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经济型数控系统的构成
一、经济型数控系统概述
定义：在我国，把由单片机和步进电动机组成的数控系统和其它功能简洁、价格低的系统称为经济型数控系统。
二、数控系统的硬件组成
构成经济型CNC的基本硬件由微处理器、存储器、输入／输出接口电路组成。
这里主要介绍用MCS-51系列单片机构成的经济型数控系统。
三、数控系统的软件组成
软件和硬件的结合，形成一个具有特定功能的计算机掌握系统，使该系统能够完成零件程序的输入、编辑、译码、数据计算、插补和伺服掌握等工作。
经济型数控系统软件主要包括监控与操作软件、插补计算软件、步进电动机掌握软件、误差补偿软件等。
（一）监控与操作程序
监控与操作程序用来实现人机对话、系统监控、指挥整个系统软件协调工作等。
它包括系统的初始化、命令处理循环、零件加工程序的输入、零件加工程序的编辑修改、指令分析与执行、系统自检等。
（二）步进电动机掌握软件
微机掌握步进电动机的驱动系统，不仅可用程序代替可变频率脉冲源和环形安排器等硬件，还很简单用程序实现步进电动机升降速掌握等功能。
用软件完成环形安排的优点是线路简洁，成本低，可以敏捷地转变步进电动机的掌握方案，而驱动功率放大功能仍由硬件完成。
经济型数控车床电动刀架PLC控制电路设计近年来，数控技术在机械加工行业中得到了广泛的应用。
数控（Numerical Control）简称NC，是利用数字信息进行工控的一种技术。
在数控设备中，电动刀架是重要的组成部分之一，其用于自动更换刀具，提高机床的加工效率。
在本篇文章中，我将介绍一种经济型数控车床电动刀架PLC （Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器）控制电路的设计。
该设计采用的是简单且成本较低的电路结构，适用于小型工厂或个人车间的数控车床。
首先，我们来介绍电动刀架的原理。
电动刀架由电机、传动装置和刀架组成。
传动装置可以使刀架在机床的X、Z轴上进行移动，并且只有在传动装置工作时，电动刀架才能进行刀具的更换。
刀具的选择通常通过对刀片的转动角度进行控制，采用PLC进行控制可以实现刀具的自动选择。
PLC控制电路设计如下：1.电机控制电路为了控制电动刀架的移动，我们需要使用一个电机来驱动传动装置。
这里我们选择步进电机，因为步进电机具有高效、低功率、低噪音等优点。
电机控制电路可以使用L298N驱动芯片，该芯片具有良好的防抖动能力，能够实现步进电机的准确控制。
2.传感器控制电路传感器用于检测刀架的位置。
我们可以使用限位开关或光电开关作为传感器，当刀架到达预定的位置时，传感器将发送信号给PLC，PLC根据信号来控制电机的停止或移动。
在电路设计中，需要考虑传感器输出信号的电平转换和防抖动电路的设计。
3.PLC控制电路PLC控制电路是整个系统的关键部分。
我们可以选择适当的PLC型号，如三菱、台达或西门子等。
PLC具有良好的可靠性和强大的功能，能够实现复杂的逻辑控制。
在这个设计中，PLC负责接收传感器信号，并根据预设的程序控制电机的运动和刀具的选择。
4.电源电路电源电路主要为整个系统提供电能。
由于PLC和电机需要较高的电流，我们需要选择合适的电源输出电压和电流。
除了上述的四个主要电路，我们还需要考虑设备的保护电路和信号补偿电路的设计。
优秀设计XXXX大学毕业设计说明书学生姓名：学号：学院：专业：题目：CA6140普通车床经济型数控改造设计指导教师：职称:职称:20**年XX月XX日毕业设计（论文）任务书注：任务书的具体内容可依据各系要求进行修正。
另，学生所做毕业设计(论文)的工作的研究成果归河北理工大学所有，学生不能向第三方泄露有关成果内容和技术秘密。
目录摘要 (6)Abstract (7)1绪论 (8)1.1引言 (8)1.2机床数控改造的目的 (9)1.3数控系统的产生和发 (10)1.3.1数控系统的出现和发展 (10)1.3.2数控系统的发展趋势 (11)1.4数控改造的必要性 (11)1.5数控机床改造的优点 (12)1.6数控机床改造的设计步骤 (13)1.7 CA6140的数控改造 (14)1.7.1数控系统的选择 (14)1.7.2 CPU和存储器 (15)1.7.3 I/O接口电路 (16)1.7.4其它部件的选择 (16)2数据参数的选择及其计算 (18)2.1纵向进给系统得设计计算（装配图2） (18)2.1.1选择脉冲当量： (18)2.1.2计算切削力： (18)2.1.3滚珠丝杠螺母副的计算和选型： (20)2.1.4齿轮及转距的有关计算： (21)2.2横向进给系统的设计计算： (23)2.2.1切削力计算： (24)2.2.2滚珠丝杠设计计算： (24)2.2.3齿轮及设计的有关计算： (26)2.2.3步进电机的选择： (27)2.3自动刀架的设计 (29)2.3.1刀架的抬起： (29)2.3.2刀架的回转和选位 (29)2.3.2刀架的下降定位和压紧 (30)2.3.3减速机构的设计计算 (31)2.3.3蜗杆传动的设计计算 (34)2.3.4螺旋升降装置得设计计算 (38)3数控系统硬件电路设计 (43)3.1概述 (43)3.2 8088微处理器控制系统设计 (44)3.2.1主要技术特性及硬件配置 (44)3.2.2存储空间的分配 (44)3.2.3I/O地址分配 (44)3.2.4单片机部分电路设计图如图纸所示 (44)3.2.5光电隔离电路 (44)3.2.6功率放大电路 (45)3.2.7其他辅助电路 (46)4软件设计部分 (47)4.1概述 (47)4.2总体方案设计 (47)4.3插补方法的确定 (48)4.4进给控制字FCW的设置 (50)4.5环行分配器的子程序 (50)附录Ⅰ (51)附录Ⅱ (57)致谢 (62)参考文献 (63)摘要近20年来.我国数控技术和数控机床走过了引进技术、消化吸收和实现产业化的历程。
