医用瓶盖冲塞机的机械设计及控制研究

摘要

随着人们的生活水平不断提高，对医药用品质量和用量的要求也在不断增长。这势必对相应医药包装机械的性能提出了更高要求。作为包装机械的一大门类产品，我国的医药包装设备较之世界先进水平还是有不小的差距，集中体现在自动化程度低、加工速度慢、可靠性差、设备柔性和灵活性不够等方面。虽然目前国内仍在大量制造这类机械产品，但是多为低水平重复建设，成品设备大都结构简单，技术落后。基于此，本文以自主研发一种高自动化高速度医用瓶盖冲塞机为目的，主要针对机械部件结构和控制电路两个方面进行研究。 首先，介绍了国内外包装机械的发展现状，并着重在技术特点上进行对比。然后提出了本课题的研究内容，并简要的说明了该项目的一些技术参数要求。 其次，从控制任务要求角度出发，对该医用瓶盖冲塞机的机械部件进行了深入的研究分析，主要包括理盖机构、送纸机构、送盖机构、冲裁机构和压入机构这五大部分。通过比较提出了机械设计图和参数，并针对冲裁、送纸等关键部件，进行简单的力学运动学分析和机械校核等。通过双排式送盖设计，该冲塞机较之同类产品，其加工速度能提高大约一倍。 接着，对控制部件进行研究，提出控制方案。该设备控制器件众多，除了步进电机和电磁阀，还集成了报警和计数等功能。对各控制器件原理和性能进行详细分析之后，重点设计了系统弱电控制电路。而只有在控制上满足了时序要求，各机械结构才能避免碰撞和冲突。 然后，针对设计的控制方案，设计了控制系统的芯片I/O扩展电路和软件程序。详细介绍了基于AT89C51微处理器的硬件系统和软件设计流程。 最后，结合实验对瓶盖冲塞机控制系统的硬件电路和软件程序进行了调试分析。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1引言

1.2课题研究的目的和意义

1.3国外包装机械发展概况

1.3国内包装机械及医药包装设备研究概况

1.5论文的主要研究内容

1.6本章小结

第二章瓶盖冲塞机机械结构研究

2.1引言

2.2机械系统概述

2.3理盖机构

2.3.1振动上料器基本原理

2.3.2定向方法

2.4瓶盖传送机构

2.4.1送盖方案的比较和确定

2.4.2送纸与送盖相互配合的方案比较和确定

2.4.3送盖机构的力学估算及控制电机选择

2.5垫片材料传送机构

2.5.1传送机构设计

2.5.2轴承强度校核

2.5.3控制电机选择

2.6冲裁机构

2.6.1曲柄滑块机构和偏心轮机构

2.6.2中裁机构设计

2.6.3冲裁机构运动学分析

2.6.4中裁机构驱动电机选择

2.6.5主动轴扭转强度校核

2.7压入机构

2.8本章小结

第三章控制部件及其电路研究

3.1引言

3.2瓶盖冲塞机控制任务概述

3.3步进电机原理及控制方案

3.3.1步进电机的工作原理

3.3.2步进电机动态特性

3.3.3关于步进电机的一些理论分析

3.3.4步进电机的单片机控制方式

3.3.5步进电机的失步现象

3.3.6步进电机细分控制研究

3.3.7步进电机的脉冲分配和驱动电源

3.4电磁阀及控制电路

3.4.1电磁阀和气缸选型及参数

3.4.2电磁阀控制电路

3.5系统时序及同步方案

3.5.1系统时序要求

3.5.2同步方案研究

3.6计数及显示模块

3.6.1七段发光显示器结构及工作方式

3.6.2 LED显示器与单片机接口电路

3.7报警装置及电源模块

3.7.1报警装置设计

3.7.2电源模块

3.8本章小结

第四章控制系统程序设计

4.1引言

4.2控制芯片及I/O扩展

4.2.1控制芯片选择

4.2.2可编程并行I/O扩展接口芯片8155

4.2.3 AT89C51扩展8155的接口电路

4.3控制系统I/O分配及各模块程序设计

4.3.1 5位计数LED的I/O分配及子程序框图

4.3.2 步进电机I/O分配及子程序框图

4.3.3 外部中断0以及相应程序框图

4.3.4 报警功能I/O分配及程序

4.3.5 定时器1及相应中断程序框图

4.3.6 主程序结构框图

4.4系统控制程序结构说明

4.5本章小结

第五章实验与调试

5.1引言

5.2控制系统软件调试

5.2.1 Insight(R) 80C51 ME-52A仿真器介绍

5.2.2开发环境MedWin介绍

5.2.3汇编程序的烧录

5.3控制系统硬件调试

5.3.1调试过程遇到并解决的问题

5.3.2调试小结

5.4本章小结

第六章结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

作者在攻读硕士学位期间公开发表的论文

致 谢

附录