又加重了工人的勞動強度。而橫切機的切割系統(tǒng)是一個離散、滯后、非線性不確定的系統(tǒng)。傳統(tǒng)的控制方法又很難滿足它的控制要求。采用先進的智能控制技術可以將這一問題較好的解決。1.4玻璃橫切機的分類由于目前各種工藝設備研究都相對獨立,造成了橫切機名稱與特征上的混亂與界限不明確的現(xiàn)狀。以下是從平板玻璃橫切機的工作原理和結(jié)構(gòu)形式方面對其進行的分類。玻璃帶為運動的帶狀物體,運動速度為VL。為了保證成品玻璃板為矩形,橫切機的切刀必須同時具有縱向與橫向兩個方向的運動(如圖1所示)?？v向運動使切刀與玻璃帶保持運動同步,即縱向運動速度VZ與玻璃帶運動速度VL保持一致;而橫向運動則使切刀完成切割工作,其運動速度為VH。切刀的橫向運動速度VH、刀口壓力和刀刃狀況決定了切痕的切口情況;切刀的縱向運動速度VZ與玻璃帶運動速度VL的一致性與否,則決定了切痕軌跡的幾何形狀。切刀兩個方向的運動可以分別進行控制,也可以由切刀的工作運動分解形成,即VZ和VH可由切刀的工作運動速度VQ及它與橫向運動方向的夾角Α而確定,并由此而決定了橫切機機械運動機構(gòu)的組成方式。根據(jù)橫切機上用以承載切刀工作機構(gòu)并擔負其工作運動導軌作用的橫梁與玻璃帶輸送輥道(玻璃帶運動方向)的相互位置關系,橫切機機械運動機構(gòu)的組成方式可以分為垂直式與斜置式。垂直式橫切機的切刀在工作運動過程中,其橫向運動與縱向運動分別由不同的運動執(zhí)行機構(gòu)來實現(xiàn)的。在運動控制系統(tǒng)的作用下,橫向運動速度與縱向運動速度應分別滿足玻璃切割工藝與隨玻璃帶同步運動的基本要求,從而實現(xiàn)切刀對玻璃帶的正確切割。斜置式橫切機切刀的橫向運動與縱向運動,是由沿斜置橫梁運動的切刀的工作運動分解形成的。橫向運動速度和縱向運動速度的比例關系,按照控制對象的不同,由實際工作要求決定,可以采用角度調(diào)節(jié)方式或速度控制方式實現(xiàn)。下面將分別對垂直式和斜置式橫切機的機械運動機構(gòu)的組成方式及其基本工作原理進行分析說明。1.4.1垂直式玻璃橫切機如前所述,垂直式橫切機采用雙運動執(zhí)行機構(gòu),它的機械運動機構(gòu)由橫梁、橫梁傳動機構(gòu)、橫梁導軌、切刀小車、小車傳動機構(gòu)、小車導軌等組成(如圖2所示)。橫梁導軌安裝在玻璃帶輸送輥道兩邊,與玻璃帶運動方向平行。切刀小車及其傳動機構(gòu)與導軌安裝在橫梁上,橫梁與玻璃帶輸送輥道(玻璃帶運動方向)垂直放置。橫梁在橫梁傳動機構(gòu)的帶動下做縱向往復運動,切刀小車在其傳動機構(gòu)的帶動下做橫向往復運動。垂直式橫切機的基本工作原理是:根據(jù)實際生產(chǎn)的工況與要求,運動控制系統(tǒng)與機構(gòu)分別對橫梁和切刀小車傳動機構(gòu)進行控制,使橫梁前行運動速度VZ=VL;同時,在電機轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速及負載情況允許的條件下,應盡可能提高切刀小車的工作速度VH,以減少橫切機整體的工作循環(huán)時間。垂直式橫切機的特點是控制方式簡單易行,但機械運動機構(gòu)的組成方式較為復雜,并由于橫梁的運動慣量較大,因而不適用于玻璃帶運動速度較高的生產(chǎn)場合。在實際生產(chǎn)中,垂直式橫切機在平拉或格法玻璃生產(chǎn)線上應用較多。由于垂直式橫切機的橫梁速度應與玻璃帶速度保持一致,所以垂直式橫切機又稱為垂直隨動式橫切機。1.4.2斜置式橫切機由玻璃帶在線切割時所必須具有的橫向運動和縱向運動可知,切刀的實際工作運動,應該是這兩個相互垂直方向上運動的合成。反之,若控制切刀進行該合成運動,則可以對應地分解為橫向與縱向運動。斜置式橫切機,就是通過把決定切刀小車運動方向的橫梁與玻璃帶輸送輥道(玻璃帶運動方向)傾斜放置,并對切刀小車沿橫梁的工作運動進行控制,而實現(xiàn)玻璃帶切割時所需的橫向與縱向運動。切刀小車的工作運動速度VQ與橫向運動速度VH和縱向運動速度VZ的關系,可以由式(1)和式(2)表示,其中Α為VQ與VH之間的夾角。VH=VQ·cosΑ(1)VZ=VQ·sinΑ(2)在玻璃切割過程中,為了保證切痕的平直,切刀的縱向運動必須與玻璃帶的運動保持同步,即必須保證VZ=VL。當VL為恒量或基變量時,由式(2)可知,可以通過分別控制Α和VQ來實現(xiàn)VZ與VL相等的要求。若僅變化Α,則稱為角度調(diào)節(jié)方式;若僅變化VQ,則稱為速度控制方式。此外,由于機械運動機構(gòu)實現(xiàn)困難,通常都不會采用對Α和VQ同時調(diào)控的方式。