课程名称：经济型数控系统设计一、单项选择题1. A；2. ；3. B；4. B；5. C；6. A；7.C；8. C；9. C；10. B； 11. B； 12. ； 13. D； 14. A； 15. ； 16. D； 17. C；18.二、多项选择题（本大题共5题，每小题2分，共10 分）19. ABCD 20. BCDE 21. 22. ABDE 23. BCDE三、填空题24. 答：自适应控制系统 25. 答: 光电隔离26. 答：越低 27. 答：小；安装距离四、判断题28.（正确）29.（错误）30.（错误）31.（错误）32.五、简答题33.答：机床主轴常用的滚动轴承有：双列圆柱滚子轴承、双向推力角接触轴承、角接触球轴承、圆锥滚子轴承和深沟球轴承。
34.答：车床的种类有：卧式车床和落地车床；立式车床；转塔车床；单轴和多轴自动和半自动车床；仿形车床和多刀车床；数控车床和车削中心；各种专门化车床，如凸轮轴车床、曲轴车床、车轮车床及铲齿车床。
35.答：1）主要用于加工箱体类零件和杂件的平面和孔；2）生产率高；3）加工精度稳定；4）研制周期短便于设计、制造和使用维护，成本低；5）自动化程度高，劳动强度低；6）配置灵活。
36.答：1）标准的数控机床或制造单元；2）一个在机床和装夹工位之间运送零件和刀具的传送系统；3）一个发布指令，协调机床、工件和刀具传送装置的总监控系统；4）中央刀具库及其管理系统；5）自动化仓库及其管理系统。
六、计算题37.解：机械分级变速箱的变速范围为：R f=R n/R d=60/8=7.5机械分级变速箱的公比为：φ=（0.90~0.97）R d=0.94*8=7.52由RF=R n/R d=φf Z-1可以知道分级变速箱的级数为Z=1+lg7.5/lg7.52=238. 解:设热伸长为：△L已知：L=500mm, △T=5℃则：△L =α×L×△T⨯⨯=-.03⨯012500510.0=03)mm(第 3 页，共 3 页。
姓名：学号：所在系部：专业班级：指导教师：日期：工程技术学院毕业设计（论文）任务书此表由指导教师填写院系审核毕业设计（论文）学生开题报告课题类型：课题类型： A-理论探究型 B-实践应用型毕业设计（论文）学生申请答辩表学生签名：日期：毕业设计（论文）指导教师评审表4毕业设计（论文）评阅人评审表5毕业设计（论文）答辩表6-1毕业设计（论文）答辩记录表（不足加附页）毕业设计（论文）成绩评定总表学生姓名：专业班级：毕业设计（论文）题目：数控铣床二维工作台设计注：成绩评定由指导教师、评阅人和答辩组分别给分(以百分记)，最后按“优(90--100)”、“良(80--89)”、“中(70--79)”、“及格(60--69)”、“不及格(60 以下)”评定等级。
其中，指导教师评定成绩占40%，评阅人评定成绩占20%，答辩组评定成绩占40%。
学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
作者签名：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学院有关保管、使用学位论文的规定，同意学院保留并向有关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。
本人授权省级优秀学士学位论文评选机构将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
本学位论文属于1、保密□，在年解密后适用本授权书。
2、不保密□。
（请在以上相应方框内打“√”）作者签名：年月日导师签名：年月日HuBei University Of Technology EngineerinAnd Technology collogyByCai Xian LongMay 18 2012摘要伴随着各行业对机加工产品要求的不断提高和数控技术的飞速发展，数控机床以其高精度、高效率和低劳动强度等诸多普通机床无法比拟的优势，成为当今制造业的主流加工设备，大多数企业的生产机床为普通机床，生产设备陈旧落后，用这种设备加工出来的产品普遍存在质量差，精度低，成本高，供货周期长等问题，已经不能适合当今企业所面临的竞争需要。
摘要随着当今工业设备对精密程度的要求越来越高，加工设备的机械加工设备的加工的精密程度也要求越来越高。
而在中国的机械加工设备的车床中普通车床占了很大比例。
这已经越来越制约着当今工业的发展。
而数控机床由于价格昂贵，且需要较高技术的加工工人。
所以对机床进行自动化改造很是必要。
本篇论文是在对普通卧式车床C6140的基础上对其进行自动化改造。
作者在搜索、查阅研究大量有关资料的基础上，对机床自动化改造技术进行了深入的研究和分析，并描述了机床控制系统的设计。
整个改造过程主要对车床纵、横向进给系统进行改造，选用自动转位刀架，由脉冲发生器来加工所需要的螺纹。
整个控制系统以单片机为中心，通过编程对机床的驱动设备进行控制以达到所需要的加工程度。
关键词：机床改造；自动化机床；控制系统ABSTRACTWith the development of industry equipment, the precision required of industry equipment is more and more high. The more and more precision of equipment which machined the industry equipment is required. But in China the common lathe have a very great comparison in the machined equipment, this already restrict the development of industrial nowadays. But the CN lathe is more expensive, and needed workers