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数控车床工作台二维运动伺服进给系统设计摘要：数控车床在制造业中起着至关重要的作用。
为了提高生产效率和产品质量，设计一个稳定可靠、精确灵活的二维运动伺服进给系统尤为重要。
本文将针对数控车床工作台的二维运动伺服进给系统进行设计，包括运动控制算法、驱动器选型、传感器选择等方面。
1.引言数控车床是一种以电子技术、计算机技术和车床技术为基础的现代化机床。
它通过运动控制系统实现工作台的运动，可以实现复杂的加工工艺。
二维运动伺服进给系统是数控车床的核心部件之一2.运动控制算法运动控制算法是二维运动伺服进给系统的核心技术之一、常用的运动控制算法包括PID控制算法、自适应控制算法等。
PID控制算法是一种经典的，应用广泛的控制算法，它根据测量值与期望值的差异计算出控制量，并对系统进行修正。
自适应控制算法则是根据系统的参数变化自动地调整控制参数。
在设计二维运动伺服进给系统时需要根据实际情况选择合适的控制算法。
3.驱动器选型驱动器是实现工作台运动的关键部件，它将控制信号转换为电力信号，驱动电机工作。
在选择驱动器时需要考虑工作台的负载情况、速度要求和精度要求等因素。
常用的驱动器有直流伺服驱动器、交流伺服驱动器和步进驱动器等。
在设计二维运动伺服进给系统时需要根据实际情况选择合适的驱动器。
4.传感器选择传感器可以实现对工作台位置、速度和负载等参数的测量，是二维运动伺服进给系统的重要组成部分。
根据需要可以选择位置传感器、速度传感器和负载传感器等。
常用的位置传感器有编码器、激光干涉仪等，速度传感器有霍尔传感器、光电传感器等，负载传感器有压力传感器、力传感器等。
在设计二维运动伺服进给系统时需要根据实际需求选择合适的传感器。
5.结论设计一个稳定可靠、精确灵活的二维运动伺服进给系统对于提高数控车床的加工精度、提高生产效率具有重要意义。
本文针对数控车床工作台的二维运动伺服进给系统进行了详细的设计，包括运动控制算法、驱动器选型、传感器选择等方面。
陕西科技大学目录1.1 设计任务 (2)1.设计题目： (2)2.设计内容与要求 (2)1.2 总体方案设计 (2)1.2.1带有齿轮传动的进给运动 (2)1.3 机床进给伺服系统机械部分设计计算 (2)1.选择脉冲当量 (2)2.计算切削力 (2)1）纵车外圆 (2)2)横切端面 (2)3.滚珠丝杠螺母副的计算和选型 (3)1）纵向进给丝杠 (3)2)轴承选择。
(7)3）定位精度校核 (8)4.齿轮传动比计算。
(9)总结 (10)参考文献 (11)数控机床纵向进给伺服系统设计1.1 设计任务1.设计题目：数控机床纵向进给伺服系统设计2.设计内容与要求课题说明某一数控机床纵向进给伺服系统设计要求如下：纵向最大进给力为5000N，工作台重300Kg，工件及夹具的最大重量为500Kg，工作台纵向行程680mm，进给速度1～4000mm/min，快速速度15m/min。
导轨为矩形，表面粘贴聚四氟乙烯软带（摩擦系数为：0.04）。
要求的定位精度为±0.006mm。
设计内容——传动系统设计，主要包括运动转换机构、连接支撑方式等。
设计参数如下：(1)纵向行程：680mm(2)最大加工直径：在床面上 400mm在床鞍上 210mm(3)最大加工长度：1000mm(4)纵向进给速度：0.001～4m/min(5)纵向快速速度：15m/min(6)工作台重：300Kg(7)工件及夹具的最大重量：500Kg(8)摩擦系数为：0.04(9)代码制：ISO1.2 总体方案设计1.2.1带有齿轮传动的进给运动图1—1图1—2数控机床的伺服进给系统采用闭环系统，由于是数控机床纵向伺服系统，总体方案，从电动机出来带有齿轮传动，配上滚珠丝杠（采用滚珠丝杠可以提高系统的精度和纵向进给整体刚度）。
1.3 机床进给伺服系统机械部分设计计算1.选择脉冲当量根据设计任务书要求确定脉冲当量，纵向为0.01mm/步，横向为0.005mm/步（半径）。
CK6163数控车床控制系统设计1.本课题项目背景及研究意义金融危机爆发以来, 国际机床市场不断下滑, 国内经济型数控机床市场也受到了相称大影响, 产销量大幅下降。
虽然数据显示上半年已经止住下滑趋势, 略微回升, 但研究应对方略仍旧是当务之急。
经济型数控机床是国内数控机床行业发展起步产品, 发展时间比较长, 生产公司对此类机床技术掌握状况和生产能力也都比较成熟。
