自动盖章机的设计与制作-毕业论文.doc
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自动盖章机的设计与制作-毕业论文.doc
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2016年度本科生毕业论文(设计)
自动盖章机的设计与制作
院-系:
工学院 机械系
专业:
机械工程及自动化
年级:
2012级
学生姓名:
学号:
导师及职称:
2016年4月
2016AnnualGraduationThesis(Project)oftheCollegeUndergraduate
Designandmanufactureofautomaticstampingmachine
Department:
MechanicalEngineeringDepartment,
CollegeofEngineering
Major:
MechanicalEngineeringandAutomation
Grade:
2012
Student’sName:
StudentNo:
Tutor:
Professor
FinishedbyApril,2016毕业论文(设计)原创性声明
本人所呈交的毕业论文(设计)是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
据我所知,除文中已经注明引用的内容外,本论文(设计)不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。
对本论文(设计)的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中作了明确说明并表示谢意。
作者签名:
日期:
上传电子文档作者和指导教师处不用签名、日期不填。
毕业论文(设计)授权使用说明
本论文(设计)作者完全了解红河学院有关保留、使用毕业论文(设计)的规定,学校有权保留论文(设计)并向相关部门送交论文(设计)的电子版和纸质版。
有权将论文(设计)用于非赢利目的的少量复制并允许论文(设计)进入学校图书馆被查阅。
学校可以公布论文(设计)的全部或部分内容。
保密的论文(设计)在解密后适用本规定。
作者签名上传电子文档作者和指导教师处不用签名、日期不填。
:
指导教师签名:
日期:
日期:
杨榆毕业论文(设计)答辩委员会(答辩小组)成员名单
姓名表中各项信息按此模板填写全。
职称
单位
备注
王鸿钧
教授
红河学院工学院机械系
组长
张文斌
教授
红河学院工学院机械系
成员
苏艳萍
副教授
红河学院工学院机械系
成员
俞利宾
工程师
红河学院工学院机械系
成员
红河学院本科毕业论文(设计)
摘要按此模板书写。
通过观察发现,目前很多部门盖章都是靠人工,印泥盖章的机器还未出现在人们的盖章生活中。
经过了解,对于小的部门盖章的次数少,盖的数量也不是很多,所以盖章累没有体会。
但是对于盖章多的部门如学校、政府机关等每年都要盖成百上千的章,靠人工来盖印是一件很辛苦的事情,而且长时间的盖章印使人劳累,导致有搓章的现象。
为了解决这一问题,结合单片机、机械原理、机械设计等知识设计出了能代替人工的自动盖章的机器。
本装置由12V电源驱动,组成包括单片机、A4988驱动板、步进电机、光轴、铝齿轮、轴承支座、传送带、Ramps1.4、2020型方铝轨道、滑块、角铝、光轴固件、印章夹具等。
通过对单片机编写Arduino言驱动程序,控制步进电机正反转,调节步进电机的转速,与电机相连的铝齿轮传动给同步带带,带动与之相连的滑块,使印章上下移动,与由步进电机带动的印泥配合,从而实现自动盖章的功能。
该设计在使用之前,在控制板内写好参数,根据需要,可以调节电机的速度,在盖章的初期使用者在体力充沛的情况下,可以根据适合的自己的速度来设定参数。
在印泥不是太充分的情况下,可以调节印章的下降距离,来间接的加大对文件的压力,从而盖出清晰的印章。
在底板上有一个适合的空间,使用者可以灵活自由的来调节放置文件的位置。
开启机器,只用调好要盖章印的位置,使用者只需放拿文件,盖章机就可以盖出清晰的章印。
文章介绍了国内外发展状况、选题的意义、基本的设计思路。
提出设计的基本要求选定动力原件对机械各项装置进行外观设计。
