自動蓋章機的設計與制作畢業(yè)論文

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1、2016 年度本科生畢業(yè)論文（設計）自動蓋章機的設計與制作院 系： 工學院機械系 專 業(yè)： 機械工程及自動化 年 級： 2012 級 學生姓名： 學 號： 導師及職稱： 2016 年 4 月2016Annual Graduation Thesis (Project) of the College Undergraduate Design and manufacture of automaticstamping machineDepartment: Mechanical Engineering Department, College of EngineeringMajor: Mechanical

2、 Engineering and AutomationGrade: 2012Students Name: Student No:Tutor: Professor Finished by April, 2016Comment vcx1: 上傳電子文檔作者和指導教師處不用簽名、日期不填。Comment vcx2: 上傳電子文檔作者和指導教師處不用簽名、日期不填。畢業(yè)論文（設計）原創(chuàng)性聲明本人所呈交的畢業(yè)論文（設計）是我在導師的指導下進行的研究工作及取得的研究成果。據(jù)我所知，除文中已經注明引用的內容外，本論文（設計）不包含其他個人已經發(fā)表或撰寫過的研究成果。對本論文（設計）的研究做出重要貢獻的個人和

3、集體，均已在文中作了明確說明并表示謝意。 作者簽名： 日期： 畢業(yè)論文（設計）授權使用說明本論文（設計）作者完全了解紅河學院有關保留、使用畢業(yè)論文（設計）的規(guī)定，學校有權保留論文（設計）并向相關部門送交論文（設計）的電子版和紙質版。有權將論文（設計）用于非贏利目的的少量復制并允許論文（設計）進入學校圖書館被查閱。學?？梢怨颊撐模ㄔO計）的全部或部分內容。保密的論文（設計）在解密后適用本規(guī)定。 作者簽名： 指導教師簽名：日期： 日期： Comment vcx3: 表中各項信息按此模板填寫全。楊榆 畢業(yè)論文（設計）答辯委員會(答辯小組)成員名單姓名職稱單位備注王鴻鈞教授紅河學院工學院機械系組長張文

4、斌教授紅河學院工學院機械系成員蘇艷萍副教授紅河學院工學院機械系成員俞利賓工程師紅河學院工學院機械系成員Comment vcx4: 按此模板書寫。Comment vcx5: 按此模板書寫摘摘 要要通過觀察發(fā)現(xiàn)，目前很多部門蓋章都是靠人工，印泥蓋章的機器還未出現(xiàn)在人們的蓋章生活中。經過了解，對于小的部門蓋章的次數(shù)少，蓋的數(shù)量也不是很多，所以蓋章累沒有體會。但是對于蓋章多的部門如學校、政府機關等每年都要蓋成百上千的章，靠人工來蓋印是一件很辛苦的事情，而且長時間的蓋章印使人勞累，導致有搓章的現(xiàn)象。為了解決這一問題，結合單片機、機械原理、機械設計等知識設計出了能代替人工的自動蓋章的機器。本裝置由 12V

5、 電源驅動，組成包括單片機、A4988 驅動板、步進電機、光軸、鋁齒輪、軸承支座、傳送帶、Ramps1.4、2020 型方鋁軌道、滑塊、角鋁、光軸固件、印章夾具等。通過對單片機編寫 Arduino 言驅動程序，控制步進電機正反轉，調節(jié)步進電機的轉速，與電機相連的鋁齒輪傳動給同步帶帶，帶動與之相連的滑塊，使印章上下移動，與由步進電機帶動的印泥配合，從而實現(xiàn)自動蓋章的功能。該設計在使用之前，在控制板內寫好參數(shù)，根據(jù)需要，可以調節(jié)電機的速度，在蓋章的初期使用者在體力充沛的情況下，可以根據(jù)適合的自己的速度來設定參數(shù)。在印泥不是太充分的情況下，可以調節(jié)印章的下降距離，來間接的加大對文件的壓力，從而蓋出清

6、晰的印章。在底板上有一個適合的空間，使用者可以靈活自由的來調節(jié)放置文件的位置。開啟機器，只用調好要蓋章印的位置，使用者只需放拿文件，蓋章機就可以蓋出清晰的章印。文章介紹了國內外發(fā)展狀況、選題的意義、基本的設計思路。提出設計的基本要求選定動力原件對機械各項裝置進行外觀設計。本文還對控制系統(tǒng)進行簡單介紹，對機器控制部分的程序編寫、調試，對部分重要的程序進行了注釋、說明，電路部分的線路設計，線的尺寸的選擇、實物的展示。且對本次畢業(yè)設計的創(chuàng)新點進行了簡要說明。關鍵詞：關鍵詞：自動化；編程；步進電機；Arduino 單片；同步帶送帶ABSTRACTThrough the observation foun

7、d that at present many departments seal is by artificial, inkpad seal machine has not yet appeared in the people of the seal life. After understanding, the number for a small department seal, cover the number is not a lot, so tired of no stamp. But for seal many departments such as schools, governme

8、nt offices, etc. every year to cover hundreds of chapters, rely on artificial to seal is a very hard thing, and for a long time stamped printed fatiguing, resulting in Chapter rub phenomenon. In order to solve this problem, combined with SCM, mechanical principle, mechanical design knowledge is desi

9、gned to replace the manual automatic sealing machine. The device by the 12V power supply driven, is composed of MCU, the a4988 drive plate, a step into the motor, axis, aluminum gear, bearing, conveyor belt, Ramps1.4, 2020 type aluminum rail, a slide block, a aluminum angle, optic firmware, the clam

10、p seal etc. Through of the MCU writing Arduino said driver, control of stepper motor of positive rotation, reverse rotation, adjusting the step motor speed, is connected with the motor of the aluminum gear transmission to synchronous belt, driven by connected with the slider, move the seal, and with

11、 inkpad is driven by a step motor, so as to realize the automatic sealing function. The design before use, in the control board written parameters, according to need can adjust the motor speed in sealed early adopters in stamina can according to a suitable own speed to set parameters. In inkpad is n

12、ot too full, you can adjust the seal drop distance to indirectly increase the pressure on the file, so as to build a clear seal. There is a suitable space on the floor, the user can freely adjust the location of the file placement. Open the machine, only a good tune to stamp printing position, the u