正由于如此, 加之其在国内拥有大量市场空间, 金融危机爆发之前产量较大。
但从去年金融危机后来总体状况来看, 国内经济型数控机床生产公司生产能力明显过剩。
近来中华人民共和国机床工具工业协会调研成果中得到公司生产状况显示, 重要生产经济型数控机床公司受到冲击比较大, 特别是某些产品档次比较低、产量比较大公司受到冲击更大, 甚至浮现某些公司限产现象。
导致这种状况浮现重要因素还是由于市场需求在减少, 加上经济型数控机床生产能力比较强, 生产公司比较多, 竞争比较激烈,同步经济型车床、钻床和铣床出口量下降比较严重, 某些产品出口转内销, 进一步加剧了国内市场竞争。
而对于产品档次比较高公司来说, 受到冲击就不是很明显, 特别是高精尖高档机床仍旧是供不应求。
数控机床代表着机械制造业当代科学技术发展方向和水平。
当前, 国内数控机床发展不但从技术水平上已研制出五坐标数控铣床加工中心, CNC系统和自动编程系统等。
同步, 也拥有了一定数量数控机床开发、生产、使用以及拥有量等都与世界上先进国家有较大差距。
要达到世界先进水平, 迅速发展国内数控机床行业势在必行。
经济型数控机床设计必然性: 数控机床能较好地解决形状复杂、精密、小批多变零件加工问题。
可以稳定加工质量和提高生产率, 也具备适应性强、较高加工精度。
但是应用数控机床还受到其他条件限制。
价格昂贵, 一次性投资巨大, 对于中小公司心有余而力局限性。
当前各公司均有大量通用机床, 完全用数控机床代替主线不也许, 并且代替下来机床闲置起来, 又会导致挥霍。
__届毕业（设计）论文题目CK6140数控车床主传动系统及进给伺服系统设计专业班级学号学生姓名随笔客指导教师指导教师职称学院名称机电工程学院完成日期： 2014 年 5 月 25日CK6140数控车床主传动系统及进给伺服系统设计CK6140 CNC lathe main drive system and feed servo system design学生姓名指导教师摘要本文介绍了CK6140数控车床的组成及工作原理，对数控机床的主要组成部分：机床主轴箱，进给伺服系统及主轴PLC控制进行了总体的设计及其详细设计。
数控机床是现代机电一体化的典型产品，对提高零件的加工质量和加工效率具有较好的作用。
在本次设计中，主要完成了以下工作：根据给出的要求，首先确定设计要求给出的已知条件确定电机的型号和功率，传动系统的布局，变速方式，开停方式，换向方式，制动方式及齿轮的排列与布置。
然后根据转速范围及级数确定它的转速图、各齿轮的齿数和传动系统简图。
在根据已确定传动比来确定带传动。
通过轴的初步设计，进行齿轮的设计和校核。
选取相应的轴承和键，进行轴的具体设计和校核，键和轴承的设计和校核。
最后进行装配图和各个零件图的绘制，完成主轴箱的设计。
然后完成伺服系统的设计。
在对进给伺服系统进行设计时，要确定进给传动系统的传动方式及控制系统的形式。
设计中，选择进给伺服系统为开环控制系统。
通过给定的参数选择好步进电机的步距角可确定传动齿轮的传动比及滚珠丝杆的导程。
设计的进给伺服系统能够满足设计任务的要求。
关键词：数控机床主轴箱进给伺服系统AbstractThis thesis introduced the constitution and working principle of CK6140 machine tool，the primarily parts of NC machine tool designed：including proceeds the total design and detailed design. NC machine tool is a modern machine to give or get an electric shock the integral whole the typical model of technique the processing of product, right exaltation spare parts the quantity with process the efficiency to have the good function. In this design,primarily completed following work.According to the timetable