经济型数控系统设计

摘 要 :主要阐述了 C6140 车床数控化改造及 CNC 系统设计 ,说明了数控系统的控制原理 ,指出了设计数控系统的方法和步骤 。 关键词 :C6140 车床 ;数控化 ;改造 中图分类号 :TG519. 1 文献标识码 :A 文章编号 :100724414 (2000) 0120041202
3 CNC 系统设计
在 C6140 经济型数控改造中 ,我们设计的 CNC 系统共分 3 个模块 。手动功能模块 : 可以实现 + x 、 + z 、- x 、- z 方向的移动 (移动速度可选用设定的 高 、中 、低 3 种速度) 。加工功能模块 :可以实现单步 加工及连续加工 ,可实现 4 个象限直线插补 、4 个象 限顺 、逆圆插补及螺纹加工功能 。编辑功能模块 :可 以实现通过键盘输入要加工工件的数控加工程序段 , 具有显示 、修改 、存贮的功能 。
图 6 改进后程序图示
4 结论
经过改造解决了氧化铝原输送系统的缺点和弊 端 ,改善了工人的工作环境和劳动强度 ,提高了资源 利用率 ,可供对镁 、水泥行业的输送系统改造借鉴 。
参考文献 :
〔1〕 李金鹏 ,刘晓岗 1 氧化铝水平槽超浓相输送技术 [J ] 1 轻金属 , 1996 ,6 ,262291
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Vol 13 No 2000203
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机械研究与应用
MECHANICAL RESEARCH & APPLICATION
第
13
卷 第 2000 年
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期 月
④I/ O 扩展的能力 。8031 单片机是集 CPU 、I/ O 端口 及 RAM 等为一体的控制器 。常用晶振 6 MHz 属八位 机 。最大可扩展程序存贮器容量为 64 kB ,数据存贮 器容量为 64 kB ,具有丰富的指令功能 。 212 存储器芯片的选择

经济型数控机床纵向进给系统设计摘要鉴于我国目前资金短缺，工业生产规模小的特点，用较小的资金迅速改变机械工业落后的生产面貌，使之尽可能地提高自动化程度，保证生产质量，减轻劳动强度，提高经济效益，而实现这一任务有效的，基本的途径就是普及及应用经济型数控机床。

随着科学技术的飞速发展，机械产品的性能和质量不断提高，产品的更新换代也不断加快。

随之而来对机床的加工精度和生产率的要求也不断提高。

在这种形势下传统的旧式机床越来越不能适应新的要求。

随着电子技术的发展，把计算机技术引入机床中的数控机床技术得到了飞速发展。

当前，我国各大企业为了扩大生产，提高产品质量，从而对数控机床的需要日益增加。

然而对中小企业来说大批量地购进先进，功能复杂，价格昂贵的数控机床是不太现实的同时也是不必要的，但是，为了达到新的加工标准又必须采用数控机床，在这种形势下，经济型数控机床以其较高的性价比越来越受到企业的青睐和机床生产厂家的重视。

