无人监控水晶研磨机的数控系统设计

【摘要】随着购买力的提升，水晶制品也大量出现在日常用品中，对水晶的需求也日益加大。与此同时，越来越多科学技术也应用到了水晶研磨加工中，出现了各式各样的水晶研磨机器。但是市场中的水晶研磨机都需要进行人工介入更换水晶毛坯，从而很大的影响了水晶研磨的效率和加工速度，增加了人力成本。因此，针对这一现状，研究设计了一款无人监控的自动水晶研磨机控制系统。论文首先介绍了水晶研磨技术的相关基本知识，阐述了水晶研磨的背景、研究现状与发展趋势。并且选择用伺服电机作为动力电机，介绍了伺服电机的优势，分析伺服电机的数学模型和矢量控制。接下来阐述了数控系统的整体设计思路与流程。本系统可以分为粘球机、机械臂和研磨机三大模块。粘球机工位用PLC进行控制水晶的上料、卸料。机械臂和研磨机选用了STM32F103ZET6微控制器作为主控芯片。机械臂负责在粘球机与研磨机之间的铝排运输。研磨机负责对水晶毛坯进行粗磨、细磨、抛光等工序。三个模块间通过CAN总线连接通信，实现协同工作，达到研磨过程中的自动化。在STM32F103ZET6为控制芯片的基础上，搭建了各个外围硬件模块。电源电路模块提供了系统中各模块的电源电压；键盘、液晶显示电路模块使系统具有良好的人机交互功能；数据存储(EEPROM)电路模块中存储了在显示屏中设置的加工参数，避免了重复输入；CAN总线电路是粘球机、机械臂与研磨机实现协同运作的通信基础；电机输出模块为控制伺服电机提供了输入信号。根据各个硬件模块的设计，编写了相应模块的软件程序。使得系统中的模块能够实现相应的功能。论文对于传统水晶研磨机需要人工上料、卸料的缺点，做出了相应的改进。系统中的粘球机通过控制电机和气阀，能够实现水晶毛坯上料、成品卸料的自动化操作，提高了节约时间成本，有效地提高了研磨效率；同时，采用伺服电机的闭环控制系统，有效地避免步进电机易失步、精度差、力量弱、无反馈的缺点，能够达到较好的精度和性能；根据系统电机的特性，在系统中采用了S形加减速曲线控制电机的启动与停止，使电机在运行中不发生抖动，系统能更加的平稳可靠。通过最后的调试，本系统具有较高的精度，高性价比，转数快，噪音小，操作简便、可无人监控自动装载水晶毛坯、卸载研磨成品等特点，并且充分考虑到产品升级更新，可广泛推广至水晶加工行业中，具有良好的市场推广价值。
【作者】蒋志龙；
【导师】李训根；
【作者基本信息】杭州电子科技大学，集成电路工程，2014，硕士
【关键词】stm32；研磨机；CAN总线；数控系统；

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