13、ser only needs to put and get the file stamp machine can cover a clear stamp.This paper introduces the development of domestic and international situation, the significance of the topic, the basic design ideas. The design of the basic requirements of the original design of the mechanical components

14、of the mechanical design of the device. The of the control system were introduced, to machine control Comment vcx6: 按此模板書寫part of the program writing and debugging, the important parts of the program of annotation, explanation, part of the circuit of the circuit design, the selection of the size of

15、the line, the kind of show. And a brief description of the innovation of this graduation project.Keywords: Automation; programming; stepping motor; Arduino single chip; synchronous belt conveyor目 錄1 緒論.11.1 選題目的及意義.11.2 國內外的發(fā)展現(xiàn)狀.11.3 設計思路.21.3.1 系統(tǒng)功能描述.21.3.2 系統(tǒng)組成.31.3.3 整體結構方案.31.4 本設計的主要內容.42 系統(tǒng)結構

16、設計.62.1 設計要求.62.2 蓋章機升降臺的設計.62.2.1 印章升降臺的設計方法.62.2.2 印章升降臺各部件的具體外觀尺寸設計.72.3 升降臺左右移動工作平面的設計.102.3.1 升降臺左右移動工作平面的設計方法.102.3.2 升降臺左右移動工作平面部件的具體外觀尺寸設計.102.4 印泥左右移動工作平面的設計.132.4.1 印尼左右移動工作平面的設計.132.4.2 印尼左右移動工作平面部件的具體外觀尺寸設計.132.5 機架的設計.142.5.1 機架的設計.142.5.2 機架部件的具體外觀尺寸設計.142.6 同步帶輪和同步帶傳動機構的設計.162.6.1 同步輪

17、設計.162.6.2 同步帶傳動的方案.182.7 電機的選擇.192.7.1 電機的分類.192.7.2 直流電機與步進電機的比較.192.7.3 裝置電機的最終選定.192.8 整機裝配圖.203 控制系統(tǒng).213.1 單片機.213.1.1 單片機簡介.213.1.2 Arduino 單片機編程軟件 .243.1.3 單片機燒錄軟件.253.2 程序的編寫.253.2.1 軟件的使用.253.2.2 代碼的書寫.264 蓋章機控制代碼和注釋.285 實物制作.316 結論.336.1 全文總結.336.2 創(chuàng)新點及展望.33參考文獻.34附 錄.35致 謝.361 緒論緒論1.1 選題目

18、的及意義選題目的及意義 當今所處的時代是一個科技飛速發(fā)展的時代，企業(yè)與企業(yè)之間的競爭，國家與國家之間的競爭就是科技的競爭。經濟競爭轉向為科技創(chuàng)新的競爭?？萍嫉膭?chuàng)新程度體現(xiàn)著一個國家在當今社會的發(fā)展速度。決定著整個國家的經濟發(fā)展，和人民的勞動力是否得到真正意義上的解放?？傊?，科技創(chuàng)新是經濟發(fā)展的第一生產力，是解放人民體力勞動的關鍵所在，提高創(chuàng)新能力關系著國家的安定，的富強。隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，逐級深化，經歷了 1.0 到 3.0 的轉變。從 18 世紀 60年代至 19 世紀中期的機械設備制造時代，到 19 世紀后半期至 20 世紀初的電氣化與自動化時代，再到 20 世紀 70 年代開始并一直延

19、續(xù)至現(xiàn)在的信息化時代，人們所用的機器越來越容易操作和控制。自動化設備已經大量進入人類的生活，但是在不為人醒目的蓋章方面沒有太多的自動化設備來解放勞動者的體力。通過大學四年的學習、生活中感受到學校招就處老師們手動蓋章的辛苦，每年4000-5000 份的錄取通知書和就業(yè)推薦表需要蓋章，這給招就處的老師們帶來了很大的工作量。招就處的工作人員只能手動蓋章，消耗體力工作繁瑣，經常出現(xiàn)搓印的現(xiàn)象，使蓋出的張印模糊，給招生工作帶來了極大的麻煩。為了解決這一問題，結合大學四年所學的機械原理、機械設計、單片機等的專業(yè)知識，經過研究，設計出一款自動蓋章的機器。該機器大大減低了蓋章的勞動強度，為招就事業(yè)縮短了蓋章周

20、期，避免了搓章現(xiàn)象的發(fā)生。以此同時通過該蓋章機的研究和制作很好的檢驗了大學四年到底學到了多少知識，鍛煉了動手能力。同時希望這個機器越來越成熟，能幫到越來越多需要的人。1.2 國內外的發(fā)展現(xiàn)狀國內外的發(fā)展現(xiàn)狀印章最早出現(xiàn)在春秋戰(zhàn)國以前，直至今日已經有幾千年的歷史。它在中國乃至世界都有不可替代的作用，從古代的玉璽，官印，到現(xiàn)在人們用的木印都屬于印章。蓋章的技術從古至今大多是人工手動蓋章，沒有太多的變化。蓋章分為兩類，一類是蓋鋼印的。一類是蓋印泥的。在 20 世紀 3040 年人們對鋼印印章有了需求，才慢慢出現(xiàn)了鋼印的印章機。隨著科技的進步，鋼印的印章機也在不斷的變化，但是工作原理基本是一樣的，沒有

21、太大的變化。到當代出現(xiàn)了擊打打印機，由于本身屬于專用的擊打打印機，所以功能和使用范圍都受到了一定限制，沒有太大的變化。而蓋印泥章印的機器出現(xiàn)的很少。目前世界上有名的蓋章機有美國 HEDMAN 海德曼 EDP-PLUSIN 自動連續(xù)蓋章機、德國 Reiner 自動蓋章機等，這些都是擊打式蓋章機。SEAL-A 型電子自動蓋章機，是印泥蓋章機，是目前可以查到的銷售的蓋章機。鋼印蓋章機的種類也不是太多。印章在國內出現(xiàn)的很早，但在蓋章技術方面，技術比較單一，大多是人工手動蓋章。目前市場上主要有兩種形式的自動蓋章機，自動鋼印蓋章機、擊打自動蓋章機。這兩種自動蓋章機的優(yōu)點是安全、智能化。共同的缺點是，功能單