to design. First identified design requirements given the known conditions determine the type and electrical power, drivetrain system layout, speed change, stop the way for the way braking and gear configuration and the way layout. Based on rotational speed and scope of the class to determine its rotational speed maps, the various gear and drivetrain system Chishu sketch. In accordance with established transmission belt transmission than to determine. Through axle of the preliminary design, gear design and verification. The bearings and get used to a specific axle design and verification, design and verification keys and bearings. Final assembly of the various parts and mapping. Completed the design of headstock.Then completing the design of the servomechanism system. In designing of servo system, we can determine driving mode of driving system and controlling mode of controllingsystem,choosing the servo system for opening wreath control the system.Passing the parameter to settle the choice the good step the step for the electrical engineering the distance cape can make sure to spread to move the spreading of wheel gear to move the radio the roll the bead silk the think stick's lead. Design of into give the servo system can satisfy to designthe request of the mission.Keywords：NC Machine Tool；Axis Housing；Servomechanism目录摘要 (Ⅰ)Abstract (Ⅱ)第一章卧式数控车床简介 (1)1.1数控车床简介 (1)1.2 CK6140介绍及设计说明 (2)1.3设计任务 (3)第二章 CK6140总体设计计算 (6)2.1总体设计要求 (6)2.2机床的总体布局的确定 (7)2.3换向方向的选择 (7)2.4开停方式选择 (8)2.5 制动方式选择 (8)2.6 齿轮布置与排布 (8)2.7 变速方式选择 (9)2.8进给系统的组成及选用 (10)第三章主变速箱总体设计 (12)3.1电机的选用 (12)3.2传动方案的拟定 (15)3.3确定各级的转速................................... 错误！未定义书签。
数控车床横向进给系统设计
一、系统概述
采用数控车床横向进给系统，实现对外圆面、内圆面、铣坯和端面的
加工。
该进给系统是由伺服电机、传动装置、减速机、控制系统以及传动
系统等组成，实现对工件的无级调速和定长加工。
二、系统结构
1、伺服电机
采用伺服电机对车床横向进给实现无级调速，伺服电机采用伺服电机，功率为2.2kW，有效的提高了加工精度和效率。
2、传动装置
采用变位传动装置实现车床横向进给，其中最主要的部件有：滑轮、