(1)角度調(diào)節(jié)式橫切機采用角度調(diào)節(jié)方式的斜置式玻璃橫切機,稱為角度調(diào)節(jié)式橫切機。它的機械運動機構(gòu)由橫梁、切刀小車、小車導軌、小車傳動機構(gòu)和角度調(diào)節(jié)裝置等所組成(如圖3所示)。在角度調(diào)節(jié)時,可令VZ=VQ·sinΑ=VL(3)則有Α=arcsinVLVQ(4)若保持VQ=常量,則角度Α與VL之間的關系可由式(4)確定。在實際生產(chǎn)中,由于產(chǎn)品規(guī)格與實際工況的改變,將會引起VL的改變。因此,需要根據(jù)實際確定的或?qū)嶋H測出的VL,由式(4)中求出對應的Α值[Α∈(0,90°)],并據(jù)此調(diào)節(jié)橫梁的實際斜置角度。根據(jù)平板玻璃生產(chǎn)線的工藝特點,玻璃帶的運動速度與所生產(chǎn)的玻璃規(guī)格有關。生產(chǎn)的玻璃越厚,則拉引速度越慢,即玻璃帶運行速度越低(VL越小);反之,生產(chǎn)的玻璃越薄,則拉引速度越快,即玻璃帶運行速度越高(VL越大)。由式(4)和式(1)中可以看出,VL越小(VZ=VL),則Α越小,而相應VH就會越大;反之,VL越大(同樣有VZ=VL),則Α越大,而相應VH就會越小。在實際切割時,當玻璃帶運動速度越快時,除了要求切刀的同步速度VZ要更快外,實際的切割周期也必須越短,即VH也必須越快。切割周期是指橫切機的切刀從初始狀態(tài)(位置)啟動直到重新回到下一個初始狀態(tài)(位置)所經(jīng)歷的全部時間。它包括工作行程時間t前、停頓等待時間t停和返回下次初始狀態(tài)(位置)時間t返(如圖4所示),并可由式(5)表示。其中停頓等待時間與返回時間往往設成定值,而工作行程時間則通常決定于切割條件與切割運動的實際調(diào)節(jié)控制方式。t=t前+t停+t返(5)在角度調(diào)節(jié)時,由VQ=常量,對于同樣尺寸規(guī)格的產(chǎn)品,無法保證VZ和VH同時提高的要求。此外,由橫切機驅(qū)動電機的機械特性可知,驅(qū)動電機在正常調(diào)速范圍內(nèi),轉(zhuǎn)速越高則它所輸出的轉(zhuǎn)矩就越小。而角度調(diào)節(jié)式橫切機在生產(chǎn)中實際切割薄玻璃時,由于同步運動的需要,VZ較高,則電機實際輸出轉(zhuǎn)矩的縱向轉(zhuǎn)矩分量較小,而相應的橫向轉(zhuǎn)矩分量則較大。同理,當需要在生產(chǎn)中切割厚玻璃時,對應驅(qū)動電機的輸出轉(zhuǎn)矩的縱向轉(zhuǎn)矩分量較大,而其橫向轉(zhuǎn)矩分量則較小。但在浮法玻璃生產(chǎn)線上,玻璃越薄,玻璃的切割阻力越小,橫切機的切刀壓力也就越小,即相應驅(qū)動電機的橫向負載越輕,所需的橫向轉(zhuǎn)矩越小;反之,玻璃越厚,玻璃的切割阻力越大,橫切機的切刀壓力也就越大,即驅(qū)動電機的橫向負載也就越重,所需的橫向轉(zhuǎn)矩越大。這恰與角度調(diào)節(jié)式橫切機的實際工作狀態(tài)相反,因而不能很好地滿足實際切割工作的需要。目前,角度調(diào)節(jié)式橫切機僅在一些應急的、非生產(chǎn)關鍵環(huán)節(jié)上有限使用,但一般都不作為生產(chǎn)線上的主用橫切機。而且,角度調(diào)節(jié)一般都是針對某種相對固定的產(chǎn)品規(guī)格及以相對穩(wěn)定工況為前提而進行的,難以根據(jù)實際的VL實現(xiàn)無級自動跟蹤式的調(diào)節(jié)。(2)速度控制式橫切機采用速度控制方式的斜置式玻璃橫切機,稱為速度控制式橫切機。它的機械運動機構(gòu)由橫梁、刀具小車、小車導軌、小車傳動機構(gòu)等組成(如圖5所示)。這是機械運動機構(gòu)組成方式最為簡單的橫切機,也是目前使用最為廣泛的。當進行速度控制時,由式(3)中可以得到VQ=VLsinΑ(6)由于Α為定值,由式(6)可知,切刀工作運動速度VQ與玻璃帶運動速度VL成正比。因此,可根據(jù)實際測出的VL,就能通過式(6)求出對應的VQ,最終根據(jù)VQ來控制驅(qū)動電機的實際運行。由于Α為定值,則由式(1)、(2)、(6)中還可以得出VH∝VQ∝VL(7)VZ∝VQ∝VL(8)由式(7)、(8)可知,當VL增大時,VQ增大,VH與VZ也都相應增大,而驅(qū)動電機所輸出的負載轉(zhuǎn)矩則相應減小。