22、一，效率低，靈活性不夠高。 圖 1-1 擊打式 圖 1-2 升降鋼印式1.3 設計思路設計思路 1.3.1 系統(tǒng)功能描述該機器通過載入程序到 Arduino Mega 2560 R3 與 Ramps 1.4 疊加板，控制42 步進電機的正反轉，轉動的先后順序，轉動的圈數(shù)，轉動的快慢。步進電機與鋁齒輪相連，通過傳送帶把動力傳到滑塊，帶動印章上下移動。在配合帶動印泥的電機，從而實現(xiàn)自動蓋章的功能。其工作的流程圖如圖 1-3 所示：圖 1-3 自動蓋章裝置系統(tǒng) 1.3.2 系統(tǒng)組成 自動蓋章機系統(tǒng)主要由動力系統(tǒng)、機身結構、控制系統(tǒng)三部分構成。 1.動力系統(tǒng)動力系統(tǒng)由步進電機、鋁齒輪、傳送帶和滑塊。

23、2.機身結構機身結構包括蓋章機支架、印泥放置滑板、軸承座、滑輪、光軸、滑塊、電機支座、光軸緊固件構成。 3.控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)包括 Arduino Mega 2560 R3 板、Ramps1.4 板、控制電路、控制程序。 1.3.3 整體結構方案 如圖 1-4 所示，在工作臺面上裝有步進電機，步進電機的軸端裝有鋁齒輪，鋁齒輪通過齒型傳送帶與光軸上的滑塊相連，印章與滑塊由連接筒相連。側面的電機和印泥基座由齒條連接。Arduino 控制板編譯下載程序通電后自動控制電機的正反轉和轉動的先后順序。在 Arduino 控制板編譯好電機 X、電機 Y、電機 Z 的運轉順序。設置為電機 X、Y 同時同向同速度

24、先轉動，從而帶動印章上下往復運動。側邊的印泥與齒條連接由電機 X 驅動，在滑槽左右往復運動。通過三個電機的啟動停止的先后順序的配合實現(xiàn)印章蘸印泥、蓋章的動作，從而達到自動蓋章目的。圖 1-4 自動蓋章機系統(tǒng)結構1.4 本設計的主要內容本設計的主要內容本設計主要完成適用于招生就業(yè)處蓋章的自動蓋章機及整機所有的零件的設計、改裝和組裝，同時對自動蓋章機的控制系統(tǒng)進行程序編譯和參數(shù)調試設置，最終實現(xiàn)自動蓋章的功能。主要的內容如下：1對需求者進行調研，總結。2擬定設計方案，并對方案進行優(yōu)化改進，選定最終方案。3對自動蓋章機的系統(tǒng)擬工作結構進行設計，主要是裝置框架與線路布局的設計。4對自動自動蓋章機控制部

25、分進行編程，完成單片機與電機的組裝連線。5對電機驅動的電流調試。6對組裝好的自動蓋章機進行總體的安裝調試，確保完成蓋章任務。7長時開機，調試，確保蓋章機的穩(wěn)定性。在設計制作過程中如何通過計算選擇合適的電機，如何編寫 Arduino 語言程序實現(xiàn)對蓋章機的自動控制，等重點問題是需要解決的。本設計中的難點很多，具體如下：1設計結構緊湊，質量輕便的裝置機身。2控制裝置自動運行的 Arduino 語言程序的編寫。3不同方位的電機怎樣緊密的配合，是蓋出的章沒有搓印。4印章怎樣由電機多次間接傳動后垂直下壓。5印泥怎樣精準的左右往復移動，它傳動的部件怎樣選擇。2 系統(tǒng)結構設計系統(tǒng)結構設計2.1 設計要求設計

26、要求本設計蓋章裝置要求體積小，外觀漂亮，并且能托起質量為 50g 的銅印章，所以選擇了垂直下壓機構。根據(jù)招就處的所需蓋的紙張的大小。暫時定位A3、A4 兩種紙張的長寬規(guī)格即 A3：297*420mm A4：210*297mm，并購買實驗板。為了保證印章的垂直升降，選擇配套的光軸和滑塊。為了使蓋的印章章印明顯，要選擇彈性適中的印墊。該設計現(xiàn)在用的印章形狀有長方形和圓形的兩種，所以在選擇印章的夾具上，經過多次選擇材料，夾具定為，圓形內孔，兩邊有緊固螺母。該設計設計了蓋章機的機械部分主要由印章升降臺、升降臺左右移動工作平面、印泥左右移動工作平面、機架。2.2 蓋章機升降臺的設計蓋章機升降臺的設計2.

27、2.1 印章升降臺的設計方法針對學校招就處的公章的大小來設計升降臺的長寬。紅河學院的校章是直徑為 40mm，高為 60mm 帶柄的圓柱體。在生活中或多或少都接觸過章，大家都知道在蓋章的過程中不是輕輕的壓一下就能蓋出清晰的章印，需要有一定的下壓力，才可以蓋出清晰的章印。在設計的時候，就設計了一個升降臺機構，實現(xiàn)印章上下運動。手動蓋章會出現(xiàn)搓章的現(xiàn)象，這一現(xiàn)象的出現(xiàn)是因為在蓋章的過程中印章沒有達到垂直升降的功能，在提起印章的時候手左右的擺動造成的。在現(xiàn)實生活中可以實現(xiàn)升降的機構很多，如凸輪連桿機構、螺桿螺紋塊機構等。凸輪機構在運動時，擺動幅度較大，不利于實現(xiàn)印章的垂直升降，且震動較大，會影響蓋出章

28、印的質量。螺紋螺紋塊機構，進給速度受限，雖然可以達到精準進給，但是，耗時長，能量消耗多。即使選擇可以變速的電機帶動，高速旋轉電機容易產生熱量，使電機發(fā)燙。學校里蓋錄取通知書，就業(yè)協(xié)議，不只是一兩份。長時間的工作會造成電機線路燒壞，從而影響到學校的招就工作。綜合上述考慮到要準確的控制印章的升降，而且造價經濟實惠。該設計選擇了同步帶輪傳動，光軸滑塊機構。電機給驅動力，同步帶輪傳動，通過電機的正轉反轉，控制印章的上下移動。2.2.2 印章升降臺各部件的具體外觀尺寸設計 在該設計中印章升降臺主要由軸承支座、滑動軸承滑塊、光軸、印章連接座、印章連桿組成。（1）軸承支座具體外觀尺寸設計 經過測量印章的直徑