减速箱和环形齿轮。
滑轮采用机械滑轮，具有安全可靠、使用简单、容易
安装等优点；减速箱采用放大减速箱，具有转速调节范围大、转速稳定等
特点。
3、控制系统
采用智能控制系统实现车床横向进给的调节，该系统使用普通的计算
机硬件，实现硬件与软件的协同工作，完成调节进给量和定长加工的功能。
4、传动系统
传动系统采用滑环传动，具有传动比高、安装方便等优点，实现车床
横向进给的定长加工功能。
三、系统特性
1、无级调速
采用伺服电机实现无级调速，可根据不同的加工要求，调节车床的横向进给速度。
2、定长加工
采用传动系统实现定长加工。
国家开放大学电大专科《数控机床》简答题综合题题库及答案（试卷号2431）国家开放大学电大专科《数控机床》简答题综合题题库及答案（试卷号：2431）盗传必究一、简答题1．数控机床的刀库有哪些类型？答：(1)鼓轮式；(2)链式；(3)格子箱；(4)直线式。
（5分）2.数控机床进给传动系统中选用传动齿轮副的作用是什么？答：进给系统采用齿轮传动装置，是为了使丝杠、工作台的惯性在系统中占有较小比重；同时可使高转速低转矩的伺服驱动装置的输出变为低转速大扭矩，从而适应驱动执行元件的需要；另外，在开环系统中还可计算所需的脉冲当量。
（5分）3．球杆仪的作用是什么？简述其测量原理。
答：球杆仪的作用：机床精度综合检测分析的标准设备。
（5分）球杆仪的测试原理为：利用机床的两轴联动做圆弧插补，通过分析圆弧的半径变化和弧线的轨迹特征来判断机床的误差元素。
（5分）4．简述数控机床的基本使用条件。
答：数控机床的基本使用条件：(1)保证一定的环境温度和湿度；(2)地基牢靠，有隔震措施；(3)工作地点允许的海拔高度为1000m;(4)稳定的供电电源，有抗干扰措施；(5)保护接地。
(10分)5．简述数控机床的基本组成部分。
答：控制介质、数控系统、伺服系统、机床本体、反馈装置和各类辅助装置组成。
（5分）6．简述全功能型数控车床的特点。
答：特点：控制系统是标准型的，带有高分辨率的CRT显示器以及各种显示、图形仿零点、刀具补偿等功能，而且还有通信或网络接口。
全功能型数控车床采用闭环或半闭环控制的伺服系统，可以进行多个坐标轴的控制，具有高刚度、高精度和高效率等特点。
（5分）7．简述滚珠丝杠螺母副传动的工作原理。
答：工作原理：在丝杠和螺母上都有半圆弧形的螺旋槽，当它们套装在一起时便形成了滚珠的螺旋滚道。
螺母上有滚珠回路管道，将几圈螺旋滚道的两端连接起来构成封闭的循环滚道，并在滚道内装满滚珠。
当丝杠旋转时，滚珠在滚道内既自转又沿滚道循环转动。
因而迫使螺母（或丝杠）轴向移动。
- VI -目录设计总说明 (I)GENERAL DESING INTRODUCTIO (Ⅲ)目录 (Ⅵ)第一章引言 (1)1.1数控机床的发展 (1)1.2数控机床的改造的必要性 (2)1.3本课题的研究对象及其相关参数 (3)第二章纵向进给系统总体方案的拟订和论证 (4)2.1设计任务 (4)2.2总体方案的论证 (4)2.3总体方案的确定 (5)第三章进给伺服系统机械部分设计 (6)3.1切削力的计算 (6)3.2滚珠丝杆螺母副的计算和选型 (7)3.3齿轮传动比的计算 (10)3.4步进进电机的计算和选型 (11)第四章数控系统硬件控制设计 (16)4.1控制系统方案确定 (16)4.1.1数控系统基本硬件组成 (16)4.1.2总体组成 (16)4.2总体组成及软硬件的分配 (16)4.3主控部分的设计 (17)4.3.1主控芯片选择 (17)4.3.2MCS—51系列单片机介绍 (17)4.3.3三总线结构 (19)4.3.4存储器结构 (19)4.3.5时序 (19)- VII -4.3.6中断功能 (20)4.3.7MCS---51单片机常用系统扩展芯片 (21)4.4存储器扩展设计 (22)4.4.1芯片选择 (22)4.4.2地址分配及译码 (23)4.5接口电路及辅助电路具体设计 (26)4.5.1.步进电机接口电路 (26)4.5.2.键盘、显示接口 (27)4.5.3其他辅助电路 (29)第五章经济型数控系统软件设计 (30)5.1软件的组成 (30)5.2插补原理及其程序设计 (30)5.2.1插补方法概述 (30)5.2.2逐点比较法的直线插补及其程序设计 (31)5.2.3逐点比较法的圆弧插补及其程序设计 (34)5.3步进电机运行程序控制设计 (36)5.4经济性数控系统的软件模型 (37)5.4.1模块组成 (37)5.4.2缓冲区设置 (37)5.4.3中段处理器 (38)5.4.4各模块说明及流程图 (38)结论 (42)参考文献 (43)致谢及声明 (44)- VIII -引言1.1机床的发展机床作为机械制造业的重要基础装备，它的发展一直引起人们的关注，由于计算机技术的兴起，促使机床的控制信息出现了质的突破，导致了应用数字化技术进行柔性自动化控制的新一代机床－数控机床的诞生和发展。