當VL減小時,VQ減小,VH與VZ也都相應減小,而驅(qū)動電機所輸出的負載轉(zhuǎn)矩則相應增大。這與玻璃實際生產(chǎn)時,玻璃帶理論運動速度隨板材厚度變化時所需的切刀橫向與縱向的運動狀態(tài)和切割工藝要求相一致,并且由于機械運動機構(gòu)組成方式簡單可靠,因此速度控制式橫切機作為生產(chǎn)線上的主用橫切機而得到了廣泛的應用。在速度控制時,由于切刀的工作運動速度VQ需根據(jù)玻璃帶實際運動速度VL而定,即VQ隨著VL的變化而變化,所以速度控制式橫切機通常又稱為隨動斜置式橫切機。目前,對切割過程中的切刀速度的控制策略有兩種:①在切刀切割的過程中,切刀的速度與玻璃帶的速度在每一時刻都保持式(6)的關系,即完全隨動的策略,切刀速度為時時變化的。以這種控制策略控制的橫切機稱為完全隨動斜置式橫切機。②當切刀停止時,控制器根據(jù)玻璃帶速度按式(6)不停的計算著切刀的速度。當切刀啟動時,切刀以最后計算的速度為切刀速度進行玻璃的切割。即不完全隨動的策略,每一次切割過程中,切刀的速度是不變的。以這種控制策略控制的橫切機稱為不完全隨動斜置式橫切機。第二章設計方案2.1、研究內(nèi)容研究方向、內(nèi)容隨著單片機、PLC技術的發(fā)展，傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)逐漸被新型智能控制系統(tǒng)取代。鑒于PLC比單片機成本高，且輸入/輸出點數(shù)受到限制。本次畢業(yè)設計我主要研究單片機技術的全自動玻璃橫切結(jié)構(gòu)，分別對其機械結(jié)構(gòu)和人機界面系統(tǒng)進行設計。以下為欲設橫切機的功能設定：1）機械系統(tǒng)功能：切割速度方向要求：玻璃帶為運動的帶狀物體,運動速度為VL。為了保證成品玻璃板為矩形,橫切機的切刀必須同時具有縱向與橫向兩個方向的運動(如圖1所示)?？v向運動使切刀與玻璃帶保持運動同步,即縱向運動速度VZ與玻璃帶運動速度VL保持一致;而橫向運動則使切刀完成切割工作,其運動速度為VH。刀架運動要求；接到單片機控制信號后，落刀，由同步帶帶動沿橫梁方向切割玻璃，抬刀，返回原落刀點。其中落刀刀口壓力要控制在指定厚度的玻璃的承載范圍之內(nèi)。要保證其對玻璃的沖擊不至于使玻璃損壞。橫梁的直線度不低于對玻璃的直線度的要求。2）人機界面系統(tǒng)功能：手動輸入所要切割的玻璃的長度，切片數(shù)量，落刀位置，抬刀位置等參數(shù)，并可以通過鍵盤修改相關參數(shù)。鍵盤設置急停鍵，抬刀鍵、回車鍵，以便切割出現(xiàn)問題時手動處理。2.2、實現(xiàn)方法2.2.1機械結(jié)構(gòu)方案對綜述中提到的幾種橫切機的結(jié)構(gòu)的比較本次畢業(yè)設計我也決定采用斜置式速度控制式機械結(jié)構(gòu)。機械結(jié)構(gòu)簡圖如圖6.1123456781主電機2同步帶3刀架4氣動元件5玻璃切割刀6支桿7被切玻璃8工作臺（玻璃輸送機構(gòu)）圖6自動玻璃橫切機機械結(jié)構(gòu)組成具體工作過程：通電：由鍵盤輸入所切玻璃長度、切片數(shù)量、，落刀、抬刀位置這四個參數(shù)。點擊啟動鍵，系統(tǒng)開始運行。啟動主電機；啟動按下后單片機發(fā)出控制信號，啟動主電機，同步帶帶動刀架到指定落刀位置。切割：傳感器檢測玻璃輸送情況，到達要求長度時，單片機控制落刀并切割到指定抬刀位置，抬刀。將單片機計數(shù)單元中的切片數(shù)量減一。刀架以最大回車速度運動到指定落刀點。顯示：將單片機計數(shù)單元中的數(shù)值傳輸給LCD并顯示，全程顯示落刀、抬刀位置、切割玻璃長度。5、系統(tǒng)自動重復3、4步至實際切割片數(shù)等于設定切割片數(shù)或手動停車為止。2.2.2控制系統(tǒng)方案1）主電機控制單元為了保證加工過程的連續(xù)性和生產(chǎn)效率，切刀必須連續(xù)不斷地工作，同時因切割玻璃長度的不同，主電機應持續(xù)通電，且能夠調(diào)速以適應不同切斷長度的需要?？紤]到此要求，本設計中主電機采用步進電機，并變頻器進行速度控制。2）單片機控制模塊單元處理器用單片機主要用于信號的采集，數(shù)據(jù)的處理、控制信號的輸出等，它是整個控制系統(tǒng)的核心。鍵盤完成加工參數(shù)以及干預信號的輸入?？紤]到以后顯示功能的擴展，本設計采用的是漢字圖形點陣液晶顯示模塊。單片機單片機步進電機驅(qū)動器步進電機傳感器鍵盤LCD圖7控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理2.2.3軟件流程方案根據(jù)自動橫切記的自動化過程，采用模塊化結(jié)構(gòu)設計。