1、 本科 毕业 设计 (论文 ) （二零 届） 20 吨压力机峰值测试器的设计 所在学院 专业班级 电气工程及其自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 I 摘 要 近年来，由于我国国民经济的飞速发展，各行各业对压力机的需求越来越多，国内国际市场竞争非常激烈。世界许多压力机生产厂家都把 精力集中在开发高速度、高精度的压力机上，研究的方向不但在机身上，而且已转移到整个压力机装配上。在研究的手段上不但是计算机仿真，而且应用了许多有效的实验模拟装置。我国压力机的分析水平还不高，长期以来还停留在材料力学的方法上。对压力机的峰值测量还没多大进展。随着电子技术、计算机技术与机床技术的结合，强
2、烈要求能够准确的测量压力机的峰值。压力计量在工业生产和科研活动中的地位更是举足轻重。尤其是生产企业，压力计量成为保证产品的量和生产安全的决定性因素。 因此，压力仪表、压力变送器在企业生产中的各个环节得到了广泛的应用 ，而这些压力计量器具是否准确就成为使用者十分关注的问题。由于压力机的峰值的测量非常重要，尤其对于工业应用而言，因此设计压力机峰值测试器成为了新的课题。基于单片机技术的压力机峰值测试器以其使用方便，测量精确而得以推广。压力机测试器是由硬件电路和软件电路组成，压力机峰值测试器应用压力机模型、 AD 转换电路、单片机技术处理并输出显示结果。本论文利用 555 定时器和运放器构成压力机模型
3、， AD0808 获得信息数据，再经过单片机处理并显示。根据压力机峰值测试器电路构成，设计出了压力机峰值测试器的硬件电路及Proteus 软件 编程，应用单片机技术处理电路简单，成本低，应用面广，但是由于模拟信号其测量结果和实际的存在一定的误差。 关键词：压力机，峰值测量， 555 定时器， AD 转换电路，单片机 II Design of 20-ton press peak tester Abstract In recent years, due to the rapid development of Chinas national economy, the needs of various
4、 industries on the press become more and more, domestic and international market is very competitive. Many press manufacturers of world focus on developing high-speed, high-precision presses, not only in the direction of the body, and have been transferred to the press assembly. In the study not onl
5、y the means of computer simulation, and the experimental application of a number of effective simulator. Analysis of level of press was not high, also had a long stay in the methods of mechanics of materials. The measure of the presss peak has not been made much progress. As the combination of elect
6、ronic technology, computer technology and machine tool technology, strongly demanding to accurately measure the peak of press. Pressure measurement in industrial production and the status of research activities is very important, especially the manufacturers, the pressure measurement becomes the dec
7、isive factors of ensuring the amount of products and the safety of production. Therefore, the pressure gauge, pressure transmitter in all aspects of production have been widely used, and accuracy of these pressure measuring instruments has became great concern to the user. Since the measurement of t
8、he peak press is very important, especially for industrial applications, so the design of press peak tester become a new topic. The tester of press peak based on technology of single chip uses easily, and accurate measurement has been spread. Tester of press is composed of hardware and software circ
9、uits, the tester of press peak apply the model of press , AD converter, SCM technology to process and output. This thesis utilizes 555 timer device and op amp constitutes the presss model, AD0808 obtain information and data, then through the SCM to process and display. According to the circuit struc
10、ture of press peak tester, designing a hardware circuit and Proteus software programming of press peak tester. The application of SCM technology makes the processing circuit simple, low cost and wide range of applications, but the metrical results of analog signal have a difference from the actual o
11、nes. Keywords: Press, peak measurement, 555 timer, AD conversion circuit, SCM III 目录 摘 要 . I 1 绪论 . 1 1.1 课题的来源 . 1 1.2 课题的意义 . 1 1.3 压力机和压力传感器国内外发展状况 . 2 1.3.1 多连杆压力机的广泛应用 . 2 1.3.2 多工位压力机及其应用 . 3 1.3.3 数控压力机的发展 . 3 1.3.4 压力传感器的分类 . 4 1.3.5 传统压力传感器的局限性 . 4 1.3.6 国外压力传感器技术的现状 . 4 1.3.7 我国压力传感器技术现状 .