经济型数控车床CJK6140采用由8051芯片为主构成开环控制系统；其进给系统是步进电机通过消隙齿轮箱，带动滚珠丝杠转动，从而实现工作台沿机床导轨的水平移动。

经济型数控车床CJK6140具有加工精度高，稳定性好，生产效率高，工作可靠，价格低等优点。

关键词: 数控机床，8051，单片机，工作台Numerical control lathe length feed system designABSTACTWith the development of social production science and technology. It is essential for a machine not only to have high precision and high production and high production capability, but also to adjust to the rapid change of production. In this condition, numerical control machine was invented and put into practice. Furthermore, the more numerical control machines become advanced. In order to expand production and improve the quality of products, the big groups in our country demand more NC machine day after day. However it is not realistic and necessary for medium and small industry to buy advanced and expensive NC machines. The economic NC machines win more and more industry favors. The economic NC machine-CJK6140 adopts open loop control system. Through rotation of the lead screw, this is driven by a gear box, the working table moves in parallel along the NC machine’s lead rail.KEY WORD:Numerical control engine bed，8031，monolithic integrated circuits，work table目录摘要 (I)ABSTACT (II)第1章绪论 (1)1.1数控机床的产生和发展 (1)1.2数控车床的工作原理 (2)1.3.设计方案的确立 (2)第2章机械部分的设计计算 (3)2.1丝杠的设计与计算 (3)2.1.1切削力的计算 (3)2.2 滚珠丝杠的设计计算 (3)2.3齿轮箱减速器设计部分 (5)2.3.1传动比i (5)2.3.2 齿面接触强度设计计算 (6)2.3.3 齿根弯曲强度设计 (8)2.3.4 设计计算 (9)2.4 其他机械设计部分 (9)2.4.1减速箱最小输出轴的计算 (9)2.4.2轴承的选择 (10)2.5步进电机的选择 (10)2.5.1计算减速器的传动比I (10)2.5.2确定步进电机动力参数 (10)第3章数控系统设计 (13)3.1 数控系统硬件电路 (13)3.1.1 基本硬件组成 (13)3.1.2 硬件配套及基本结构 (13)3.1.3 接口线路 (14)3.1.4光电隔离电路 (14)3.1.5 功率放大电路 (15)3.1.6 辅助电路 (15)第4章软件设计 (16)4.1 C6140数控车床主要的技术参数及功能 (16)4.2 软件结构 (17)第5章使用说明书 (21)5.1 机床的使用和说明 (21)5.2 机床的保养和维护 (21)5.3 机床重要零部件的维护和保养 (21)第6章总结 (22)致谢 (23)参考文献 (24)第1章绪论1.1数控机床的产生和发展数控机床经济型改造,实质是机械工程技术与微电子技术的结合。

河南工业职业技术学院Henan PolytechnicInstitute毕业设计（论文）题目经济型数控车床数控装置接口硬件设计班级机电0705姓名李浩宇指导教师田林红绪论随着我国生产技术进步，在机械制造业中，经济型数控机床越来越受到企业的欢迎。

企业一方面投入大量资金购买数控车床，另一方面更新改造现有普通机床，通过为普通机床添加数控装置，将普通机床改造成经济型数控机床，这是许多中小型企业面临的重要技改措施。

数控机床能够适应市场对产品多样化、高精度的要求。

因此得到了越来越广泛的应用。

但是，商品化的数控机床价格高，一致于推广应用受到限制，而我国又现存有大量的普通机床，利用较先进的数控系统，对现有普通机床进行技术改造，对提高我国机械行业的数控加工技术具有更重要意义。

数控机床是衡量一个国家机械制造业水平的重要指标。

根据我国机床拥有量大，生产规模小的具体国情，将普通机床通过数控化改造为经济型数控机床是我国机械工业技术改造的这样目标。

但从我国目前机械工业制造水平与发达国家相比差距较大，而且从目前企业所面临的情况看，因数控机床价格较贵，一次性投资较大，使企业心有余而力不足。

因此，我国作为机床大国。

对普通机床数控化改造作为一种良好的有效途径。

这样机床改造花费少，改造设计针对性强、时间短，改造设计后的机床大多能够克服机床的缺点和存在的问题，生产效率高。

1 机械部分改造的设计及计算1.1课题的来源与意义及总体方案的确定1.1.1 课题的来源与意义：社会发展的今天，现代工业发展非常迅速突出，普通机床已越来越不能满足现代加工工艺及提高劳动生产率的要求。

如果设备全部更新换代不仅资金投入大，成本太高，而且原有设备的闲置又将造成极大浪费。

所以最简易经济的办法就是进行数控化改造。

数控机床作为机电一体化的典型产品，在机械制造业中发挥着巨大的作用，很好的解决了现代机械制造中结构复杂、精密、批量小、多变零件的加工问题，且能稳定产品的加工质量，大幅度地提高生产效率。

学院自动化学院本科毕业设计（论文）题目：经济型数控车床控制系统硬件电路设计专业：自动化（数控技术应用）Graduation Design (Thesis) Hardware Design of Economic NC LatheBy摘要本文详细地介绍了经济型数控车床控制系统硬件电路的设计过程。