本文还对控制系统进行简单介绍,对机器控制部分的程序编写、调试,对部分重要的程序进行了注释、说明,电路部分的线路设计,线的尺寸的选择、实物的展示。
且对本次毕业设计的创新点进行了简要说明。
关键词:
按此模板书写
自动化;编程;步进电机;Arduino单片;同步带送带
ABSTRACT
Throughtheobservationfoundthatatpresentmanydepartmentssealisbyartificial,inkpadsealmachinehasnotyetappearedinthepeopleoftheseallife.Afterunderstanding,thenumberforasmalldepartmentseal,coverthenumberisnotalot,sotiredofnostamp.Butforsealmanydepartmentssuchasschools,governmentoffices,etc.everyyeartocoverhundredsofchapters,relyonartificialtosealisaveryhardthing,andforalongtimestampedprintedfatiguing,resultinginChapterrubphenomenon.Inordertosolvethisproblem,combinedwithSCM,mechanicalprinciple,mechanicaldesignknowledgeisdesignedtoreplacethemanualautomaticsealingmachine.Thedevicebythe12Vpowersupplydriven,iscomposedofMCU,thea4988driveplate,astepintothemotor,axis,aluminumgear,bearing,conveyorbelt,Ramps1.4,2020typealuminumrail,aslideblock,aaluminumangle,opticfirmware,theclampsealetc..ThroughoftheMCUwritingArduinosaiddriver,controlofsteppermotorofpositiverotation,reverserotation,adjustingthestepmotorspeed,isconnectedwiththemotorofthealuminumgeartransmissiontosynchronousbelt,drivenbyconnectedwiththeslider,movetheseal,andwithinkpadisdrivenbyastepmotor,soastorealizetheautomaticsealingfunction.Thedesignbeforeuse,inthecontrolboardwrittenparameters,accordingtoneedcanadjustthemotorspeedinsealedearlyadoptersinstaminacanaccordingtoasuitableownspeedtosetparameters.Ininkpadisnottoofull,youcanadjustthesealdropdistancetoindirectlyincreasethepressureonthefile,soastobuildaclearseal.Thereisasuitablespaceonthefloor,theusercanfreelyadjustthelocationofthefileplacement.Openthemachine,onlyagoodtunetostampprintingposition,theuseronlyneedstoputandgetthefilestampmachinecancoveraclearstamp.