12、 5 1.3.8 压力传感器的发展趋势 . 5 1.4 课题研究的主要内容 . 6 1.4.1 硬件电 路的设计内容 . 6 1.4.2 软件程序的设计内容 . 6 2 硬件电路设计 . 7 2.1 压力机模型的电路设计 . 7 2.1.1 555 定时器的简介 . 7 2.2 采集电路 . 9 2.2.1 ADC0808/0809 转换器的简介 . 9 2.3 处理、显示电路 . 13 2.3.1 AT89C51 单片机简介 . 13 2.3.2 外部振荡电路 . 16 2.3.3 复位电路 . 17 2.3.4 显示电路 . 17 3 Proteus 软件介绍与程序设计 . 19 3.1
13、Proteus 软件仿真 . 19 3.2 程序设计 . 22 3.2.1 数据采集程序 . 22 3.2.2 处理程序 . 22 3.2.3 显示模块程序 . 24 结论与展望 . 28 IV 参考文献 . 29 致谢 . 30 20 吨压力机峰值测试器的设计 1 1 绪论 1.1 课题的来源 压力机是一种应用广泛的锻压设备。锻压机械是指在锻压加工中用于成形和分离的机械设备。锻压机械包括成形用的锻锤、机械压力机、液压机、螺旋压力机和平锻机，以及开卷机、矫正机、剪切机、锻造操作机等辅助机械。锻压设备广泛应用于汽车、航空、电子、家电等工业领域，其中，作为衡量一个国家工业水平的标志之一的汽车工业，
14、被当今世界主要工 业发达国家和新兴工业国家列为国民经济支柱产业，其发展主导了锻压技术及设备的发展，锻压技术的发展和进步基本围绕汽车工业的发展而进行。 激烈的市场竞争促使汽车更新换代的速度明显加快，产品的市场寿命周期进一步缩短；随着科学技术的发展，压力机正向大吨位、高精度和高速度发展。例如，德国穆勒万加顿公司开发的螺旋压力机最大吨位达到 25000 吨；一些冷精锻加工精度可 0.02 0.05 毫米；滑块行程较快的可达到 3000 4000 次 /分。要保证这些大吨位、高精度和高速压力机的正常工作，首先应该在设计压力机床身时必须保证有足够的 强度和刚度，同时考虑工作时的压力机的振动情况。 目前我
15、国压力机机身的设计至今大多沿用经验、类比的传统设计方法，设计出的床身不仅性能差，结构笨重，速度、精度提不高，而且设计周期长，制造成本高，更新换代慢，这些问题使得国产压力机在高档次压力机领域内无法与国外压力机相抗衡。随着中国加入 WTO，中国的机床制造企业的形势将变得更加严峻，并面临更为强大的竞争对手，对压力机的峰值要求越来越高，为此，需要研发一台压力测量器来准确的测量压力机的最大压力值，并准确的把握压力曲线。现代生产机械不仅要能够高精度、高效率、大负载地运 转，而且还应具有较好的柔性，以满足市场对产品多样化的需求。 传统的具有大批量生产能力的压力机显得越来越不适应高压力峰值的需求。于是，迫使和
16、鼓励我们去开发一种新型的测量压力机峰值的设备。压力机是机械加工中的常用设备，在自动加工中，其进料往往靠很长的机构传动实现，由于磨损、间隙、惯性、装配精度、传动精度等因素造成的积累误差较大，是一种结构精巧的通用性机械，其压力峰值是重要参数之一，因此，对压力机压力峰值的测量就显得尤为重要。 1.2 课题的意义 近年来，由于我国国民经济的飞速发展，各行各业对压力机的需求越来 越20 吨压力机峰值测试器的设计 2 多，国内国际市场竞争非常激烈。世界许多压力机生产厂家都把精力集中在开发高速度、高精度的压力机上，研究的方向不但在机身上，而且已转移到整个压力机装配上，在研究的手段上不但是计算机仿真，而且应用
