机床单轴控制系统设计(附件)【字数：9628】
摘 要随着改革开放，我国现代制造业对多轴联动机床的需求量逐渐增大。对机床进行增加第四轴的改造，能够降低机床投资的成本，提高机床加工效率和加工精度，总体性价比大大增加。本文介绍了一种机床单轴控制系统设计，对单片机、单轴控制系统、LCD显示屏的历史及发展进行了简单的介绍。介绍了本设计的控制要求和整体规划。机械结构设计介绍了蜗轮蜗杆、分度盘、三爪卡盘、伺服电机的选型。控制电路硬件设计部分介绍了MCU、显示电路、键盘、数字量输入输出电路等。结论表明，通过软件控制，该机床单轴控制系统基本符合设计要求。
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题的研究背景和意义 1
1.1.1增加第四轴的意义 1
1.1.2单片机的发展及其应用 1
1.1.3LCD显示屏的工作原理和分类 2
1.2课题的基本内容 2
第二章 控制要求与总体规划 4
2.1控制要求 4
2.1.1程序编辑 4
2.1.2操作 4
2.2总体规划 5
2.2.1自动运行过程 5
2.2.2 输入/输出信号 6
第三章 机械部分 7
3.1整体结构设计 7
3.2蜗轮蜗杆 8
3.2.1蜗杆传动的特点 8
3.2.2圆柱蜗杆传动的主要参数 8
3.3分度盘 11
3.4三爪卡盘 11
3.4.1卡盘介绍 11
3.4.2三爪卡盘的组成及原理 12
3.4.3卡盘的磨损及保养方法 12
3.5电机的选择 12
第四章 控制电路硬件设计 14
4.1单片机 14
4.2显示电路 15
4.2.1 LCD介绍 15
4.2.2 接线方式 16
4.3 键盘 16
4.3.1 键盘的功能设定 16
4.3.2 4*4矩阵键盘工作原理 17
4.4 数字量输入电路 18
4.5数字量输出电路 19
第五章 软件控制 20< *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
br /> 5.1 脉冲数量与频率控制 20
5.2 Main主函数 20
第六章 结论及展望 23
6.1结论 23
6.2展望 23
致谢 25
参考文献 26
附录 27
第一章 绪论
1.1课题的研究背景和意义
1.1.1增加第四轴的意义
随着时代的改变，我国对于数控机床的改造有了很大的重视，对数控机床的改造为我国的经济建设作出了巨大的贡献。由于现在的工件加工难度比较高，老旧的数控机床已经不能加工到现在所需达到的要求，但要是淘汰这些老旧的数控机床，直接购买高档的数控机床的话，那将报废一大半的老旧机床，这样的话对于一些中小型企业来说资金方面肯定是吃不消的，同时也会对我国的数控加工产业形成一个很大的经济压力。所以这些老旧的数控机床是一批存量资产，要是能利用好就将是一笔巨大的财富，只要能够解决机床加工对于精度的影响问题，那么就能够花费最少的成本却能够获得很大的经济利益。虽然在老早之前就提出过了“数控机床改造”的想法，但我国的老旧机床基数较大而且种类非常的繁多，所以对所有的老旧机床进行改造还是相当有难度的。
现在的工业发展对于精度方面有着很高的要求，所以说很多产业对于这种高精度的机床需求量很大，但要是直接大量购买这些高精度的机床，成本太高，资金方面肯定是个大问题。但那些老旧的机床一次只能加工一个面，不能几个面同时加工，所以加工一个工件需要多次的反复装夹，这样就很容易影响加工的精度而且现在的制造业要加工很多的特殊工件，比如要加工那些有曲线或者曲面的工件，这也是老旧的机床无法做到的，所以对这些老旧数控机床的改造势在必行。
在加工这样的特殊工件时，可以考虑增加一个第四轴的改造，在x轴方向上增加一个转动，这样便可以实现四轴联动。增加第四轴后的数控机床能够减少工件的装夹次数，顺其自然就提高了机床的加工精度。
1.1.2单片机的发展及其应用
