基于单片机控制的高精度研磨机的设计(附件)【字数：9023】
摘 要研磨作为一种重要的超精密加工方法，在社会发展中起到了非常重要的作用，在很多行业中得到了广泛的应用。它是在工件表面上将磨料通过磨具进行微量加工的过程。通过研磨可以方便一些比如苹果手机的logo等标志性物体的打磨，使得产品的产量提高。本设计采用基于单片机控制的步进电动机作为驱动系统，结合平面研磨机的模型和功能原理，根据步进电动机功能原理和平面研磨功能原理制定出高精度研磨机具体方案。通过步进电动机对平面研磨机中主运动部件进行精准的定位和调速，设计出一台高精度研磨机。建立平面研磨机模型，给出由单片机控制的步进电动机的工作原理，最后通过对步进电动机工作原理的分析，确定如何控制平面研磨机的位置和速度的方案。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 选题的背景 1
1.2 主要内容 2
第二章 平面研磨机总体方案设计 3
2.1 平面研磨机的功能分析 3
2.1.1 平面研磨机的黑箱制造 3
2.1.2 平面研磨机的功能结构 3
2.1.3 平面研磨机的构造 3
2.2 平面研磨机控制系统的设计 4
2.2.1 平面研磨机控制结构的构造 4
2.2.2 平面研磨机驱动系统的功能 5
2.2.3 平面研磨机稳定系统的设计 6
2.3 平面研磨机传动系统的设计 7
第三章 基于单片机控制的步进电动机的原理方案设计 8
3.1 步进电动机的功能分析及工作原理 8
3.2 步进电动机的结构设计 8
3.3 三相反应式步进电动机的控制系统 9
3.4 三相反应式步进电动机如何控制定位 9
3.5 步进电动机调速系统的设计及实现方法 12
3.6 步进电动机对控制平面研磨机执行元件的要求 14
3.7 使用步进电动时需要注意的问题 14
第四章 平面研磨机机械系统设计 15
4.1 平面研磨机功能结构 15
4.2 平面研磨机机械系统的功能 15
4.3 平面研磨机研磨盘的 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
设计 15
结束语 16
致 谢 17
参考文献 18
附录A 平面研磨机的整体结构图 19
附录B 步进电动机转速控制电路图 20
绪论
选题的背景
随着现代机械产品制造业的发展，对于高精度、高性能、高集成度和高可靠性的要求也进一步提高。高精密平面研磨作为一种超精密加工方法，能很好地适应这些高尺寸精度和低表面粗糙度产品的加工需求。研磨的优点是加工精度高、加工材料广，但其缺点有加工效率低、加工成本高，加工精度和加工质量不稳定等。本设计基于单片机控制的高精度研磨机可以有效减小这些缺点，它能高效率、高精度、高性能的完成各种加工任务。
研磨是一种重要的超精密加工方法，由于不断发展和完善，定义也在不断地变化。早些年德国的经济加工协会曾定义研磨为：研磨是一种加工方法，在工件和工具间无强制引导，利用研磨剂，在方向不断改变下相互滑动。这个定义是最原始的定义，无法体现出研磨的特征。所以后来有人给研磨下的定义为：研磨利用涂敷或压嵌在研具上的磨料颗粒，通过磨具与工件在一定压力下的相对运动对加工表面进行的精整加工（如切削加工）。研磨可用于加工各种金属和非金属材料，加工的表面形状有平面，内、外圆柱面和圆锥面，凸、凹球面，螺纹，齿面及其他型面。加工精度可达IT5～IT01，表面粗糙度可达Ra0.63～0.01微米。这个定义强调了研磨的特征以及研磨的范围，但如今研磨又分为好多种，如平面研磨、双面研磨、陶瓷研磨、钻头研磨、光纤研磨、振动研磨、磁力研磨等。每种研磨方式都有各自不同的特点和用途，以至于研磨技术的发展道路越来越宽广，然而除了平面研磨以外。其他研磨方式目前在市场上还并不是很普遍。
本设计采用平面研磨的方式，这种研磨方式既简单又精密，采用单片机控制的步进电动机来控制运动部件的移动速度和精确定位，可实现加工过程的智能化和自动化。本设计的研磨磨具可以充分利用工件的相对运动，在研磨过程中可以减少工件对磨具的磨损，这样不会使磨具产生变形，从而保护原有的面型精度。因此，基于单片机控制的高精度研磨机的应用会得到广泛的青睐。
主要内容
1：在明确本课题所研究方向的基础上，对选题的主要背景、研究的目的及意义做出简要的分析与判断。
2：对于本课题所涉及的相关软硬件知识的介绍。研磨机框架体系的介绍，平面研磨的工作原理分析，步进电机工作原理介绍，单片机控制程序等。
3：针对单片机如何控制步进电机应用在设备上以及优缺点的详细介绍。
4：程序设计的功能设定等。
平面研磨机总体方案设计
平面研磨机的功能分析
本课题所设计的研磨机是一种立式的、高精度的加工设备；主要用于金属、模具、石英晶片、硅片等各种材料的单面研磨、抛光。
平面研磨机的黑箱制造
本课题要求设计平面研磨机，主要加工对象是平面。功能就是加工平面零件平面，使其达到粗糙度要和形状精度一致。如图21所示：
图21 研磨机黑箱图
平面研磨机的功能结构
研磨机的功能主要包括研磨工件、夹持工件、研磨液循环、研磨盘旋转、对加工零件施加一定的压力。划分分功能及功能元如下图22所示：