该控制系统主要可分为四部分设计：CPU存储器扩展电路设计、显示电路设计、手动键盘和编辑键盘电路设计以及I/O扩展电路设计。

在CPU存储器扩展电路设计中，CPU选用MCS-51系列的8031单片机，外扩32K的程序存储器和8K的数据存储器，分别用于存放系统管理程序、数控加工程序以及运算数据；在显示电路设计中，选用MCS-51系列的89C2051单片机作为从CPU，控制三排LED显示器，用于X轴、Z轴动态坐标以及相关数字的动态显示；在手动键盘和编辑键盘设计中选用8155芯片的PA口和PC口作为行、列母线，扩展矩阵式编辑键盘，用于程序和数据的输入或编辑，同时选用8031单片机的P1口扩展手动键盘，用于系统启动、停止以及运动部件在X、Z轴方向的手动控制；在I/O口扩展电路设计中选用8255芯片扩展输入输出口，用于接收和传送开关量及相关信息。

总体来说，该设计电路简单、开发成本低、可靠性高，在此基础上，进一步完善硬件，并开发控制软件，对经济型数控车床，尤其是功能要求不高的经济型车床，具有一定的应用价值。

关键词：数控车床；控制系统；电路设计ABSTRACTThis paper introduced the hardware design of the economy numerical control lathe in detail, which mainly includes four parts: RAM/ROM, display module, keyboard and system I/O. In the design, a MCS-51 series microprocessor, 8031, is chosen as the system CPU, a 32K ROM is used to store the system software and an 8K RAM, to store NC code and operation data respectively. Another MCU, 89C2051 is used to realize the control of the three rows LED monitor showing coordinates of axis X and Z axis and other state of the system. Charnel A and C of 8155 are used for editor keyboard, which make the inputting or editing of the NC code and data possible. Charnel P1 of 8031 is used for the operation keyboard such as system power on/off and movement of axis X or Z. a programmable parallel I/O chip, 8255, is used to achieve system I/O and the transmission of other information. In summarize, the system developed is characterized by its simplicity, low development cost and high reliability. It can find its actual value in the development of economic NC lathe, especially for those whose function is not desired so much.Key words：Numerical Control Lathe; Control System; Circuit Design目录第一章绪论 (1)1.1 引言 (1)1.2 选题背景与意义 (2)1.3 研究现状 (3)1.4 本文的结构 (4)第二章经济型数控车床控制系统硬件电路设计方案的拟定 (5)2.1 控制对象及要求 (5)2.2 总体控制方案的拟定 (5)2.2.1 主CPU的选用 (5)2.2.2 外扩存储器的确定 (6)2.2.3 显示电路的确定 (6)2.2.4 扩展键盘及I/O口电路的确定 (7)2.2.5 总体方案的结构框图 (7)第三章经济型数控车床控制系统硬件电路设计 (8)3.1 CPU时钟及复位电路设计 (8)3.1.1 时钟电路设计 (8)3.1.2 复位电路设计 (8)3.2存储器扩展电路设计 (9)3.2.1 程序存储器扩展电路设计 (9)3.2.2 数据存储器扩展电路设计 (11)3.3 显示电路设计 (14)3.3.1 数字动态显示电路设计 (14)3.3.2 功能字显示电路设计 (16)3.4 手动键盘和编辑键盘电路设计 (17)3.4.1 手动键盘电路设计 (18)3.4.2 工作方式选择开关电路设计 (20)3.4.3 编辑键盘电路设计 (21)3.5 I/O接口扩展电路设计 (23)3.6 步进电机控制信号输出电路设计 (28)3.7 译码电路设计 (29)3.7.1 扩展芯片选择译码电路设计 (29)3.7.2 显示位选择译码电路设计 (31)第四章控制系统原理图及PCB图的绘制 (32)4.1 控制系统电路原理图的绘制方法及步骤 (32)4.2 控制系统电路PCB图的绘制方法及步骤 (35)第五章结论 (37)5.1 论文总结 (37)5.2 感想 (38)致谢 (39)参考文献 (40)附录A：英文资料 (41)附录B：英文资料翻译 (55)附录C：硬件设计原理图与PCB图 (67)附件：毕业论文光盘资料第一章绪论1.1 引言科学技术和社会生产的不断发展，对机械产品的质量和生产率提出越来越高的要求。