现在的单片机已经发展到高性能阶段了，我们根据它所处理的二进制位数可以将其分类为4位单片机、8位单片机、16位单片机以及32位单片机4种。1974年，仙童公司推出了一种8位的F8单片机，但由于受到当时的工艺限制等方面原因，实际上只包括了8位CPU、64B RAM和2个并行口。直到1976年，Inter公司推出的MCS48单片机就对单片机的发展有了很大的改善和变革，但当时的单片机仍然处于低性能阶段。直到Inter公司推出的MCS51系列，单片机的性能才跃上了一个新的台阶，当时的英特尔8051是最成功的。从那以后，MCS51系列单片机系统在8051的基础上开发。因为它的操作和功能简单可靠，性能也一直很好。2000年以后，ARM开发了32台高端单片机，这32台单片机的频率超过300M。就算是在现在，它仍被作为基础广泛应用于8051单片机上。
近年来，随着技术的不断发展，单片机的种类是越来越多，功能也是越来越强大，更多新型的单片机不断涌现出来。目前，8位单片机的应用最为广泛，使用的最多，但16位和32位单片机也同时得到了不少用户和产业的支持。
1.1.3LCD显示屏的工作原理和分类
液晶最早是由奥地利的一名植物学家发现的，他发现这种物质是晶体的排列方式却可以向液体一样能够流动，所以当时称这种物质为液体晶体。在经过电场的作用时液晶的分子结构会发生改变，进行重新排列，那么它的光学性质也会随之发生改变，这就是电光效应。英国科学家通过研究这种光电效应，全世界第一块液晶显示屏终于在本世纪问世。现在，LCD用的最多的就是定线状液晶。相比与传统的CRT、LCD来说，它不仅是更小和薄(当前的厚度14.1英寸机只能5厘米),而且重量轻,能耗少。自从1998年以来，由于它的许多优点，LCD已经广泛应用于台式机应用领域。
我们的生活中其实有很多的液晶显示器。我们家里常见的电视、计算机还有手机的屏幕都是液晶做的。根据液晶分子结构的排列方式不同可以分为三大类：Smectic液晶、Nematic液晶和Cholestases液晶，这三种类型的液晶都有其各自的特性，Nematic液晶主要就是用来制造液晶显示屏的，也就是我们所说的LCD。液晶显示器的种类非常多，常见的有TFT、TFD、UFB、STN等等，TFT有很好的色彩饱和度和对比度，但它的缺点就是成本高，耗电量大；TFD的主要特点就是高画质，超低功耗，小型化以及非常快的反应时间；UFB的特点是超薄和高亮度，而且它还有很高的分辨率和对比度；STN与前面几种显示器相比，它最大的优点就是功耗小，非常的省电。
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题的研究背景和意义 1
1.1.1增加第四轴的意义 1
1.1.2单片机的发展及其应用 1
1.1.3LCD显示屏的工作原理和分类 2
1.2课题的基本内容 2
第二章 控制要求与总体规划 4
2.1控制要求 4
2.1.1程序编辑 4
2.1.2操作 4
2.2总体规划 5
2.2.1自动运行过程 5
2.2.2 输入/输出信号 6
第三章 机械部分 7
3.1整体结构设计 7
3.2蜗轮蜗杆 8
3.2.1蜗杆传动的特点 8
3.2.2圆柱蜗杆传动的主要参数 8
3.3分度盘 11
3.4三爪卡盘 11
3.4.1卡盘介绍 11
3.4.2三爪卡盘的组成及原理 12
3.4.3卡盘的磨损及保养方法 12
3.5电机的选择 12
第四章 控制电路硬件设计 14
4.1单片机 14
4.2显示电路 15
4.2.1 LCD介绍 15
4.2.2 接线方式 16
4.3 键盘 16
4.3.1 键盘的功能设定 16
4.3.2 4*4矩阵键盘工作原理 17
4.4 数字量输入电路 18
4.5数字量输出电路 19
第五章 软件控制 20< *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
br /> 5.1 脉冲数量与频率控制 20
5.2 Main主函数 20
第六章 结论及展望 23
6.1结论 23
6.2展望 23
致谢 25
参考文献 26
附录 27
第一章 绪论
1.1课题的研究背景和意义
1.1.1增加第四轴的意义