with higher technically. So it is a necessity very much to modify the common lathe to lathes automatic. This paper is in the foundation of the commonness horizontal lather C6150 and modified it to Lathes automatic.The author has performed the further research and for the lathes automatic modification on the basis of the constant consultation of abundant relative documents, which focuses on describing the design of control of the machine. The main to modify the lathe is to modify the portrait, horizontal enter to the system in the Whole modification process and choose the automatic knife rest and be processed the thread need by pulser. The whole control system with the CPU of 8031 is to control the machine for center, through a plait distance drive tool machine an equipments to carry on control to attain need of process degree.Key words:Machinery Tool Reform；Lathes automatic；Servo system目录第1章绪论........................................错误！未定义书签。
目录目录--------------------------------------------------------------------1 摘要 -------------------------------------------------------------------2 第一章绪论-----------------------------------------------------------------2 第二章 CNC系统总体方案的确定-----------------------------------------------3 2.1 系统总体方案--------------------------------------------------------------3 2.2 系统功能模块及其分析-------------------------------------------------------5第三章硬件系统设计---------------------------------------------------------7 3.1 控制系统硬件设计-----------------------------------------------------------7 3.2 主模块设计----------------------------------------------------------------8 3.3 输入/输出模块设计----------------------------------------------------------9 3.4 人机界面模块设计----------------------------------------------------------113.4.1 显示方式的确定--------------------------------------------------------113.4.2 数控操作面板外形图设计-------------------------------------------------123.4.3 机床操作面板设计------------------------------------------------------12 3.5 系统安装结构设计----------------------------------------------------------13 3.6 PLC在CNC系统中的应用----------------------------------------------------13 3.7 系统电气原理图设计--------------------------------------------------------15第四章系统软件设计--------------------------------------------------------15 4.1 软件功能设计-------------------------------------------------------------15 4.2 软件结构分析、设计--------------------------------------------------------16 4.3 人机界面及其软件实现技术---------------------------------------------------174.3.1 菜单驱动技术的应用---------------------------------------------------17 4.4 