29、為 4cm，為了使印章有一個合適的升降平面，把尺寸擬定為，8cm*6cm 的平面。平面是由 4 根光軸撐起的俯視截面。所以選擇孔心間距為 6cm 的軸承支座來固定。軸承支座分別安裝在光軸的兩端，起到固定兩光軸間距的作用，在設計中用到 4 個軸承支座。由此得出軸承支座的形狀與具體尺寸如圖 2-1 所示 ：(a) 模型圖(b) 設計尺寸示意圖圖 2-1 軸承支座示意圖（2）滑動軸承滑塊具體外觀尺寸設計該滑塊是由兩個滑動軸承筒通過金屬板連接成的，摩擦是不可避免的，在設計時，為了盡可能的減低摩擦，選擇了滾動摩擦。為了方便安裝同步帶，在該設計上，設計了三個不同規(guī)格的方孔，小的方孔是用于與同步帶固定，大的

30、孔是便于調節(jié)同步帶（同步帶會在后文做詳細介紹）。兩軸承筒內安裝的是滾子軸承，這樣的設計不僅可以減小摩擦，而且可以保證印章達到垂直升降，在設計中用到 2 個滑塊。由此得出滑動軸承滑塊的形狀與具體尺寸如圖 2-2 所示：(a) 模型圖(b) 設計尺寸示意圖圖 2-2 軸承支座示意圖（3）光軸具體外觀尺寸設計 在該設計中，考慮到蓋章機的外形尺寸協(xié)調，美觀，印章跟底板的距離擬定為 35cm，為了保證印章的活動靈活，把光軸的距離定為 50cm，該設計中用到 4 根光軸。由此得出光軸的形狀與具體尺寸如圖 2-3 所示：(a) 模型圖(b) 設計尺寸示意圖圖 2-3 光軸示意圖（4）印章連接座具體外觀尺寸設

31、計 印章連接支座是用在把兩個滑塊連接起來，銜接印章連桿的機構。印章的直徑為 4cm，因此選擇連接座的連接柱直徑為 3cm。3cm 直徑的圓柱，兩機構的接觸面積，這樣增加了連接桿的穩(wěn)定性。連接座上還有連接的螺孔，用膨脹螺絲來連接連接桿。由印章的直徑把印章連接座的長和寬定為 20*60cm。為了加工方便選擇了易加工的鋁合金。由此得出印章連接座的形狀與具體尺寸如圖2-4 所示：(a)模型圖(b) 設計尺寸示意圖圖 2-4 印章連接支座示意圖（5）印章連桿具體外觀尺寸設計 為了在使用蓋章機時，方便使用者手的活動，把底板與滑槽之間的距離定為 20cm。印章在蓋印時必須與底板接觸，所以把印章連桿的長度定為

32、 30cm。直徑 4.5cm。遠離連接支座的一端為是帶孔的圓柱筒，孔是擰螺柱固定印章的。為得到適合該設計的連桿，選擇了亞克力圓柱作為材料。由此得出印章連桿的形狀與具體尺寸如圖 2-5 所示：（a）模型圖(b) 設計尺寸示意圖圖 2-5 印章連桿示意圖2.3 升降臺左右移動工作平面的設計升降臺左右移動工作平面的設計2.3.1 升降臺左右移動工作平面的設計方法針對不同的文件所需要蓋的章印的位置不同。印章在文件上的前后位置可以通過調節(jié)文件的前后位置來調節(jié)，但是，印章在文件上的左右位置也不是固定。要實現(xiàn)蓋章機的多位置蓋章，就需要設計一個可以左右移動的工作面，來實現(xiàn)蓋章機的多方位運作。通過日常生活中的觀

33、察，這樣的機構很多。例如滑板在滑槽中的移動、方形滑塊在光軸上的滑動等。為了美觀選擇了 2020 型的鋁合金與鋁合金板的配合作為升降臺左右移動工作平面的機構。2.3.2 升降臺左右移動工作平面部件的具體外觀尺寸設計在蓋設計中升降臺移動工作平面由 2 根 2020 型鋁合金、4 個光軸固件、2個電機支座、2 塊鋁合金滑板組成。（1）2020 型鋁合金具體外觀尺寸設計2020 型的鋁合金有兩種，一種是截面為 20*20mm 側面無槽。另一種也是20*20mm 但是側面有槽。為了在組裝時與鋁合金滑板配合，所以選擇后者。在招就處，需要大量蓋章的紙型為 A3 的錄取通知書，A4 的就業(yè)協(xié)議就業(yè)推薦表，A3

34、 、A4 的紙張的邊長分別為 297*420 mm 和 210*297mm ，所以把 2020 型的鋁合金長度定為 350mm，這樣就可以滿足這兩種紙張的多方位的蓋章。由此得出 2020 型鋁合金形狀與具體尺寸如圖 2-6 所示： （a）模型圖 （b）設計尺寸示意圖圖 2-6 2020 型的鋁合金示意圖（2）光軸固件具體外觀尺寸設計設計中為了把升降臺和升降臺移動工作平面連接起來，選擇了光軸固件。固件為鋁合金材質，和設計的升降臺配合更加美觀。光軸固件是跟光軸配套的，所以光軸固件形狀與具體尺寸如圖 2-7 所示： (a)模型圖 (b) 設計尺寸示意圖 圖 2-7 光軸固件示意圖（3）電機支座具體外

35、觀尺寸設計電機作為整個機器的傳動部分一個穩(wěn)固的支座的必須的，為了托起滑塊、印章連接桿、印章連接支座、印章的重量需要選擇合適的電機（電機的選擇在后文有詳細的介紹）電機支座和電機是配套的。電機支座的形狀與具體尺寸如圖 2-8 所示：(a)模型圖(b) 設計尺寸示意圖圖 2-8 電機支座示意圖（4）鋁合金滑板具體外觀尺寸設計滑板的設計，為了滿足升降臺的左右移動，需要設計一個可以安裝升降臺的工作平面，在該平面上要安裝光軸固件、電機支座，要打孔為了便于加工，選擇了鋁合金板。根據(jù)光軸之間的距離，安裝固件和電機支座的空間，把每塊鋁合金滑板尺寸定為 150mm*100mm。因此鋁合金滑板形狀與具體尺寸如圖 2