Thispaperintroducesthedevelopmentofdomesticandinternationalsituation,thesignificanceofthetopic,thebasicdesignideas.Thedesignofthebasicrequirementsoftheoriginaldesignofthemechanicalcomponentsofthemechanicaldesignofthedevice.Theofthecontrolsystemwereintroduced,tomachinecontrolpartoftheprogramwritinganddebugging,theimportantpartsoftheprogramofannotation,explanation,partofthecircuitofthecircuitdesign,theselectionofthesizeoftheline,thekindofshow.Andabriefdescriptionoftheinnovationofthisgraduationproject.
Keywords:
按此模板书写
Automation;programming;steppingmotor;Arduinosinglechip;synchronousbeltconveyor
目录
1绪论 1
1.1选题目的及意义 1
1.2国内外的发展现状 1
1.3设计思路 2
1.3.1系统功能描述 2
1.3.2系统组成 3
1.3.3整体结构方案 3
1.4本设计的主要内容 4
2系统结构设计 6
2.1设计要求 6
2.2盖章机升降台的设计 6
2.2.1印章升降台的设计方法 6
2.2.2印章升降台各部件的具体外观尺寸设计 7
2.3升降台左右移动工作平面的设计 10
2.3.1升降台左右移动工作平面的设计方法 10
2.3.2升降台左右移动工作平面部件的具体外观尺寸设计 10
2.4印泥左右移动工作平面的设计 13
2.4.1印尼左右移动工作平面的设计 13
2.4.2印尼左右移动工作平面部件的具体外观尺寸设计 13
2.5机架的设计 14
2.5.1机架的设计 14
2.5.2机架部件的具体外观尺寸设计 14
2.6同步带轮和同步带传动机构的设计 16
2.6.1同步轮设计 16
2.6.2同步带传动的方案 18
2.7电机的选择 19
2.7.1电机的分类 19
2.7.2直流电机与步进电机的比较 19
2.7.3装置电机的最终选定 19
2.8整机装配图 20
3控制系统 21
3.1单片机 21
3.1.1单片机简介 21
3.1.2Arduino单片机编程软件 24
3.1.3单片机烧录软件 25
3.2程序的编写 25
3.2.1软件的使用 25
3.2.2代码的书写 26
4盖章机控制代码和注释 28
5实物制作 31
6结论 33
6.1全文总结 33
6.2创新点及展望 33
参考文献 34
附录 35
致谢 36
红河学院本科毕业论文(设计)
1绪论
1.1选题目的及意义
当今所处的时代是一个科技飞速发展的时代,企业与企业之间的竞争,国家
与国家之间的竞争就是科技的竞争。
经济竞争转向为科技创新的竞争。
科技的创新程度体现着一个国家在当今社会的发展速度。
决定着整个国家的经济发展,和人民的劳动力是否得到真正意义上的解放。
总之,科技创新是经济发展的第一生产力,是解放人民体力劳动的关键所在,提高创新能力关系着国家的安定,名族的富强。
随着工业的不断发展,逐级深化,经历了1.0到3.0的转变。
从18世纪60年代至19世纪中期的机械设备制造时代,到19世纪后半期至20世纪初的电气化与自动化时代,再到20世纪70年代开始并一直延续至现在的信息化时代,人们所用的机器越来越容易操作和控制。
自动化设备已经大量进入人类的生活,但是在不为人醒目的盖章方面没有太多的自动化设备来解放劳动者的体力。
通过大学四年的学习、生活中感受到学校招就处老师们手动盖章的辛苦,每年4000-5000份的录取通知书和就业推荐表需要盖章,这给招就处的老师们带来了很大的工作量。
招就处的工作人员只能手动盖章,消耗体力工作繁琐,经常出现搓印的现象,使盖出的张印模糊,给招生工作带来了极大的麻烦。
为了解决这一问题,结合大学四年所学的机械原理、机械设计、单片机等的专业知识,经过研究,设计出一款自动盖章的机器。
该机器大大减低了盖章的劳动强度,为招就事业缩短了盖章周期,避免了搓章现象的发生。