第三节伺服进给系统数控机床的进给系统又称“伺服进给系统”。
所谓“伺服”，即，可以严格按照控制信号完成相应的动作。
在数控机床的结构中，简化最多的就是进给系统。
所有数控机床的（做直线运动的）伺服进给系统，基本形式都是一样的。
一、传统机床进给系统的特点1．进给运动速度低、消耗功率少进给运动的速度一般较低，因而常采用大降速比的传动机构，如丝杠螺母、蜗杆蜗轮等。
这些机构的传动效率虽低，但因进给功率小，相对功率损失很小。
2．进给运动数目多不同的机床对进给运动的种类和数量要求也不同。
例如：立式钻床只要求一个进给运动；卧式车床为两个（纵、横向）；而卧式铣镗床则有五个进给运动。
进给运动越多，相应的各种机构（如变速与换向、运动转换以及操纵等机构）也就越多，结构就更为复杂。
3．恒转矩传动进给运动的载荷特点与主运动不同。
当进给量较大时，常采用较小的背吃刀量；当进给量较小时，则选用较大的背吃刀量。
所以，在采用各种不同进给量的情况下，其切削分力大致相同，即都有可能达到最大进给力。
因此，进给传动系统最后输出轴的最大转矩可近似地认为相等。
这就是进给传动恒转矩工作的特点。
4．进给传动系统的传动精度进给传动链从首端到末端，有很多齿轮等进行传递，每个传动件的误差都将乘以其后的传动比并最终影响末端件输出，输出端的总误差是中间各传动件误差的累积（均方根）。
因为进给传动链总趋势是降速，所以远离末端件的传动件误差影响较小，而越靠近末端件的传动件误差，对总的传动精度的影响越大。
因此把越靠近末端件的传动比取得越小（相当于“前慢后快”原则），对减小其前面各传动件的误差影响越大。
这就是“传动比递降原则”。
应该注意：传统机床仅在“内联系传动链”中需要考虑传动精度。
二、提高传动精度的措施：①缩短传动链减少传动件数目，以减少误差的来源。
（即累积误差减少）②合理分配各传动副的传动比尽可能采用传动比递降原则；尽量采用大降速比的末端传动副，如：输出为回转运动用蜗杆蜗轮副，输出为直线运动用丝杠螺母副。
目录设计总说明 (I)GENERAL DESING INTRODUCTIO (Ⅲ)目录 (Ⅵ)第一章引言 (1)1.1数控机床的发展 (1)1.2数控机床的改造的必要性 (2)1.3本课题的研究对象及其相关参数 (3)第二章纵向进给系统总体方案的拟订和论证 (4)2.1设计任务 (4)2.2总体方案的论证 (4)2.3总体方案的确定 (5)第三章进给伺服系统机械部分设计 (6)3.1切削力的计算 (6)3.2滚珠丝杆螺母副的计算和选型 (7)3.3齿轮传动比的计算 (10)3.4步进进电机的计算和选型 (11)第四章数控系统硬件控制设计 (16)4.1控制系统方案确定 (16)4.1.1数控系统基本硬件组成 (16)4.1.2总体组成 (16)4.2总体组成及软硬件的分配 (16)4.3主控部分的设计 (17)4.3.1主控芯片选择 (17)4.3.2MCS—51系列单片机介绍 (17)4.3.3三总线结构 (19)4.3.4存储器结构 (19)- VI -4.3.5时序 (19)4.3.6中断功能 (20)4.3.7MCS---51单片机常用系统扩展芯片 (21)4.4存储器扩展设计 (22)4.4.1芯片选择 (22)4.4.2地址分配及译码 (23)4.5接口电路及辅助电路具体设计 (26)4.5.1.步进电机接口电路 (26)4.5.2.键盘、显示接口 (27)4.5.3其他辅助电路 (29)第五章经济型数控系统软件设计 (30)5.1软件的组成 (30)5.2插补原理及其程序设计 (30)5.2.1插补方法概述 (30)5.2.2逐点比较法的直线插补及其程序设计 (31)5.2.3逐点比较法的圆弧插补及其程序设计 (34)5.3步进电机运行程序控制设计 (36)5.4经济性数控系统的软件模型 (37)5.4.1模块组成 (37)5.4.2缓冲区设置 (37)5.4.3中段处理器 (38)5.4.4各模块说明及流程图 (38)结论 (42)参考文献 (43)致谢及声明 (44)- VII -引言1.1机床的发展机床作为机械制造业的重要基础装备，它的发展一直引起人们的关注，由于计算机技术的兴起，促使机床的控制信息出现了质的突破，导致了应用数字化技术进行柔性自动化控制的新一代机床－数控机床的诞生和发展。