設計掉電保護程序，保護工作狀態(tài)信息和加工參數(shù)，以便恢復生產(chǎn)。本次畢業(yè)設計我只編寫人機界面系統(tǒng)的程序，包括：LCD驅(qū)動程序、顯示程序、鍵盤監(jiān)控程序。玻璃橫切機總體工作流程圖如下：開始開始系統(tǒng)初始化控制參數(shù)輸入RUN一組片數(shù)到否停止切割YN圖8玻璃橫切機總體工作流程圖2.3設計任務主要內(nèi)容：設計玻璃切割機的機械結(jié)構(gòu)。根據(jù)玻璃切割機的工況，設計合理的機械結(jié)構(gòu)，達到結(jié)構(gòu)簡潔、工作可靠、易維護的設計目的。設計人機界面系統(tǒng)。包括人機界面的單片機硬件電路，設計相關軟件，畫出程序流程圖，然后分別編寫各個模塊程序，包括：LCD驅(qū)動程序、、鍵盤監(jiān)控程序、顯示程序等。主要設計技術指標：使用最大原版寬度4.5m；對角線切割精度＋5mm，切割直線度0.5；使用玻璃厚度1.5－19mm;最大回車速度3m/s，適用玻璃帶速度50m-1200m/H;安裝斜置角7°；控制器帶有LCD和鍵盤，能夠顯示切片數(shù)量、落刀位置、抬刀位置等參數(shù)，并可以通過鍵盤修改相關參數(shù)?？傮w方案的確定2.4.1機械傳動部件的選擇同步帶傳動副的選用由于同步帶常以鋼絲繩作負載心層，由與鋼絲繩受載后變形極小，仍能保持帶長不變，故帶與帶輪間不會產(chǎn)生相對滑動，傳動比恒定。同步帶薄而輕，可用于高速場合，線速度可達40m/s,傳動比可達10，效率可達98%.伺服電動機的選用從設計任務書規(guī)定的內(nèi)容來看脈沖當量尚未達到0.001mm,定位精度未達到微米級，空載最快移動速度也只有3m/s。因此，本設計不采用高檔次的伺服電動機，如交流伺服電動機或直流伺服電動機等，可以選用性能好的一些步進電動機，以降低成本，提高性價比。任務書所給的精度對于步進電動機來說可以達到，所以選用開環(huán)控制。2.4.2控制系統(tǒng)的設計對于步進電動機的開環(huán)控制，選用MCS-51系列的8位單片機AT89C51作為控制系統(tǒng)的CPU,應該能夠滿足任務書給定的相關指標。人機界面選用4×4的薄膜式矩陣鍵盤，顯示選用RT12864M漢字圖形點陣液晶顯示模塊。第三章機械部分設計計算3.1機械傳動部件的計算與選型玻璃橫切機的傳動部分通常由刀架、同步帶、傳動軸、以及伺服電動機等部件構(gòu)成。其中，伺服電動機作為執(zhí)行元件用來驅(qū)動同步帶，同步帶帶動刀架完成切割運動。同步帶、伺服電動機等均以標準化，由專門廠家生產(chǎn)，設計時只需要根據(jù)工作在和選取即可。3.1.1.同步帶帶動部件的重量估算此處刪除XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX約5000字,需完整說明書聯(lián)系Q2215891151。，大于快速空載起動時的負載轉(zhuǎn)矩Teq1=1.403Nm,滿足要求。最快空載移動時電動機運行頻率校核與最快空載移動速度vmax=180000mm/min對應的電動機運行頻率fmax=6000HZ.查由永磁感應式步進電動機的技術參數(shù)表（機電一體化系統(tǒng)設計課程設計指導書P65表4－5）可知該型號電動機的空載運行頻率可達15000HZ,可見沒有超出上限。啟動頻率的計算已知電動機轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量Jeq=53.664kgcm2,電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量Jm=7kgcm2,電動機轉(zhuǎn)軸不帶任何負載時的空載起動頻率fq=1500HZ，則由式＝510HZ上式說明，要想保證步進電動機起動時不失步，任何時候的起動頻率都必須小于510HZ。實際上，在采用軟件升降頻時，起動頻率選得更低，通常只有100HZ(即100脈沖/s).綜上所述，本設計中選用110BC3100步進電動機，完全滿足設計要求。3.1.5滾動軸承的選擇本設計中載荷不大，且對軸承轉(zhuǎn)速要求比較高，所以采用極限轉(zhuǎn)速比較高的球軸承。因為在本設計中，軸承在承受徑向載荷的同時還要承受一定的軸向載荷，所以選用向心推力36305極限轉(zhuǎn)速9500－14000rad/min,額定載荷1620kgN3.1.6主傳動軸的結(jié)構(gòu)設計擬定軸上零件的裝配方案:如裝配圖所示，軸套、軸承、軸承端蓋、聯(lián)軸器依次從軸的下端向上安裝，同步帶輪、軸套、軸承、軸用彈性擋圈、軸承端蓋依次從軸的上端向下安裝。