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1、 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74LS37330（3）程序存储器的扩展304.2.2 MCS-51单片机应用系统中的地址译码314.2.3 I/O口扩展电路设计31（1）
2、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41参考书目42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
3、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AbstractThe subject of graduation design is numerical control material pull experiment. That main assignment adopts numerical con
4、trol quomodo is to alterated and pull experiment in the foundation of traditional pull experiment. It can be reduced the amount of workload of missionary and experimentcal assignment is precision completed. Due to material pull experiment. large-scale apply, electrocircuit alysing existing productio
5、n by investigation, I draw out design and alterate scheme.In the design , the system of pull experiment alterate by design. there are two part of design :the one part is machine the other is part of design .In the machine design, I main design clamp and sigang. the mostly requirement is keeping its
6、precision. the design on the part of control, Controls the stretch testing aircraft with OMRON series PLC, thus control guide screw corner and gathering pulling force. Keywords material pull experiment precision guide Programmable controller 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
7、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
8、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
9、，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
10、，以备查用；可单独使用，也可与上位联机使用。42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。 图2.1方案二：采用单丝杠传动，用电机直接驱动。 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。 图2.32.1.2 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
11、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。
12、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。2.1.3确定方案 由以上分析，可知方案三为最佳方案。2.1.4 解决问题 虽然反感确定了，但软，硬件控制尚需选定，编程，各部分的尺寸尚需确定，丝杠部件的连接方式的选择，材料，型号的选择。2.2 结构总体设计 采用同步齿形带传动，动力源为直流
13、伺服电机，要安装减速器，因为直流伺服电机的低速性不好。利用同步带传动，它兼有带传动，齿轮传动及链传动的优点。平均传动准确，精度高，且适于低速传动。 图2.42.3 参数的确定1 半闭环系统的执行元件：采用直流伺服电机。2 检测及反馈元件的选择：半闭环控制的伺服系统主要采用角位移传感器。选择圆形的角位移传感器，如光电脉冲编码器，圆感应同步器，旋转变压器，码盘等。根据需要选择光电脉冲编码器。3 机械系统与控制系统方案的确定：由执行元件通过减速器和滚动丝杠螺母机构，驱动工作台运动。4 伺服电机动力参数确定：由拉伸试验机，属于一般的直流伺服系统，故根据各种直流伺服电机的特性，选择电磁式直流电机。它具有
14、体积小、重量轻、力能指标高、产品的结构牢固。机构特性和调节特性的线性度较好的特点。故选择直流永磁电动机。5 试验机的参数：最大拉力 ，最大拉伸空间700mm，金属试样加工范围，其精度等级：1级。2.4 电机的选择 （1 ） 初选电机 拉伸工件时所需的最大功率 V = 其中 查机械原理一书知 根据机电一体化系统设计手册 初选电机90SZ52。查表1-2-33，其数据参数如下： 转矩为： 509.5（10） 转速： 1500r/min 功率为：80W 电压为：220V 外形为： 长：181 重量为：3.6kg（2）验算所选电机的转矩是否符合要求丝杠转矩T 其中 为 当量摩擦角。取tan =0.0025, 则 = 41.59 T = 0.5095N/m 所选电机合理 。第三章 机械部分的设计计算 3.1 丝杠的选择 根据机电一体化设计基础，选n