17、了许多有效的实验模拟装置。我国压力机的分析水平还不高，长期以来还停留在材料力学的方法上，将机身简化成杆梁结构，而且许用应力大多来自经验。对压力机的峰值测量还没多大进展。随着电子技术、计算机技术与机床技术的结合，强烈要求分析设计内容完善化、目标最优化、过程动态化、使机床加工高速化、加工过程自动化和柔性化。并且能够准确的测 量压力机的峰值。只有这样，才能提高我国机床的产品质量和国际竞争力，推动我国的民族工业生产。 目前，我国国家压力机设计指导性的教材是何德誉教授的曲柄压力机和济南铸造锻压机械研究所等单位参编的开式压力机设计。但是现代工业的发展，压力机滑块行程次数提高很快，对加工工件的质量要求很高，
18、传统 “材料力学加经验 ”的设计方法很难满足现实要求，需要在压力机的设计上提倡精确化，因此在对压力机的峰值测量方面有更高的要求。使我国的压力机设计水平提高到一个新台阶。 1.3 压力机和压力传感器国内外发展状况 1-12 1.3.1 多连杆压力机的广泛应用 就 现代机械压力机 而言 ，用多连杆机构替用一般曲柄滑块机构已成为当前压力机结构发展的方向之一。在多杆机构的机械压力机投人生产使用之前，世界上所有板料成塑、薄板拉伸行业中，用于生产的机械压力机均为四杆机构一我们称之为曲柄连杆压力机，人们在长期的使用过程中，特别是在薄板深拉伸的工艺过程浙江工业大学硕士学位论文中，发现采用曲柄连杆机构的机械压力
19、机滑块在拉仲过程中运行的速度、加速度较大。使拉伸成型中的零件易撕裂或起皱，拉伸件的合格率低，造成的废品较多。 压力机使用的模具在上、下模合模的瞬 时冲击力较大，使主机、模具的零、部件损坏，从而造成主机、模具的使用寿命降低，而且曲柄连杆压力机的负荷工作区域的行程较短，不适应深拉伸工艺负荷工作区域长的要求。这些压力机主机结构上的缺陷极大地限制了深拉伸工艺的发展，生产成本居高不下，生产效率很低。为了解决曲柄连杆机构的机械压力在结构上不适应于高速发展的汽车、轻工等工业薄板冲压成型、深拉伸等工艺工作的需要，人们不断地改造压力机使用的模具结构，使之能够克服压力机的缺陷 ； 研制新型材质的钢板，提高钢板的拉
20、伸性能使之适应拉伸工艺的特殊要求 ： 利用液压机代替曲柄连杆式的机 械压力机来完成拉伸工艺工作。但这些努力均不能使人们得到完全满意的结果。而机械压力机制造厂的工程技术人员们也在不断的研究、探讨，从改变20 吨压力机峰值测试器的设计 3 主传动的结构形式上来改善机械压力机的工作性能，研制出各种各样的、适应于各种板料冲压、成型、拉伸等工艺工作需要的机械压力机，包括多杆压力机的开发、研制。 最早的多连杆机械压力机出现在五十年代的德国，他们生产厂我们称之为六杆 肘杆机构的机械压力机，在一次冲压工作行程中完成载重汽车大梁的落料、弯曲成型、冲孔等工序的闭式单动双点六杆 3000 吨机械压力机。到了现在，世
21、界上生产出六杆、八杆 、十杆等不同杆系，不同吨位，专用于薄板成型、拉伸工艺的多杆单、双动，单、双、四点机械压力机。 1.3.2 多工位压力机及其应用 多工位压力机是一种高效先进的冲压设备，落料、冲孔、冲槽、拉延、成形以及许多其他加工均可在一台多工位压力机上完成。与由多台压力机组成的生产线相比，多工位压力机能够提高生产率和产品质量，减少占地面积并降低成本。多工位模与级进模相似，它们之间的主要区别是工件在工位之间的传送方式上。在级进模中，工件与送进带料始终相连，到最后一个工序才与带料分离 ;在多工位模上，工件与带料从第一工序起就分离开 ，工件是由机械手 (夹钳 )从一个工位移送到另一个工位。与多台