軸上零件的定位:以軸肩、套筒、軸端擋圈、軸承端蓋來保證。詳見裝配圖。本軸為傳動軸，主要承受轉(zhuǎn)矩，對其進行扭轉(zhuǎn)條件計算軸的扭轉(zhuǎn)強度條件為式中τT——扭轉(zhuǎn)切應力，單位為MPaT——軸所受的扭矩，單位為NmmWT——軸的抗扭截面系數(shù)，單位為mm3;n——軸的轉(zhuǎn)速，單位為r/min；P——軸傳遞的功率，單位為Kw;d——計算截面出軸的直徑，單位為mm；τr——許用扭轉(zhuǎn)切應力，單位為MPA.計算得τT＝0.956MPa,45號鋼的τr＝25－45MPa，所以軸強度合格。3.2玻璃切割機機械裝配圖的繪制在完成同步帶、步進電動機的計算、選型后，繪制玻璃切割機機械裝配圖。在繪制裝配圖時考慮以下問題：了解玻璃切割機的詳細結(jié)構(gòu)，從有關資料里查閱機箱、橫梁、刀架等的結(jié)構(gòu)及尺寸。根據(jù)載荷特點和支撐形式，確定傳動軸兩端軸承的型號，由于本設計中傳動軸為豎置，軸承需具備同時承受軸向、徑向力的能力，所以選用了向心推力球軸承?？紤]各零部件之間的定位、聯(lián)接和調(diào)整方式。主傳動軸與電機輸出軸間采用套筒連軸器、銷聯(lián)接，采用在主傳動軸上設階梯、軸套的方法定位?？紤]密封、防護、潤滑以及安全機構(gòu)等問題。在進行各零部件設計時，注意了裝配的工藝性，考慮裝配的順序，保證安裝、調(diào)試和拆卸的方便。注意了繪制裝配圖的基本要求。裝配圖見附錄第四章控制系統(tǒng)設計、編程4.1控制系統(tǒng)硬件電路設計根據(jù)任務書的要求，設計控制系統(tǒng)的硬件主要考慮以下功能；接收鍵盤數(shù)據(jù)?？刂埔壕э@示。如圖7（控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理）所示，CPU選用ATMEL公司的AT89C51;由于AT89C51本身資源已滿足設計要求，所以不需要進行擴展。鍵盤與液晶均直接與CPU相連。具體聯(lián)接情況請參看附錄的電路原理圖。人機界面的構(gòu)成如下液晶固定顯示；玻璃長度液晶固定顯示；玻璃長度待切片數(shù)落刀位置抬刀位置矩陣鍵盤0123456789確定清屏人機界面設置了16個鍵，0－9的數(shù)字鍵，清屏鍵、確定鍵。4.2人機界面的軟件設計人機界面的監(jiān)控管理程序人機界面的監(jiān)控管理程序流程圖見圖10，如圖所示，首先進行液晶顯示功能初始化1；然后進行液晶固定顯示2（即128×64的點陣漢字顯示液晶可以顯示四行漢字每行可顯示8個字，這里固定顯示內(nèi)容如圖9所示）；然后掃描鍵盤3；判斷鍵盤是否有鍵按下4；如果沒有鍵按下則重新進行鍵盤掃描（即回到3）；否則（即有鍵按下）進行判斷鍵值5；如果為數(shù)字鍵（即鍵值<10）則進入數(shù)字鍵處理程序6a，之后從2開始重新循環(huán)。如果為功能鍵（即鍵值>10）則進如功能鍵處理程序6b，根據(jù)不同鍵值進入不同的功能鍵子程序7a-b，之后從2開始重新循環(huán).1）首先，對設計中用到的128×64ST7920液晶進行必要的說明。本實驗RT12864MST7920漢字圖形點陣液晶顯示模塊可顯示漢字及圖形，內(nèi)置8192個中文漢字(16*16點陣),128個字符(8*16點陣)及64*256點陣顯示RAM(GDRAM).由E選通，其與單片機P0口相接，用于顯示控制界面信息。采用的連接方式是直連方式，通過直接的人為控制狀態(tài)位，來實現(xiàn)LCD的顯示。其硬件連接圖見附錄。圖形液晶顯示屏的命令和詳細原理見附錄。2）以下對各個子程序進行說明：液晶驅(qū)動程序模塊1液晶顯示功能初始化子程序該子程序流程圖見圖11，第一步將現(xiàn)在的ACC值入棧保護;第二步功能設定值送入A,本設計中功能設定值送＃30H（見附錄液晶指令表即00110000，使用基本指令集動作）；第三步調(diào)用“寫命令到GLCD”子程序（見1a子程序說明）；第四步顯示模式設定值送入A，本設計中顯示模式設定值送＃04H（即00000100，顯示器控制，游標不顯示）；第五步調(diào)用“寫命令到GLCD”子程序；第六步清屏命令值送入A，即＃01H送入A；第七步調(diào)用“寫命令到GLCD”子程序；第八步模式設定值送入A，本設計中模式設定值送#0FH(即00001111，即顯示功能全開)；第九步調(diào)用“寫命令到GLCD”子程序；第十步ACC出棧；第十一步返回主程序。