计算机的出现和应用，为人类提供了实现机械加工工艺过程自动化的理想手段。
随着计算机的发展，数控机床也得到迅速的发展和广泛的应用，同时使人们对传统的机床传动及结构的概念发生了根本的转变。
数控机床以其优异的性能和精度、灵捷而多样化的功能引起世人瞩目，并开创机械产品向机电一体化发展的先河。
数控机床是以数字化的信息实现机床控制的机电一体化产品，它把刀具和工件之间的相对位置，机床电机的启动和停止，主轴变速，工件松开和夹紧，刀具的选择，冷却泵的起停等各种操作和顺序动作等信息用代码化的数字记录在控制介质上，然后将数字信息送入数控装置或计算机，经过译码，运算，发出各种指令控制机床伺服系统或其它的执行元件，加工出所需的工件。
数控机床与普通机床相比，其主要有以下的优点：1. 适应性强，适合加工单件或小批量的复杂工件；在数控机床上改变加工工件时，只需重新编制新工件的加工程序，就能实现新工件加工。
2. 加工精度高；3. 生产效率高；4. 减轻劳动强度，改善劳动条件；5. 良好的经济效益；6. 有利于生产管理的现代化。
数控机床已成为我国市场需求的主流产品，需求量逐年激增。
我国数- VIII -控机床近几年在产业化和产品开发上取得了明显的进步，特别是在机床的高速化、多轴化、复合化、精密化方面进步很大。
但是，国产数控机床与先进国家的同类产品相比，还存在差距，还不能满足国家建设的需要。
1.2 数控机床改造的必要性我国是一个机床大国，有三百多万台普通机床。
但机床的素质差，性能落后，单台机床的平均产值只有先进工业国家的1/10左右，差距太大，急待需要新的制造方法及技术。
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了越来越高的要求。
机械加工工艺过程的自动化是实现上述要求的最重要措施之一，它不仅能够提高生产效率，降低生产成本，还能够大大改善工人的劳动条件。
我国是一个机床大国，有三百多万台普通机床。
但机床的素质差，性能落后，单台机床的平均产值只有先进工业国家的1/10左右，差距太大，全功能的数控系统虽然功能丰富，但成本高，我国一般的中小型企业购置困难，但是中小型企业为了发展生产，急待对原有机床进行改造。
随着数控机床越来越多的普及应用，数控机床的技术经济效益为大家所理解。
在国内工厂的技术改造中，机床的微机数控化改造已成为重要方面。
许多工厂一面购置数控机床一面利用数控、数显、PC技术改造普通机床，并取得了良好的经济效益。
我国经济资源有限，国家大，机床需要量大，因此不可能拿出相当大的资金去购买新型的数控机床，而我国的旧机床很多，用经济型数控系统改造普通机床，在投资少的情况下，使其既能满足加工的需要，又能提高机床的自动化程度，比较符合我国的国情。
1984年，我国开始生产经济型数控系统，并用于改造旧机床。
到目前为止，已有很多厂家生产经济型数控系统。
可以预料，今后，机床的经济型数控化改造将迅速发展和普及。
所以说，本毕业设计实例具有典型性和实用性。
- IX -1.3本课题的研究对象及其相关参数根据以上分析，本设计选择对CA6140 普通车床地纵向进给系统进行数控改造。
横向进给系统的改造与纵向类同。
相关参数：加工最大直径：在床面上ø400mm在床鞍上: ø210mm最大加工长度： 1000mm溜板及刀架重力：纵向 800N刀架快速速度：纵向 2.4 mm/min最大进给速度：纵向 0.6mm/min主电机功率 7.5kw启动加速时间 30ms机床定位精度 0.015mm此机床进给伺服系统脉冲当量选择：根据机床精度要求确定脉冲当量，纵向：0.01mm/step, 横向：0.005 mm/step （半径）。
第二章纵向进给系统总体方案的设计2.1设计任务本设计任务是对CA6140普通车床进行数控改造。
利用微机对纵向进给系统进行开环控制，纵向（Z向）脉冲当量为0.01mm/脉冲，驱动元件采用步进电机，传动系统采用滚珠丝杠副。
- X -2.2总体方案的论证对于普通机床的经济型数控改造，在确定总体设计方案时，应考虑在满足设计要求的前提下，对机床的改动应尽可能少，以降低成本。