22、单机工作方式相比，多工位压力机可以省去辅助操作及工序间的检查、搬运、堆放。多工位压力机集传统的压力机制造技术、模具加工技术、数控技术及计算机浙江工业大学硕士学位论文。通讯技术为一体，代表了金属拉延件的最高加工水平。 目前，多工位压力机的制造和使用主要是在一些工业发达国家。在我国，由于人员素质和模具制造水平较低，对多工位压力机投资的认识也不够，大大限制了多工位压力机的发展和使用。随着我国综合工业技术水平的进步以及市场竞争的日趋激烈，许多厂家开始 认识到，使用多工位压力机生产冲压件，将在产品的产量、质量及成本方面占据优势，从而提高企业的竞争能力。因此，多工位压力机的需求量将会随着经济的发展日益增加
23、。 1.3.3 数控压力机的发展 数控压力机是现代数控技术与传统压力机相结合的产物 ： 它是集计算机技术、微电子技术、自动控制与检测技术等多种现代技术于一体，并与传统的机械压力加工技术深度结合的机电一休让产品 ； 它是利用数字控制技术实现板料压力加工过程自动操作的压力机。目前国外使用数控压力机进行板料加工生产己相当普遍，数控压力机的应用在发达国家已进入普及和成熟的阶 段。 据统计，美国在 1978 年至 1983 年间共生产出数控压力机约六万台，相当于美国全部压力机总数的 20%左右。以欧洲四国为基础的统计数字表明 ， 在 1983年至 1990 年间数控压力机的销售量增加了 40 倍。在我国
24、数控压力机正处在方20 吨压力机峰值测试器的设计 4 兴未艾的发展时期，国内对高功能、低价格的经济型数控压力机有着广泛的需求。我国发展经济型数控压力机的途径一方面是改进已有的产品，一方面是利用新条件开发价廉物美的新产品，其关键在于根据各种实际需要开发相应的压力机数控系统。另外，对通用压力机进行数控技术改造，也是我国经济型数控压力机发展的有效 途径。 1.3.4 压力传感器的分类 对压力传感器进行分类，首先应该遵循一定的分类标准。我们通常按工作原理来分类，可以分为：压阻式压力传感器、电容式压力传感器、电感式压力传感器、压电式压力传感器、智能式压力传感器等。当然，我们也可以采用所使用的材料对压力传
25、感器进行分类：金属压力传感器、半导体压力传感器、金属 -氧化物压力传感器、光学压力传感器等，还有其他一些分法，这里就不一一介绍了。压阻式压力传感器是应用最广泛的压力传感器之一。压阻式压力传感器是利用硅的压阻效应 7和微电子技术制成的，它具有灵敏度高、动态响应 好、准确度高、易于微型化和集成化等特点，是获得广泛应用，而且是发展迅速的一种新的物性型传感器。早期的压阻传感器是利用半导体应变片制成的粘贴型压阻传感器。 70 年代以后，研制出周边固支的力敏电阻与硅膜片一体化的扩散型压阻传感器。它易于批量生产，能够方便地实现微型化、继承化和智能化。因而，它成为受到人们普遍重视并重点开发的具有代表性的新型传