（1a）“寫命令到GLCD”子程序該子程序流程圖見圖12，第一步將現(xiàn)在的DPTR值入棧保護,第二步調(diào)“檢查忙碌標志BF”子程(見1b子程序說明)；第三步寫指令口地址送入DPTR(即設置指令口寫地址)；第四步DPTR地址中的數(shù)送入A(寫指令代碼)；第五步DPTR出棧；第六步返回主程序。11GLCD初始化2顯示一遍GLCD3掃描鍵盤4是否有鍵按下？5判斷鍵值6數(shù)字鍵?6a數(shù)字鍵處理程序6b功能鍵處理程序清屏鍵7b-f確認鍵7a-NYYN圖10人機界面的監(jiān)控管理程序流程圖ACC入棧ACC入棧功能設定值送入A調(diào)“寫命令到GLCD”子程顯示模式設定值送入A調(diào)“寫命令到GLCD”子程#01H送入A(清屏)調(diào)“寫命令到GLCD”子程模式設定值送入A調(diào)“寫命令到GLCD”子程ACC出棧返回圖11液晶顯示功能初始化子程流程圖DPH入棧DPH入棧DPL入棧調(diào)“檢查忙碌標志BF”子程寫指令口地址送入DPTR@DPTR送入ADPL出棧DPH出棧返回圖12“寫命令到GLCD”子程序流程圖（1b）檢查忙碌標志BF”子程序該子程序流程圖見圖13，第一步將現(xiàn)在的DPTR值入棧保護；第二步將現(xiàn)在的ACC值入棧保護;第三步讀指令口地址送入DPTR(即設置讀指令口地址)第四步DPTR地址中的數(shù)送入A(讀指令代碼)；第五步判斷ACC.7是否為0（即確認液晶內(nèi)部動作是否完成），是則繼續(xù)，否則返回到上一步重新執(zhí)行；第六步ACC出棧；第七步DPTR出棧；第八步返回主程序。2液晶固定顯示子程序該子程序流程圖見圖14，圖中ADDR1為起始的顯示位置臨時變量，N1為字數(shù)的臨時變量。設定漢字的顯示行，每行可以顯示8個漢字:，第一行開始地址為00H～07H， 第二行開始地址為10H～17H，第三行開始地址為08H～0FH，第四行開始地址為18H～1FH。第一步，＃00H送入ADDR1(即第一行顯示開始地址送入起始地址的顯示位置臨時變量)；第二步，＃04H送入N1（即數(shù)量4個送入字數(shù)臨時變量）；第三步，＃DHZTAB1送入DPTR，第一行需要顯示的漢字（玻璃長度）位置送入DPTR；第四步，調(diào)用漢字顯示子程序（見2a子程序說明）；第五步，＃10H送入ADDR1(即第二行顯示開始地址送入起始地址的顯示位置臨時變量)；第六步，＃04H送入N1（即數(shù)量4個送入字數(shù)臨時變量）；第七步，＃DHZTAB2送入DPTR，第二行需要顯示的漢字（待切片數(shù)）位置送入DPTR；第八步，調(diào)用漢字顯示子程序；第九步，＃08H送入ADDR1(即第三行顯示開始地址送入起始地址的顯示位置臨時變量)；第十步，＃04H送入N1（即數(shù)量4個送入字數(shù)臨時變量）；第十一步，＃DHZTAB3送入DPTR，第三行需要顯示的漢字（落刀位置）位置送入DPTR；第十二步，調(diào)用漢字顯示子程序；第十三步，＃18H送入ADDR1(即第四行顯示開始地址送入起始地址的顯示位置臨時變量)；第十四步，＃04H送入N1（即數(shù)量4個送入字數(shù)臨時變量）；第十五步，＃DHZTAB4送入DPTR，第四行需要顯示的漢字（抬刀位置）位置送入DPTR；第十六步，調(diào)用漢字顯示子程序；地十七步返回主程序。DPL入棧DPL入棧ACC入棧讀指令口地址送入DPTR@DPTR送入AACC.7=0？？?DPH入棧ACC出棧DPL出棧DPH出棧返回NY圖13“檢查忙碌標志BF”子程序流程圖#00H送入ADDR1#00H送入ADDR1#04H送入N1#DHZTAB1送入DPTR調(diào)用漢字顯示子程序#10H送入ADDR1#04H送入N1#DHZTAB2送入DPTR調(diào)用漢字顯示子程序#08H送入ADDR1#04H送入N1#DHZTAB3送入DPTR調(diào)用漢字顯示子程序#18H送入ADDR1#04H送入N1#DHZTAB4送入DPTR調(diào)用漢字顯示子程序返回圖14液晶固定顯示子程序流程圖DPTR入棧DPTR入棧ACC入棧ADDR1值送入ADDRN1值送入BADDR值送入A#80H和A進行與運算調(diào)寫命令子程A取反@A+DPTR送入ADPTR加1調(diào)用“寫資料到GLCD”子程A取反@A+DPTR送入ADPTR加1調(diào)用“寫資料到GLCD”子程B減1，B=0?NYACC出棧DPTR出棧返回圖15漢字顯示子程序流程圖2a漢字顯示子程序程序流程圖見圖15圖中ADDR為起始的顯示位置。