随着时代的改变，我国对于数控机床的改造有了很大的重视，对数控机床的改造为我国的经济建设作出了巨大的贡献。由于现在的工件加工难度比较高，老旧的数控机床已经不能加工到现在所需达到的要求，但要是淘汰这些老旧的数控机床，直接购买高档的数控机床的话，那将报废一大半的老旧机床，这样的话对于一些中小型企业来说资金方面肯定是吃不消的，同时也会对我国的数控加工产业形成一个很大的经济压力。所以这些老旧的数控机床是一批存量资产，要是能利用好就将是一笔巨大的财富，只要能够解决机床加工对于精度的影响问题，那么就能够花费最少的成本却能够获得很大的经济利益。虽然在老早之前就提出过了“数控机床改造”的想法，但我国的老旧机床基数较大而且种类非常的繁多，所以对所有的老旧机床进行改造还是相当有难度的。
现在的工业发展对于精度方面有着很高的要求，所以说很多产业对于这种高精度的机床需求量很大，但要是直接大量购买这些高精度的机床，成本太高，资金方面肯定是个大问题。但那些老旧的机床一次只能加工一个面，不能几个面同时加工，所以加工一个工件需要多次的反复装夹，这样就很容易影响加工的精度而且现在的制造业要加工很多的特殊工件，比如要加工那些有曲线或者曲面的工件，这也是老旧的机床无法做到的，所以对这些老旧数控机床的改造势在必行。
在加工这样的特殊工件时，可以考虑增加一个第四轴的改造，在x轴方向上增加一个转动，这样便可以实现四轴联动。增加第四轴后的数控机床能够减少工件的装夹次数，顺其自然就提高了机床的加工精度。
1.1.2单片机的发展及其应用
现在的单片机已经发展到高性能阶段了，我们根据它所处理的二进制位数可以将其分类为4位单片机、8位单片机、16位单片机以及32位单片机4种。1974年，仙童公司推出了一种8位的F8单片机，但由于受到当时的工艺限制等方面原因，实际上只包括了8位CPU、64B RAM和2个并行口。直到1976年，Inter公司推出的MCS48单片机就对单片机的发展有了很大的改善和变革，但当时的单片机仍然处于低性能阶段。直到Inter公司推出的MCS51系列，单片机的性能才跃上了一个新的台阶，当时的英特尔8051是最成功的。从那以后，MCS51系列单片机系统在8051的基础上开发。因为它的操作和功能简单可靠，性能也一直很好。2000年以后，ARM开发了32台高端单片机，这32台单片机的频率超过300M。就算是在现在，它仍被作为基础广泛应用于8051单片机上。
近年来，随着技术的不断发展，单片机的种类是越来越多，功能也是越来越强大，更多新型的单片机不断涌现出来。目前，8位单片机的应用最为广泛，使用的最多，但16位和32位单片机也同时得到了不少用户和产业的支持。
1.1.3LCD显示屏的工作原理和分类
液晶最早是由奥地利的一名植物学家发现的，他发现这种物质是晶体的排列方式却可以向液体一样能够流动，所以当时称这种物质为液体晶体。在经过电场的作用时液晶的分子结构会发生改变，进行重新排列，那么它的光学性质也会随之发生改变，这就是电光效应。英国科学家通过研究这种光电效应，全世界第一块液晶显示屏终于在本世纪问世。现在，LCD用的最多的就是定线状液晶。相比与传统的CRT、LCD来说，它不仅是更小和薄(当前的厚度14.1英寸机只能5厘米),而且重量轻,能耗少。自从1998年以来，由于它的许多优点，LCD已经广泛应用于台式机应用领域。
我们的生活中其实有很多的液晶显示器。我们家里常见的电视、计算机还有手机的屏幕都是液晶做的。根据液晶分子结构的排列方式不同可以分为三大类：Smectic液晶、Nematic液晶和Cholestases液晶，这三种类型的液晶都有其各自的特性，Nematic液晶主要就是用来制造液晶显示屏的，也就是我们所说的LCD。液晶显示器的种类非常多，常见的有TFT、TFD、UFB、STN等等，TFT有很好的色彩饱和度和对比度，但它的缺点就是成本高，耗电量大；TFD的主要特点就是高画质，超低功耗，小型化以及非常快的反应时间；UFB的特点是超薄和高亮度，而且它还有很高的分辨率和对比度；STN与前面几种显示器相比，它最大的优点就是功耗小，非常的省电。
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