36、-9所示： (a) 模型圖 (b) 設計尺寸示意圖圖 2-9 鋁合金滑板示意圖2.4 印泥左右移動工作平面的設計印泥左右移動工作平面的設計2.4.1 印尼左右移動工作平面的設計蓋鋼印章和蓋印泥章最大的區(qū)別就是，在蓋印泥章的過程中需要不斷的沾印泥。要設計一個自動蓋印泥章的機器就必須解決自動沾印泥這一問題。在生活中在蓋印泥章的時候，不沾印泥的話，后面蓋出來的章就會清晰。在升降的設計中已經解決了自動下壓的問題，是通過印章的自動往復升降來實現(xiàn)的蓋章的，要實現(xiàn)印章蘸印泥需要配合印章的上下往復運動。把印章的上下運動分為兩個動作做，一組是蘸印泥；一組是蓋章。在第一組動作中印章向下移動時，設計與之配合的印泥左

37、右移動，就可以實現(xiàn)自動蘸印泥的動作，配合升降臺的運動就完成了自動蓋章機的一組蓋章動作。要實現(xiàn)印泥的左右移動，需要一個托盤托住印泥盒，在通過同步裝置來帶動。在生活中有很多這樣的裝置，例如同步帶輪、齒輪齒條等在該機器初設計中選擇的是齒輪齒條。2.4.2 印尼左右移動工作平面部件的具體外觀尺寸設計印泥左右移動工作平面由 2 根 2020 型鋁合金、1 塊鋁合金托板、齒輪齒條組成。（1）2020 型鋁合金具體外觀尺寸設計在該部分需要的 2020 型鋁合金和上述的類型一樣，該類型的鋁合金符合設計的需要，而且安裝方便，美觀，尺寸形狀同上所述。（2）鋁合金托板具體外觀尺寸設計鋁合金托板是用來托住印泥盒的，在

38、設計中選擇了直徑為 8cm 的圓盤印泥盒，要盛放這樣面積的印泥盒，就必須選擇比這個面積大的托盤。而且要和上述的升降臺移動平面匹配所以把托盤的尺寸定為 15cm*10cm。因此鋁合金托盤形狀與具體尺寸如圖 2-9 所示： (a)模型圖 (b) 設計尺寸示意圖圖 2-10 鋁合金托板示意圖（3）齒輪齒條具體外觀尺寸設計齒輪齒條是印泥左右移動工作平面的傳動部分，在后文有詳細的設計說明。2.5 機架的設計機架的設計 2.5.1 機架的設計機架是整個外形設計的主要設計部分。在該設計中根據(jù)需要蓋印紙張的大小，把底板的尺寸的定為 30cm*35cm（1 塊），側板的尺寸定為20cm*25cm（2 塊），為了

39、加工的方便和需要強度的考慮，在該設計中選擇了鋁合金板，機架的連接件選定為 2020 型角鋁。在機架安裝電機和 2020 型方鋁，需要在底板和側板上打上孔。2.5.2 機架部件的具體外觀尺寸設計機架由 1 塊底板、2 塊側板、4 個角件組成。（1）底板的具體外觀尺寸設計底板是放置蓋印文件的地方，考慮到常用的蓋印章文件的大小為 A4、A3紙，所以底板的形狀與具體尺寸如圖所示 2-11 所示： (a) 底板模型圖 (b) 底板設計尺寸示意圖圖 2-11 底板示意圖（2）側板具體外觀尺寸設計側板上需要安裝電機和其他部件，所以在安裝的位置上需要打孔。需要加工，這也是在設計中選擇鋁合金的原因。兩塊側板需要

40、安裝的部件不同，外形也不一樣。側板的形狀與具體尺寸如圖 2-12 所示： (a) 左側板模型圖 (b) 左側板計尺寸示意圖 (c) 右側板模型圖 (d) 右側板模計尺寸示意圖圖 2-12 側板示意圖（3）機架連接件具體外觀尺寸設計在市場上沒有剛好合適該設計的連接件，需要加工。具體的具體外觀尺寸設計如圖 2-13 所示： (a)連接件模型圖 (b) 連接件計尺寸示意圖圖 2-13 機架連接件示意圖2.6 同步帶輪機構的設計同步帶輪機構的設計2.6.1 同步輪設計同步輪一般由鋼、鋁合金、鑄鐵、黃銅等材料制造。內孔有圓孔、D 形孔、錐形孔等。在蓋章機的設計中，印章需要上下運動，由于印章和連接軸質量大

41、，有 1kg，在下壓的過程有一定的慣性，如果選擇軸傳動，會引起大的震動，不利于機器的長時間的使用。同步帶輪有以下特點：1能準確傳動，工作時沒有滑動，傳動比恒定；2平穩(wěn)傳動，具有減震、緩沖的能力，低噪聲的特點；3高效率傳動，可達 0.98，有明顯的節(jié)能效果；4維護便潔、維護方便，不需潤滑，維護費用低；5具有大的速比范圍，一般為 10，線速度能夠達到 50m/s；6無污染,在不允許有污染和工作環(huán)境較為惡劣的場所下也能正常工作。 經過綜合考慮擬定同步帶輪為蓋章機升降臺的傳動機構。在擬定中不需要大的轉數(shù)，所以把同步帶輪機構擬定為如圖 2-14 所示：圖 2-14 同步帶輪機構由圖 2-2 可知兩根光軸

42、間的距離為 60mm，所以選定同步輪的直徑為12mm。齒頂圓直徑就為 12mm。齒輪在運動過程中不需要太大的力所以通過查表 2-1 確定（模數(shù)根據(jù)齒輪受力情況和結構需要確定，選取標準值）。由下圖2-15 可直觀的看出齒輪的各個參數(shù)之間的關系。圖 2-15 模數(shù)根據(jù)齒輪受力情況和結構表 2-1 標準模數(shù)系列（GB/T 1357-2008）通過查表把齒輪模數(shù)定為 1。為了便于齒輪設計和制造而選擇的一個尺寸參考圓稱為分度圓。設計中把分度圓直徑定為 10mm。 根據(jù) 分度圓直徑 d d=mz； 齒頂高 ha ha1=ha2=ha.m； 齒根高 hf hf1=hf2=（h+c）m； 齒全高 h h1=h