以此同时通过该盖章机的研究和制作很好的检验了大学四年到底学到了多少知识,锻炼了动手能力。
同时希望这个机器越来越成熟,能帮到越来越多需要的人。
1.2国内外的发展现状
印章最早出现在春秋战国以前,直至今日已经有几千年的历史。
它在中国乃至世界都有不可替代的作用,从古代的玉玺,官印,到现在人们用的木印都属于印章。
盖章的技术从古至今大多是人工手动盖章,没有太多的变化。
盖章分为两类,一类是盖钢印的。
一类是盖印泥的。
在20世纪30~40年人们对钢印印章有了需求,才慢慢出现了钢印的印章机。
随着科技的进步,钢印的印章机也在不断的变化,但是工作原理基本是一样的,没有太大的变化。
到当代出现了击打打印机,由于本身属于专用的击打打印机,所以功能和使用范围都受到了一定限制,没有太大的变化。
而盖印泥章印的机器出现的很少。
目前世界上有名的盖章机有美国HEDMAN海德曼EDP-PLUSIN自动连续盖章机、德国Reiner自动盖章机等,这些都是击打式盖章机。
SEAL-A型电子自动盖章机,是印泥盖章机,是目前可以查到的销售的盖章机。
钢印盖章机的种类也不是太多。
印章在国内出现的很早,但在盖章技术方面,技术比较单一,大多是人工手动盖章。
目前市场上主要有两种形式的自动盖章机,自动钢印盖章机、击打自动盖章机。
这两种自动盖章机的优点是安全、智能化。
共同的缺点是,功能单一,效率低,灵活性不够高。
图1-1击打式图1-2升降钢印式
1.3设计思路
1.3.1系统功能描述
该机器通过载入程序到ArduinoMega2560R3与Ramps1.4叠加板,控制42步进电机的正反转,转动的先后顺序,转动的圈数,转动的快慢。
步进电机与铝齿轮相连,通过传送带把动力传到滑块,带动印章上下移动。
在配合带动印泥的电机,从而实现自动盖章的功能。
其工作的流程图如图1-3所示:
图1-3自动盖章装置系统
1.3.2系统组成
自动盖章机系统主要由动力系统、机身结构、控制系统三部分构成。
1.动力系统
动力系统由步进电机、铝齿轮、传送带和滑块。
2.机身结构
机身结构包括盖章机支架、印泥放置滑板、轴承座、滑轮、光轴、滑块、电机支座、光轴紧固件构成。
3.控制系统
控制系统包括ArduinoMega2560R3板、Ramps1.4板、控制电路、控制程序。
1.3.3整体结构方案
如图1-4所示,在工作台面上装有步进电机,步进电机的轴端装有铝齿轮,铝齿轮通过齿型传送带与光轴上的滑块相连,印章与滑块由连接筒相连。
侧面的电机和印泥基座由齿条连接。
Arduino控制板编译下载程序通电后自动控制电机的正反转和转动的先后顺序。
在Arduino控制板编译好电机X、电机Y、电机Z的运转顺序。
设置为电机X、Y同时同向同速度先转动,从而带动印章上下往复运动。
侧边的印泥与齿条连接由电机X驱动,在滑槽左右往复运动。
通过三个电机的启动停止的先后顺序的配合实现印章蘸印泥、盖章的动作,从而达到自动盖章目的。
图1-4自动盖章机系统结构
1.4本设计的主要内容
本设计主要完成适用于招生就业处盖章的自动盖章机及整机所有的零件的设计、改装和组装,同时对自动盖章机的控制系统进行程序编译和参数调试设置,最终实现自动盖章的功能。
主要的内容如下:
1.对需求者进行调研,总结。
2.拟定设计方案,并对方案进行优化改进,选定最终方案。
3.对自动盖章机的系统拟工作结构进行设计,主要是装置框架与线路布局的设计。
4.对自动自动盖章机控制部分进行编程,完成单片机与电机的组装连线。
5.对电机驱动的电流调试。
6.对组装好的自动盖章机进行总体的安装调试,确保完成盖章任务。
7.长时开机,调试,确保盖章机的稳定性。
在设计制作过程中如何通过计算选择合适的电机,如何编写Arduino语言程序实现对盖章机的自动控制,等重点问题是需要解决的。
本设计中的难点很多,具体如下:
1.设计结构紧凑,质量轻便的装置机身。
2.控制装置自动运行的Arduino语言程序的编写。
3.不同方位的电机怎样紧密的配合,是盖出的章没有搓印。
4.印章怎样由电机多次间接传动后垂直下压。
5.印泥怎样精准的左右往复移动,它传动的部件怎样选择。
3
红河学院本科毕业论文(设计)
2系统结构设计
2.1设计要求