第一步，將現(xiàn)在的DPTR入棧保護；第二步，將現(xiàn)在的ACC值入棧保護；第三步，將ADDR1值送入ADDR（將起始顯示位置臨時變量的值送入起始顯示位置中）；第四步，將N1值送入B(顯示字數(shù)送入B)；第五步，將ADDR值送入A;第六步，讓A值與＃80相與，值送入A(即送顯示地址，參見附錄漢字顯示坐標)；第七步，調(diào)用“寫命令到GLCD”子程(見1a子程說明)；第八步，A值取反；第九步，查找漢字的高位碼；第十步，DPTR加1；第十一步，調(diào)用“寫資料到GLCD”子程序（見2b子程序）；第十二步，A值取反；第十三步，查找漢字低位碼；第十四步，DPTR加1；第十五步，調(diào)用“寫資料到GLCD”子程序（見2b子程序）；第十六步，B值減一并判斷B是否為零，是則繼續(xù)，不是則返回第八步重新循環(huán)；第十七步，ACC出棧；第十八步，DPTR出棧；第十九步，返回主程序。2b“寫資料到GLCD”子程序程序流程圖見圖16DPH入棧DPH入棧DPL入棧調(diào)“檢查忙碌標志BF”子程寫數(shù)據(jù)口地址送入DPTR@DPTR送入ADPL出棧DPH出棧返回圖16“寫資料到GLCD”子程序流程圖第一步，將現(xiàn)在的DPTR值入棧保護,第二步，調(diào)“檢查忙碌標志BF”子程(見1b子程序說明)；第三步，寫數(shù)據(jù)口地址送入DPTR(即設置數(shù)據(jù)口寫地址)；第四步，DPTR地址中的數(shù)送入A(寫數(shù)據(jù)代碼)；第五步，DPTR出棧；第六步，返回主程序。鍵盤監(jiān)控程序模塊3鍵盤掃描子程序子程序流程圖見圖17F0清0F0清0P1口清0P1口低四位置1（鍵盤列置1）P1值送入AA=#0FH?F0清0F0置1返回NY圖17鍵盤掃描子程序流程圖鍵盤的硬件連接圖見附錄。程序第一步，F(xiàn)0用戶標志位清0；第二步，P1口清0；第三步，將＃0FH送入P1口（即把P0低四位置1，鍵盤各列置1，行為高四列，列為低四列）；第四步，將P1口值送入A(如果此時有鍵按下，則P0的低四位將不全為1，即A值將不等于＃0FH);第五步，判斷A值是否等于＃0FH，如果相等就表示沒有鍵按下，繼續(xù)執(zhí)行下一步程序，如果不相等即表示有鍵按下，轉(zhuǎn)入執(zhí)行第八步（YOUJIAN）程序；第六步，F(xiàn)0用戶標志位清0；第七步，跳至執(zhí)行第九步(DONE0)執(zhí)行程序；第八步，F(xiàn)0用戶標志位置1；第九步，返回主程序。4判斷是否有鍵按下如圖10人機界面的監(jiān)控管理程序流程圖所示，程序在這一環(huán)節(jié)，判斷F0用戶標志位是否為1，不是1則返回去再執(zhí)行鍵盤掃描子程序，等于1則繼續(xù)向下執(zhí)行判段鍵值子程序。5判斷鍵值子程序（程序流程圖如圖18所示）延時去抖動，延時去抖動，行值計數(shù)器R1清0對A口進行行掃描行掃描值左移1位讀列值被按鍵在本行？YN行值計數(shù)器加1掃描完一遍？N返回Y被按鍵在0列？被按鍵在1列？列首鍵號00H送入A列首鍵號04H送入A被按鍵在2列？列首鍵號08H送入A被按鍵在3列？列首鍵號0CH送入AYYYYNNN列首號加行值送入A查表得鍵值送入A圖18判斷鍵值子程序流程圖第一步，延時去抖動（在按下某個鍵時，被按鍵的簧片總會有輕微抖動，這種抖動常常會持續(xù)10ms左右。因此，CPU在按鍵抖動期間掃描鍵盤必然會得到錯誤的列首號和行值，最好的辦法是使CPU在檢測到有鍵值按下時延時再進行行向掃描），行值計數(shù)器R1清0,送＃04H給R3，表示還未掃描的行數(shù)；第二步，對A口進行行掃描，(即將＃0F7H送入R0;將R0值送入A，這時A中為11110111)；第三步行掃描值左移1位讀列值(即把A左移，變?yōu)?1101111，使行最低位為0；把變化了的A值還給R0以備掃描下一行用；送＃0FFH給P1，把P1所有位置1；讓P1和A與，使P1的第五位為0，若一行有鍵按下則有對應的列變?yōu)?，p1第一位變?yōu)?