43、2=(2ha+c) m； 齒頂圓直徑 da da1=(z1=2ha) m； 齒根圓直徑 df df1=（z1-2ha-2c）m； 基圓直徑 db db1=d1cosa； 齒距 p p=m； 模數(shù) m m=p/ ； 把 m=1 ；d=10mm ；da =12mm 帶入，求得 z =16 ；其齒輪模型如下圖尺寸示意圖如 2-16 所示： 第二系列1.125111.3751.752.252.753.54.55.56.571418222835459 第一系列1121.251.522.53451620253240506810180 (a)鋁齒輪模型圖 (b) 鋁齒輪尺寸示意圖示意圖圖 2-16 鋁齒輪示

44、意圖2.6.2 同步帶傳動的方案同步帶綜合了齒輪傳動和帶傳動的優(yōu)點發(fā)展起來的傳動帶。它由齒形的一工作面與齒形輪的齒槽嚙合進行傳動，其強力層是由高拉伸強度、小伸長的金屬材料或纖維材料組成，通過這樣使同步帶在傳動過程中節(jié)線長度基本保持不變，帶輪與帶之間在傳動過程中沒有滑動，這樣保證主動輪、從動輪間呈無滑差的同步傳動。同步帶傳動具有準確傳動比，對軸作用力小，緊湊結構，耐磨性好，耐油，抗老化性能好，一般使用溫度-2080，v50m/s，P300kw,i10,對于要求同步的傳動也可用于低速傳動。 同步帶傳動是由一根內周表面設有等間距齒形的環(huán)行帶及具有相應吻合的輪所組成。它綜合了帶、鏈和齒輪傳動的所有優(yōu)點

45、。傳動過程中，通過帶齒與輪的齒槽相嚙合來傳遞動力。同步帶傳動具有傳動比準確，無滑差，能獲得恒定的速比，平穩(wěn)傳動，能吸振，小噪音，大范圍傳動比，一般可高達 1:10。允許線速度可達 50M/S，功率傳遞從幾瓦到幾千瓦。高傳動效率，一般可達97%，緊湊結構，能夠適用于多軸傳動，不需要潤滑，沒有污染。同步帶的特點：(1)、準確傳動，無滑動工作，傳動比是恒定的 ；(2)、平穩(wěn)傳動，具有減振、緩沖能力，低噪聲；(3)、高效率傳動，傳動效率可高達 98%，節(jié)能明顯； (4)、維護便潔，保養(yǎng)方便，不需要潤滑，維修護理費用低；(5)、大的速比范圍，一般能達到 10，線速度能達到 45m/s，功率傳遞范圍較大，

46、可達幾瓦到幾百千瓦； (6)、能適用長距離傳動，中心距可達 10m 以上。根據(jù)蓋章時，章印需下壓的高度，把同步帶的長度定為 500mm。同步帶的其他參數(shù)和同步帶輪的配套。其齒輪如下圖 2-17 所示。圖 2-17 同步帶示意圖2.7 電機的選擇電機的選擇經對制作的實物測試，若要驅動阻力為 10N 的升降臺，電機的驅動力至少為 12N。2.7.1 電機的分類目前市面上的微型電機依據(jù)控制原理不同可分為兩大類，直流電機和步進電機。直流電機只要加上電壓就能運轉，且運轉的方向和電壓方向有關。步進電機是將脈沖信號轉變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移，運轉方向受脈沖影響，可通過編程和相應的驅動器進行精確控制。2.7.2 直

47、流電機與步進電機的比較（1）直流電機的優(yōu)缺點直流電機的優(yōu)點是調速性能優(yōu)越、抗過載能力好、熱動和制動轉矩大等。（2）步進電機的優(yōu)缺點步進電機的優(yōu)點是控制精度高、轉速范圍寬、可靠性高、起停和翻轉響應好；缺點是控制復雜、轉矩較小、轉速不高、易產生共振。2.7.3 裝置電機的最終選定本裝置對電機的要求是精確控制旋轉角度，易控制其正反轉，可靠性高，電壓較低，重量較輕，綜合以上考量，最終確定電機為 42 型步進電機，其詳細參數(shù)如表 2-2：表 2-2 電機參數(shù)電壓電流步距角相數(shù)電阻電感7.8V1.5A1.825.2109.0mH20靜力矩定位力矩絕緣電阻絕緣等級轉動慣量重量4.0kgcm150gcm500

48、VDC100MB57gcm0.24kg電機的三維尺寸如下圖所示：圖 2-18 電機尺寸示意圖同步帶輪的的傳動效率高，與齒輪配合，足夠驅動，使印章升降臺，快速，高效的上升和下降。2.8 整機裝配圖整機裝配圖根據(jù)以上設計的零件可裝配出以下裝配圖：1.軸承座；2.滑塊；3.光軸；4.42 步進電機；5.光軸固定件；6. .2020 鋁合金型材鋁合金方管角鋁；7.底座；8.連接角件；9.鋁齒輪；10.鋁齒條；11.步進電機支座；12. 印泥托盤；13.印章固定件；14.齒型傳送帶；15.連接筒；16.中心連接塊；17.軸承圖 2-19 整體裝配圖在生活中完成一次蓋章，需要兩個動作，一是沾印泥，二是蓋章

49、。為了實現(xiàn)這個動作，在設計中通過步進電機的傳動，由兩個步進電機帶動印章的上下運動，由左側的電機帶動印泥左右運動。通過 Arduino 板控制印章和印泥的運動順序，來完成沾印泥和蓋章的動作，從而實現(xiàn)自動蓋章的功能。3 控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)主要由；Arduino 單片、4988ET 驅動、跳線帽、Ramps1.4 控制板，實現(xiàn)對自動蓋章機的調試和控制。3.1 單片機單片機Arduino 單片機是整個控制系統(tǒng)中執(zhí)行元件的“大腦”元件，怎樣控制步進電機的轉動速度、轉動方向、啟動順序等，因此在控制系統(tǒng)中選擇單片機是非常重要的一環(huán)。 3.1.1 單片機簡介單片機，全稱單片微型（英語：Single-Ch