（1）伺服进给系统的改造设计数控机床的伺服进给系统有开环、半闭环和闭环之分。
因为开环控制具有结构简单、设计制造容易、控制精度较好、容易调试、价格便宜、使用维修方便等优点。
所以，本设计决定采用开环控制系统。
（2）数控系统的硬件电路设计任何一个数控系统都由硬件和软件两部分组成。
硬件是数控系统的基础，性能的好坏直接影响整体数控系统的工作性能。
有了硬件，软件才能有效地运行。
在设计的数控装置中，CPU 的选择是关键，选择CPU应考虑以下要素：1. 时钟频率和字长与被控对象的运动速度和精度密切相关；2. 可扩展存储器的容量与数控功能的强弱相关；3. I/O口扩展的能力与对外设控制的能力相关。
除此之外，还应根据数控系统的应用场合、控制对象以及各种性能、参数要求等，综合起来考虑以确定CPU。
在我国，普通机床数控改造方面应用较普遍的是Z80CPU和MCS-51系列单片机，主要是因为它们的配套芯片便宜，普及性、通用性强，制造和维修方便，完全能满足经济型数控机床的改造需要。
本设计中是以MCS-51系列单片机，51系列相对48系列指令更丰富，相对96系列价格更便宜，51系列中，是无ROM的8051，8751是用EPROM代替ROM的8051。
目前，工控机中应用最多的是8031单片机。
本设计以8031芯片为核心，增加存储器扩展电路、接口和面板操作开关组成的控制系统。
- XI -- XII -2.3 总体方案的确定经总体设计方案的论证后，确定的CA6140车床经济型数控改造示意图如图所示。
车床的纵向（Z 轴）进给运动采用步进电机驱动。
由8031单片机组成微机作为数控装置的核心，由I/O 接口、环形分配器与功率放大器一起控制步进电机转动，经齿轮减速后带动滚珠丝杠转动，从而实现车床的纵向进给运动。
车床或变速箱步进电机功率放大器控制计算机磁带计算机手工输入数控程序编制加工工件图纸第三章 机 械 部 分 设 计纵向进给系统的设计与计算1、纵向进给系统的设计 经济型数控车床的改造一般是步进电机经减速驱动丝杠，螺母固定在溜板箱上，带动刀架左右移动。
步进电机的布置，可放在丝杠的任一端。
对车床改造来说外观不必项产品设计要求的那么高，而从改造方便，使用方面来考虑。
一般都把步进电机放在纵向丝杠的右端。
2、纵向进给系统的设计计算，已知条件：加工最大直径：在床面上 ø400mm在床鞍上: ø210mm最大加工长度： 1000mm溜板及刀架重力：纵向 800N刀架快速速度：纵向 2.4 mm/min 最大进给速度：纵向 0.6mm/min主电机功率 7.5kw启动加速时间 30ms机床定位精度 0.015mm此机床进给伺服系统脉冲当量选择：根据机床精度要求确定脉冲当量，纵向：0.01mm/step, 横向：0.005 mm/step （半径）3.1计算切削力纵车外圆主切削力FX（N）按经验公式估算：FX =0.67D5.1max=0.67×4005.1=5360车窗创身上加工最大直径，单位为mm 按切削力各分力比例：F z：FX ：FY=1：0.25：0.4FX=5360×0.25=1340FY=5360×0.4=2144- XIII -- XIV -F X ——走刀方向的切削分力（N ）；F Y ——垂直走刀方向的切削分力（N ）。
3.2滚珠丝杠螺母副的计算和选型滚珠丝杠副传动低效率高，摩擦损失小；启动力矩小，运动平稳，无爬行现象，传动精度高，同步性好，磨损小，使用寿命长，精度保持型好等优点。
在经济型数控机床的进给系统中，广泛采用滚珠丝杠副传动机构来实现精密进给运动。
纵向进给丝杠设计如下：1.计算进给率引力F m (N)纵向进给为综合性导轨F m =K+f '(Z F +G)=1.15×1340+0.16(5360+800)=2530（N ） 式中 K-----考虑颠复力矩影响的实验系数，综合导轨为1.15;f '----滑动导轨摩擦系数：0.15～0.18G------溜板及刀架重力 ：800N2.计算最大动负载c c=3L f w F m L=61060T n ⨯⨯ n=01000L v s ⨯ 0L ---滚珠丝杠导程，初选为6mm ；s v —最大切削力下的进给速度，可取最高进给速度的31~21，此处为0.6m/min;T —使用寿命，按15000h;w f —运转系数，按一般运转取 =1.2～1.5；L —寿命，以610转为1单位。