图22 平面研磨机功能图
平面研磨机的构造
本次课题主要是设计出基于单片机控制的高精度研磨机，在传统的平面研磨机上利用步进电动机来控制其速度和位置，以下是本设计高精度平面研磨机的主要构造部分：
（1）电主轴：驱动砂轮做高速旋转；
（2）滑块：安装电主轴并带动电主轴做上下运动；
目 录
第一章 绪论 1
1.1 选题的背景 1
1.2 主要内容 2
第二章 平面研磨机总体方案设计 3
2.1 平面研磨机的功能分析 3
2.1.1 平面研磨机的黑箱制造 3
2.1.2 平面研磨机的功能结构 3
2.1.3 平面研磨机的构造 3
2.2 平面研磨机控制系统的设计 4
2.2.1 平面研磨机控制结构的构造 4
2.2.2 平面研磨机驱动系统的功能 5
2.2.3 平面研磨机稳定系统的设计 6
2.3 平面研磨机传动系统的设计 7
第三章 基于单片机控制的步进电动机的原理方案设计 8
3.1 步进电动机的功能分析及工作原理 8
3.2 步进电动机的结构设计 8
3.3 三相反应式步进电动机的控制系统 9
3.4 三相反应式步进电动机如何控制定位 9
3.5 步进电动机调速系统的设计及实现方法 12
3.6 步进电动机对控制平面研磨机执行元件的要求 14
3.7 使用步进电动时需要注意的问题 14
第四章 平面研磨机机械系统设计 15
4.1 平面研磨机功能结构 15
4.2 平面研磨机机械系统的功能 15
4.3 平面研磨机研磨盘的 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
设计 15
结束语 16
致 谢 17
参考文献 18
附录A 平面研磨机的整体结构图 19
附录B 步进电动机转速控制电路图 20
绪论
选题的背景
随着现代机械产品制造业的发展，对于高精度、高性能、高集成度和高可靠性的要求也进一步提高。高精密平面研磨作为一种超精密加工方法，能很好地适应这些高尺寸精度和低表面粗糙度产品的加工需求。研磨的优点是加工精度高、加工材料广，但其缺点有加工效率低、加工成本高，加工精度和加工质量不稳定等。本设计基于单片机控制的高精度研磨机可以有效减小这些缺点，它能高效率、高精度、高性能的完成各种加工任务。
研磨是一种重要的超精密加工方法，由于不断发展和完善，定义也在不断地变化。早些年德国的经济加工协会曾定义研磨为：研磨是一种加工方法，在工件和工具间无强制引导，利用研磨剂，在方向不断改变下相互滑动。这个定义是最原始的定义，无法体现出研磨的特征。所以后来有人给研磨下的定义为：研磨利用涂敷或压嵌在研具上的磨料颗粒，通过磨具与工件在一定压力下的相对运动对加工表面进行的精整加工（如切削加工）。研磨可用于加工各种金属和非金属材料，加工的表面形状有平面，内、外圆柱面和圆锥面，凸、凹球面，螺纹，齿面及其他型面。加工精度可达IT5～IT01，表面粗糙度可达Ra0.63～0.01微米。这个定义强调了研磨的特征以及研磨的范围，但如今研磨又分为好多种，如平面研磨、双面研磨、陶瓷研磨、钻头研磨、光纤研磨、振动研磨、磁力研磨等。每种研磨方式都有各自不同的特点和用途，以至于研磨技术的发展道路越来越宽广，然而除了平面研磨以外。其他研磨方式目前在市场上还并不是很普遍。
本设计采用平面研磨的方式，这种研磨方式既简单又精密，采用单片机控制的步进电动机来控制运动部件的移动速度和精确定位，可实现加工过程的智能化和自动化。本设计的研磨磨具可以充分利用工件的相对运动，在研磨过程中可以减少工件对磨具的磨损，这样不会使磨具产生变形，从而保护原有的面型精度。因此，基于单片机控制的高精度研磨机的应用会得到广泛的青睐。
主要内容
1：在明确本课题所研究方向的基础上，对选题的主要背景、研究的目的及意义做出简要的分析与判断。
2：对于本课题所涉及的相关软硬件知识的介绍。研磨机框架体系的介绍，平面研磨的工作原理分析，步进电机工作原理介绍，单片机控制程序等。
3：针对单片机如何控制步进电机应用在设备上以及优缺点的详细介绍。
4：程序设计的功能设定等。
平面研磨机总体方案设计
平面研磨机的功能分析
本课题所设计的研磨机是一种立式的、高精度的加工设备；主要用于金属、模具、石英晶片、硅片等各种材料的单面研磨、抛光。
平面研磨机的黑箱制造
本课题要求设计平面研磨机，主要加工对象是平面。功能就是加工平面零件平面，使其达到粗糙度要和形状精度一致。如图21所示：
图21 研磨机黑箱图
平面研磨机的功能结构
研磨机的功能主要包括研磨工件、夹持工件、研磨液循环、研磨盘旋转、对加工零件施加一定的压力。划分分功能及功能元如下图22所示：
图22 平面研磨机功能图
平面研磨机的构造
本次课题主要是设计出基于单片机控制的高精度研磨机，在传统的平面研磨机上利用步进电动机来控制其速度和位置，以下是本设计高精度平面研磨机的主要构造部分：
（1）电主轴：驱动砂轮做高速旋转；
（2）滑块：安装电主轴并带动电主轴做上下运动；
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