50、ip Microcomputer），又稱微（Microcontroller）。單片機最早誕生于 1971 年，目前經過 44 年的發(fā)展已經由最早的裸機開發(fā)使用發(fā)展到如今的擁有嵌入式操作系統(tǒng)的高級單片機。單片機擁有系統(tǒng)結構簡單、低功耗、快速度、高可靠性、低廉價格等的優(yōu)點。單片機在發(fā)展過程中產生了許多種類，STC、PIC、EMC、ATMEL 等都是常見的單片機。單片機通常用于工業(yè)控制、家電控制、網(wǎng)絡設備、汽車電子等方面，現(xiàn)在有很多的產品都暈了單片機來做控制，例如：智能家居、智能小車等自動化產品，都運用了單片機。該板支持 USB 供電和電源供電，在供電方面節(jié)約了很多的時間。本裝置中依據(jù)成本、可靠性、

51、實用性選定 Arduino Mega 2560 R3 單片機作為裝置控制系統(tǒng)的“大腦”。單片機實物圖如圖 3-1 所示、內部圖及引腳圖如圖3-2 所示：圖 3-1 Arduino Mega2560 R3 單片機實物圖圖 3-2 Arduino Mega2560 R 單片機引腳 為了步進電機的鏈接方便，除了需要單片機外，單片機的擴展板 Ramps1.4也是必不可少，Ramps1.4 板的簡介如下：Ramps1.4 英文名稱為（RepRap Arduino Mega Pololu Shield）。它設計的目的是用低成本在一個小尺寸電路板上的集成 Reprap 所需的所有電路接 RAMPS連接強大的

52、 Arduino MEGA 平臺，并擁有充足的擴展空間。除了步進電機驅動器接口外，RAMPS 提供了大量其他應用電路的擴展接口，RAMPS 是一款更換零件非常方便，擁有強大的升級能力和擴展模塊化設計的 Arduino 的擴展板。實物如圖所示 3-3 所示，內部電路如圖 3-4 所示：Arduino 的擴展板（Ramps1.4）的特點：（1）全開放的模塊化設計：所有硬件資源對用戶開放，隨心所欲搭配，硬件軟件不會出現(xiàn)束縛的情況。不僅可以學習軟件，而且能更好的深入的了解硬件。 （2）強大的電路配備：集成了基本上所有單片機應用中可能會遇到的功能模塊部分，不必去找其它零件便能完成開發(fā)任務。 圖 3-3

53、Arduino 的擴展板（Ramps1.4）圖 3-4 Arduino 的擴展板（Ramps1.4）內部電路圖Arduino Mega2560 R3 和 Ramps1.4 疊加板在控制步進電機時還需要驅 動。在設計中選擇 4988ET 驅動模塊，4988ET 的簡介去下：該 A4988 是一個完整微電機驅動器與內置轉換器,易于操作.它設計操作雙極步進電機在全,半,1/4,八分,及 1/16 步進模式,具有高達 35 V 和2 A.輸出驅動能力。A4988 的包括一個固定關斷時間電流調節(jié)器,它可在慢或混合衰減模式下工作能力。4988ET 的實物如圖 3-5 所示：A4988 的特點：（1）一個步

54、進中輸入一個脈沖就可以驅動步進電動機產生微動，沒有相序表,也沒有高頻率控制線,或復雜的界面；（2）該 A4988 界面適用于復雜微處理器；（3）在 A4988 斬波控制可自動選擇電流衰減模式； （4）在混合衰減模式下，設備初始設置為一個快速衰減為固定關斷時間比例,然后以緩慢衰變對關斷時間剩余時間；（5）.混合衰減電流控制能減少可聽到電動機噪音,增加步進精度,并降低功耗。圖 3-5 驅動 4988ET3.1.2 Arduino 單片機編程軟件 Arduino 使用起來要比其他微處理器更易懂，與 Basic Stamp 有些相似，Arduino 的編程語言更為人性化和簡單，Arduino 編程語言

55、基于 C 語言，但其實用性要遠高于 C 語言，主要由于它將一些常用語句組合函數(shù)化。大學中學習的編程語言很少，對于機械的學生編程的地方也很少，現(xiàn)在做畢業(yè)設計是一個把機械和編程結合在一起的最好的實踐機會。就 Arduino 而言編程有兩種形式，工作界如下。直接編譯式如圖 3-6 所示編譯軟件 arduino-1.0.6。按鈕拖動式如圖3-7 所示編譯軟件 EDUarduino2.0。圖 3-6 直接編譯式界面圖 3-7 按鈕拖動式界面對于編程不熟悉的同學建議使用后者。 3.1.3 單片機燒錄軟件 arduino-1.0.6 軟件編寫好的 arduino 語言程序可以直接校驗。調試校驗后沒有問題，直

56、接下載到 Arduino Mega2560 R3 中。在 arduino-1.0.6 軟件中還有相應的庫文件，可以直接調用，為編寫者節(jié)約了時間，并且減少了出錯的概率該軟件 arduino-1.0.6 有綠色版，不需安裝，直接運行就可以開始編譯。對于EDUarduino2.0 編程軟件，由圖（3-4）可以直觀的看出，在 EDUarduino2.0 的編寫界面里有直觀的拖拽按鈕。編寫時，理清楚思路，根據(jù)需要，直接拖拽相應的按鈕，這樣給編程帶來極大的方便，降低了編譯過程中出錯的概率。但在運用編寫時，不足的地方是，庫里面的按鈕不是全面的，有的指令也需要輸入放入方式來編寫。需要添加復雜指令時，把按鈕轉化

57、成代碼的形式，就可再次編譯。操作如圖 3-8 所示。圖 3-8 代碼轉換按鈕界面3.2 程序的編寫程序的編寫 3.2.1 軟件的使用直接打開 arduino-1.0.6 安裝包，運行快捷方式。軟件運行，編程文件的新建。如圖所示 3-9 所示： 圖 3-9 運用界面在 arduino-1.0.6 軟件中它自帶了一些庫文件，在編寫控制步進電機的程序時，可以直接調用。調用的界面如圖 3-10 所示：圖 3-10 庫的調用界面3.2.2 代碼的書寫 在編寫需要的控制代碼前，對要實現(xiàn)的功能要有清晰的思路。為了直觀的看出，畫出功能圖很關鍵，它可以引導怎樣寫代碼，不至于在書寫的時候，遺忘要實現(xiàn)的功能。一下是