26、感器。 1.3.5 传统压力传感器的局限性 传统的传感器技术为了提高其性能，在制作材料方面必须满足多品种、高性能的要求，这就使得其成本居高不下，而且对制作过程要求非常严格。传统压 力传感器的性能价格比不可能再有大的提高，并且在以下几方面存在严重不足： 因结构尺寸大，而时间（频率）响应特性差； 输入 -输出特性存在非线性，且随时间而漂移； 参数易受环境条件变化的影响而漂移； 信噪比低，易受噪声干扰； 存在交叉灵敏度，选择性、分辨率不高。 以上不足是传统压力传感器性能不稳定、可靠性差、精确度低的主要原因，也是传统压力传感器必被取代的 原因。 1.3.6 国外压力传感器技术的现状 传感器技术是现代测
27、量和自动化技术的重要技术之一。从宇宙探索到海洋开发，从生产过程的控制到现代文明生活，几乎每一项现代科学技术都离不开20 吨压力机峰值测试器的设计 5 传感器。在工业、农业、国防、科技等各个领域，传感器技术都得到了广泛的应用，并展现出极其广阔的前景。因此，许多国家对传感器技术的发展十分重视。例如在日本传感器技术被列为六大核心技术（计算机、通信、激光、半导体、超导和传感器）之一，并且是将传感器列为十大技术之首；美国将 90 年代看作是传感器时代，将传感器技术列为 90 年代 22 项关键技术之一。 我国对传感器的研究也有二十多年的历史并取得了很大的成就。目前 ， 在 “ 科学技术就是第一生产力 ”
28、 的思想指引下 ， 各项科学技术取得了突飞猛进的发展 ， 传感器技术也越来越受到各方面的重视 ,虽然在某些方面已赶上或者接近世界先进水平。但是从总体来看，与国外传感器技术的发展相比 ， 我国对传感器技术的研究和生产还比较落后 ， 现正处于方兴未艾的阶段。据了解 ， 1994 年世界传感器市场总的交易额高达 260 亿美元 ， 并且在 2000 年以的前 ， 世界传感器市场规模年增幅为 7%以上 ， 其中高档的传感器增幅可达 18%以上 ， 而那些采用微机械加工技术和微系统 技术等高新技术制造的各类型新型智能传感器 ， 其年增长率可达 30%以上。从市场销售情况来看 ， 压力传感器占第一位。利用
29、硅材料制作的半导体传感器除具有固体传感器的一般优点以外 ， 还可以把一些集成电路与传感器制作在一起从而构成集成化传感器。集成电路部分若制作了微处理机 ，则形成智能化传感器。到目前为止 ,高精确度、高可靠性、小型化、低成本的智能传感器已成为世界传感器市场的主流。 1.3.7 我国压力传感器技术现状 进入 90 年代 ,发达国家对传感器在信息社会中的作用有了新的认识和评价，我国的八六三科技攻关计划中也将传感器的研究放 在重要位置上。尽管我国经济还比较落后 ， 但国家每年还要拿出大量的资金来对传感器进行研究。目前我国从事传感器生产的厂家有 1300 家，所生产的产品种类有 300 余种，产量 1 亿
30、多只。由于众多厂家规模小、设备落后、国家投入的资金不足而且比较分散，因而与世界上大的传感器厂无法抗衡，科研水平也落后国外 5 10 年，而生产技术水平落后国外 10 20 年，与世界上传感器更新换代的速度相比，落后几个周期。从而导致品种不全，产量过低，仅满足国内需求的 20% 30%。据市场调查， 90 年代我国电子系统共需各类传感器 140 万件，化工 80 万件 ，钢铁 130万件，能源管理与炉窑控制需要 4000 万件，汽车行业需要 4400 万件，机床行业需 1500 万件，文化办公机械需 200 万件，各类仪器仪表所配用的传感器约需3 亿件。虽说我国传感器技术与发达国家传感器技术相比还比较落后，但并不是说我国的传感器特性都不如国外的好。 1.3.8 压力传感器的发展趋势 目前智能压力传感器发展主要归为以下五个方面 ：