本设计盖章装置要求体积小,外观漂亮,并且能托起质量为50g的铜印章,所以选择了垂直下压机构。
根据招就处的所需盖的纸张的大小。
暂时定位A3、A4两种纸张的长宽规格即A3:
297*420mmA4:
210*297mm,并购买实验板。
为了保证印章的垂直升降,选择配套的光轴和滑块。
为了使盖的印章章印明显,要选择弹性适中的印垫。
该设计现在用的印章形状有长方形和圆形的两种,所以在选择印章的夹具上,经过多次选择材料,夹具定为,圆形内孔,两边有紧固螺母。
该设计设计了盖章机的机械部分主要由印章升降台、升降台左右移动工作平面、印泥左右移动工作平面、机架。
2.2盖章机升降台的设计
2.2.1印章升降台的设计方法
针对学校招就处的公章的大小来设计升降台的长宽。
红河学院的校章是直径为40mm,高为60mm带柄的圆柱体。
在生活中或多或少都接触过章,大家都知道在盖章的过程中不是轻轻的压一下就能盖出清晰的章印,需要有一定的下压力,才可以盖出清晰的章印。
在设计的时候,就设计了一个升降台机构,实现印章上下运动。
手动盖章会出现搓章的现象,这一现象的出现是因为在盖章的过程中印章没有达到垂直升降的功能,在提起印章的时候手左右的摆动造成的。
在现实生活中可以实现升降的机构很多,如凸轮连杆机构、螺杆螺纹块机构等。
凸轮机构在运动时,摆动幅度较大,不利于实现印章的垂直升降,且震动较大,会影响盖出章印的质量。
螺纹螺纹块机构,进给速度受限,虽然可以达到精准进给,但是,耗时长,能量消耗多。
即使选择可以变速的电机带动,高速旋转电机容易产生热量,使电机发烫。
学校里盖录取通知书,就业协议,不只是一两份。
长时间的工作会造成电机线路烧坏,从而影响到学校的招就工作。
综合上述考虑到要准确的控制印章的升降,而且造价经济实惠。
该设计选择了同步带轮传动,光轴滑块机构。
电机给驱动力,同步带轮传动,通过电机的正转反转,控制印章的上下移动。
2.2.2印章升降台各部件的具体外观尺寸设计
在该设计中印章升降台主要由轴承支座、滑动轴承滑块、光轴、印章连接座、印章连杆组成。
(1)轴承支座具体外观尺寸设计
经过测量印章的直径为4cm,为了使印章有一个合适的升降平面,把尺寸拟定为,8cm*6cm的平面。
平面是由4根光轴撑起的俯视截面。
所以选择孔心间距为6cm的轴承支座来固定。
轴承支座分别安装在光轴的两端,起到固定两光轴间距的作用,在设计中用到4个轴承支座。
由此得出轴承支座的形状与具体尺寸如图2-1所示:
(a)模型图
(b)设计尺寸示意图
图2-1轴承支座示意图
(2)滑动轴承滑块具体外观尺寸设计
该滑块是由两个滑动轴承筒通过金属板连接成的,摩擦是不可避免的,在设计时,为了尽可能的减低摩擦,选择了滚动摩擦。
为了方便安装同步带,在该设计上,设计了三个不同规格的方孔,小的方孔是用于与同步带固定,大的孔是便于调节同步带(同步带会在后文做详细介绍)。
两轴承筒内安装的是滚子轴承,这样的设计不仅可以减小摩擦,而且可以保证印章达到垂直升降,在设计中用到2个滑块。
由此得出滑动轴承滑块的形状与具体尺寸如图2-2所示:
(a)模型图
(b)设计尺寸示意图
图2-2轴承支座示意图
(3)光轴具体外观尺寸设计
在该设计中,考虑到盖章机的外形尺寸协调,美观,印章跟底板的距离拟定为35cm,为了保证印章的活动灵活,把光轴的距离定为50cm,该设计中用到4根光轴。
由此得出光轴的形状与具体尺寸如图2-3所示:
(a)模型图
(b)设计尺寸示意图
图2-3光轴示意图
(4)印章连接座具体外观尺寸设计
印章连接支座是用在把两个滑块连接起来,衔接印章连杆的机构。
印章的直径为4cm,因此选择连接座的连接柱直径为3cm。
3cm直径的圆柱,两机构的接触面积,这样增加了连接杆的稳定性。
连接座上还有连接的螺孔,用膨胀螺丝来连接连接杆。
由印章的直径把印章连接座的长和宽定为20*60cm。
为了加工方便选择了易加工的铝合金。
由此得出印章连接座的形状与具体尺寸如图2-4所示:
(a)模型图
(b)设计尺寸示意图
图2-4印章连接支座示意图
(5)印章连杆具体外观尺寸设计
为了在使用盖章机时,方便使用者手的活动,把底板与滑槽之间的距离定为20cm。
印章在盖印时必须与底板接触,所以把印章连杆的
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