；延時去抖動)；第四步，判斷被按下鍵在不在本行，如果在則進入第七步列值判斷程序，如果不再則繼續(xù)執(zhí)行下一步（讓A和＃0F0H與，把行置1；判斷A是否等于＃0FFH,如果A等于FF，表示掃描行無鍵按下，若不等則有鍵按下）；第五步R1加1，即把行數(shù)加1；第六步，判斷是否掃描完一遍（R3減1，并判斷R3是否等于0，），是則跳至子程序尾的第十步返回主程序，否則返回第二步在對A口進行掃描；第七步，列值判斷程序，首先判斷被按鍵是否在0列（ACC.0是否等于0），是則將列首號00H送入A，跳至第八步，否則判斷被按鍵是否在1列（ACC.1是否等于0），是則將列首號04H送入A，跳至第八步，否則判斷被按鍵是否在2列（ACC.2是否等于0），是則將列首號08H送入A，跳至第八步，否則判斷被按鍵是否在3列（ACC.3是否等于0），是則將列首號0CH送入A；第八步，列首號加行值送入A（即R1加A）；第九步查表送鍵值給A（＃BIAO送入DPTR,在用DPTR加A求得偏移量，繼而將鍵值送給A）；第十步，返回主程序。6數(shù)字鍵?將A與10作比較，A小于10，則進入數(shù)字鍵處理程序，若A大于或等于10則進入功能鍵處理程序。6a數(shù)字鍵處理程序程序流程圖如圖19所示第一步，R5(數(shù)字鍵按下次數(shù)累加存儲單元)加1；第二步，判斷將數(shù)字顯示在第幾行，28H.0,28H.1,28H.28H.3,分別為液晶四行數(shù)字位置是否有顯示的標志位，當液晶的某一行的顯示數(shù)字已經(jīng)輸入完畢并確認后，此行對應的標志位將被置1.所以在這里判斷這四個標志位是否為1即可指導此行是否需要顯示數(shù)字。按順序進行，即判斷28H.0是否等于0，是則進入YIHANG子程；否則第三步，判斷28H.1是否等于0，是則進入ERHANG子程；否則第四步，判斷28H.2是否等于0，是則進入SANHANG子程；否則第五步，判斷28H.3是否等于0，是則進入SIHANG子程;否則表示所有數(shù)值輸入完畢，不再需要輸入，進入第六步，返回主程序。6a1YIHANG子程序程序流程圖見圖20第一步，將＃83H（第一行數(shù)字顯示的起始位置）送入30H；第二步，將現(xiàn)在的ACC值入棧保護；第三步，將30H中的值送入A；第四步，A與R5相加得值存入A(即得到現(xiàn)在輸入的數(shù)字的顯示位置)；第五步，將A值送入31H(保護已求得的顯示位置)；第六步，ACC出棧；第七步，進入數(shù)字顯示子程。（6a2至6a4程序語句與6a1相同，只是第一步送的數(shù)不同，按順序分別送#93H,#8BH,#9BH）。6a5數(shù)字顯示子程序程序流程圖見圖21第一步，將現(xiàn)在的DPTR值入棧保護；第二步將現(xiàn)在的ACC值入棧三次（以為后續(xù)程序會多次用到A值，所以要進行多次入棧）；第三步，31H值給A即送顯示位置；第四步，調(diào)“寫INCR5INCR528H.0=0?28H.1=0?28H.2=0?28H.3=0?YYYYNNNNSTARTYIHANG6a1ERHANG6a2SANHANG6a3SIHANG6a4數(shù)字顯示6a5圖19數(shù)字鍵處理程序流程圖命令到GLCD”子程序1a；第五步，ACC出棧；第六步，ACC交換高低四位元；第七步，將A值和#0FH與，保留低四位元；第八步，數(shù)字表表頭地址送入DPTR；第九步，將DPTR加A求得的數(shù)字送入A；第十步，調(diào)“寫資料到GLCD”子程序2b；第十一步，ACC出棧；第十二步，將A值和#0FH與，保留低四位元；第十三步，將DPTR加A求得的數(shù)字送入A；第十四步，調(diào)“寫資料到GLCD”子程序2b；第十五步，ACC出棧；第十六步，DPTR出棧；第十七步，返回主程序。6b功能鍵處理程序程序流程圖見圖22第一步，將功能鍵表JTAB表頭地址送到DPTR；第二步，A減＃10H，結(jié)果送入A，即在A中形成JTAB表地址偏移量；第三步，A左移一位；第四步，轉(zhuǎn)入相應的功能鍵分支程序。7a確認功能鍵分支程序程序流程圖見圖23第一步，判斷28H.0是否等于零，即判斷第一行數(shù)字顯示是否未確定，是則轉(zhuǎn)入YI；否則第二步，判斷28H.1是否等于零，即判斷第二行數(shù)字顯示是否未確定，是則轉(zhuǎn)入ER；否則第三步，判斷28H.2是否等于零，即判斷第三行數(shù)字顯示是否未確定，是則轉(zhuǎn)入SAN；否則第四步，判斷28H.3是否等于零，即判斷第四行數(shù)字顯示是否未確定，是則轉(zhuǎn)入SI；否＃83H送入30H＃83H送入30HACC入棧30H的值送入AACC與R5相加A送入31HACC出棧跳至數(shù)字顯示子程圖20YIHANG子程序流程圖則表示所有參數(shù)輸入完畢，第五步，跳轉(zhuǎn)START重新進行鍵盤掃描。如果進入分