58、在設計中電機動作結構圖，如圖 3-11 所示：圖 3-11 電機動作結構圖在編寫代碼的時候，對編譯程序需要有所了解。Arduino 的函數(shù)結構：1、聲明接口名稱及變量（int val;int ledPin=13;）；2、setup()函數(shù)在程序開始時使用，可以初始化變量、接口模式、啟用庫等（例如：pinMode(ledPin,OUTUPT);）；3、loop（）在 setup()函數(shù)之后，即初始化之后，loop() 讓你的程序循環(huán)地被執(zhí)行。使用它來運轉 Arduino?；局噶畹牧私猓幌率窃谠O計時所用到的 Arduino 的指令，和標標注解釋，是在編寫程序時，必須了解的。步進電機是將電脈沖轉

59、化為角位移的執(zhí)行機構。當步進驅動器接收到一個脈沖信號，它就驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度，它的旋轉是以固定的角度一步一步運行的?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉動的速度和加速度，從而達到調速的目的。脈沖信號對控制步進電機很關鍵，了解脈沖信號的構成，便于調節(jié)步進電機的轉數(shù)，轉動方向。脈沖信號，脈沖波，如下圖 3-12 所示：圖 3-12 脈沖程序中參數(shù)的設置。在該設計中規(guī)定步進電機的正轉的脈沖信號（low-high-low）；反轉的脈沖信號為（high-low-high）。轉數(shù)的控制，步進電機在轉一圈時 i=3000，轉

60、的圈數(shù)就按圈數(shù)乘以 3000.例如：轉 6 圈的書寫形for(inti=0;i18000;i+) 。鋁齒輪的齒根圓半徑為 10mm。周長 S=2R所以電機旋轉一周，同步帶上升下降的的距離為 S=2*1062.8mm速度的控制，步進電機的速度控制用延時函數(shù)來控制。例如：delayMicroseconds(100)； 把規(guī)定的圈數(shù)在 1 秒里完成。在 arduino-1.0.6 里時間單位的換算為：1S=100 速度 u=s/t 4 蓋章機控制代碼和注釋蓋章機控制代碼和注釋#define X_STEP_PIN 54#define X_DIR_PIN 55#define X_ENABLE_PIN 3

61、8#define Y_STEP_PIN 60#define Y_DIR_PIN 61#define Y_ENABLE_PIN 56#define Z_STEP_PIN 46#define Z_DIR_PIN 48#define Z_ENABLE_PIN 62#define E0_STEP_PIN 26#define E0_DIR_PIN 28#define E0_ENABLE_PIN 24#define E1_STEP_PIN 36#define E1_DIR_PIN 34#define E1_ENABLE_PIN 30void setup() pinMode(X_STEP_PIN , OUT

62、PUT); pinMode(X_DIR_PIN , OUTPUT); pinMode(X_ENABLE_PIN , OUTPUT); pinMode(Y_STEP_PIN , OUTPUT); pinMode(Y_DIR_PIN , OUTPUT); pinMode(Y_ENABLE_PIN , OUTPUT); pinMode(Z_STEP_PIN , OUTPUT); pinMode(Z_DIR_PIN , OUTPUT); pinMode(Z_ENABLE_PIN , OUTPUT); pinMode(E0_STEP_PIN , OUTPUT); pinMode(E0_DIR_PIN ,

63、 OUTPUT); pinMode(E0_ENABLE_PIN , OUTPUT); pinMode(E1_STEP_PIN , OUTPUT); pinMode(E1_DIR_PIN , OUTPUT); pinMode(E1_ENABLE_PIN , OUTPUT); digitalWrite(X_ENABLE_PIN , LOW); digitalWrite(Y_ENABLE_PIN , LOW); digitalWrite(Z_ENABLE_PIN , LOW); digitalWrite(E0_ENABLE_PIN , LOW);定義電機 X、電機Y、電機Z 在控制板上的對應的腳。定

64、義腳的輸入輸出定義腳的輸入輸出。規(guī)定低電頻為電機正轉方向。 digitalWrite(E1_ENABLE_PIN , LOW); void loop () digitalWrite(Z_DIR_PIN ,HIGH); for(int i=0;i5820;i+) digitalWrite(Z_STEP_PIN , HIGH); delayMicroseconds(100); digitalWrite(Z_STEP_PIN , LOW); delayMicroseconds(100); digitalWrite(X_DIR_PIN , LOW); digitalWrite(Y_DIR_PIN ,

65、LOW); for(int i=0;i5120;i+) digitalWrite(X_STEP_PIN , HIGH); digitalWrite(Y_STEP_PIN , HIGH); delayMicroseconds(100); digitalWrite(X_STEP_PIN , LOW); digitalWrite(Y_STEP_PIN , LOW); delayMicroseconds(100); digitalWrite(X_DIR_PIN , HIGH); digitalWrite(Y_DIR_PIN , HIGH); for(int i=0;i5120;i+) digitalW

66、rite(X_STEP_PIN , HIGH); digitalWrite(Y_STEP_PIN , HIGH); delayMicroseconds(100); digitalWrite(X_STEP_PIN , LOW); digitalWrite(Y_STEP_PIN , LOW); delayMicroseconds(100); digitalWrite(Z_DIR_PIN , LOW); for(int i=0;i5820;i+) digitalWrite(Z_STEP_PIN , HIGH); delayMicroseconds(100); digitalWrite(Z_STEP_PIN , LOW); delayMicroseconds(100); 定義電機 Z的旋轉方向為正向，旋轉圈數(shù)為1.94 圈，同步帶的上升距離為121.832mm定義電機 Z的旋轉方向為負向，旋轉圈數(shù)為1.94 圈，同步帶的上升距離為121.832mm定義電機X、Y 的旋轉方向為正向，旋轉圈數(shù)為 1.7 圈，同步帶的上升距離為106.76mm定義電機X、Y 的旋轉方向為負向，旋轉圈數(shù)為 1.7