逐点比较插补法的软件实现--------------------------------------------------174.4.1 直线插补原理---------------------------------------------------------174.4.2 直线插补—G01程序设计------------------------------------------------204.4.3 圆弧插补原理---------------------------------------------------------23 4.5 快速点定位—G00程序设计--------------------------------------------------26 4.6 暂停(延迟)指令—G04程序设计-----------------------------------------------28 4.7 步进电机正反转及转速控制程序设计-------------------------------------------29鸣谢------------------------------------------------------------------30参考文献------------------------------------------------------------------30经济型数控系统研究与设计第1章绪论按数控系统的功能水平,可以把数控系统分为高、中、低三档,低档数控系统即可认为是经济型数控系统。
经济型数控系统是相对于标准型数控系统而言的，不同时期，不同国家和地区的含义是不一样的。
根据实际机床的使用要求，合理简化系统，降低成本，即可称为经济型。
区别于经济型数控系统，将功能比较齐全的数控系统称为全功能数控系统，或称为标准型数控系统。
就其功能而言，经济型数控系统一般分辨率较低，连动轴数较少，人机接口比较简单，造价低廉，可以说得上是最经济的数控系统。
所以，经济型数控系统主要指开环系统。
开环数控系统具有结构简单、造价低、维修调试简单、运行维护费用低等特点，但受步进电动机矩频特性的限制，精度、进给速度、力矩三者互相制约，性能的提高受到限制。
所以，开环数控系统一般用在精度或速度要求不高，或者力矩不大的场合。
经济型数控系统主要同微型计算机与步进电机驱动系统组成，既具有一定的数控功能，又具有造价低、使用维修方便等特点。
本设计就是围绕经济、实用这个核心而进行的。
本系统硬件采用工业标准（STD）总线，大板结构。
不采用工业控制机，自行设计专用印刷主电路板。
主电路板上有多个插槽，可插入LCD控制板、I/O接口控制板、步进电机控制板等，还设有一个扩展槽以便用户扩展系统功能。
一块模板基本上具有一种或二种功能，实现了模板级的功能分散，可以根据用户的需要对系统裁剪或扩展，系统组成灵活。
本系统确定单微处理器开环数控系统，因其结构简单，可以根据专用设备的控制要求自行设计开发，周期短、费用低、见效快。
选用INTEL公司推出的准16位嵌入式微控制器8098单片机。
系统采用独立型PLC，因其具有较强的数据处理、通信和诊断功能。
本系统采用LCD显示器，图形点阵液晶显示器是目前在单片机系统中比较流行的新型显示器件，可以显示所有字符及图形，由于其可以显示汉字的特性被广泛用于国内智能设备中，国内的数控系统也开始广泛采用。
作为一个简易型数控系统，本系统采用了20*2带背光字符型液晶模块作为主显示界面，不有用数码管显示或CRT显示。
本系统采用64键（8*8）行列式键盘，键盘扫描由Intel8279 键盘/显示接口芯片完成。
系统设计中充分考虑功能的需要、操作方便的需要及系统复杂性的要求三个之间的关系，确定系统的大多数按键为双功能键，使得整个系统界面简洁。
本系统功能精简，实用性强，系统功能由硬件和软件按照经济性的要求适当划分。
软件设计具备经济型数控系统必要的基本功能：最多二轴联动、具备基本的准备功能及辅助功能、步进电机控制能力、直线、圆弧插补能力、串行通信能力等。
第2章CNC系统总体方案的确定2.1 系统总体方案计算机数控（CNC）系统由程序、输入装置、输出装置、CNC装置、PLC、主轴驱动装和进给（伺服）驱动装置组成，如图2-1所示。
系统设计应具有灵活性、通用性、可靠性，易于实现基本的数控功能，使用、维修也较为方便，并且与外界通信的功能。
图2-1 CNC系统组成CNC数控系统由以下几个部分组成：1)微型计算机，包括中央处理器、存储器、I/O接口等。
2)进给伺服系统，在开环数控系统中为步进电机伺服系统。
3)开关量控制及主轴控制，这部分涉及到M、T、S代码的执行。
4)人机接口和通信功能。
5)控制软件。
系统设计的目的决定了系统只能采用开坏控制方式。
在开坏型位置控制系统中，只能采用步进电机作为伺服单元。
这是由步进电机本身的特性决定的。
关于步进电机的特性等详细内容见其它资料。
本系统确定为开环数控系统，其结构简单，可以根据专用设备的控制要求自行设计开发，周期短、费用低、见效快。
开环数控系统结构框图如图2-2所示。
在进行开环数控系统的总体设计时，通常要考虑以下问题：1.系统功能要求设计系统之前，应该明确定义系统的功能。
在定义开环数控系统功能时，应以必要为度，既然是经济型系统，应不求最佳，但求满意。
定义系统时，应综合考虑经济性、实用性、开发周期和开发能力等因素，对系统的某些功能进行权衡，决定取舍。
1)本系统具有以下主要功能和要求：2)具有两轴联动的轴控制功能；3)具有基本的准备功能、进给功能、辅助功能、PLC等；4)具有基本的人机对话功能，如显示、通信功能及输入输出设备；5)硬件、软件的设计均以经济型为平台；图2-2 开环系统结构2.确定控制任务及软件、硬件任务的划分根据系统功能，可以进一步确定系统的基本构成部分及各部分要完成的控制任务。
对一些控制任务要确定是用硬件来完成还是用软件来完成，如开关量的逻辑控制可以用硬件来完成，也可以用软件来完成。
复杂的逻辑控制，用软件来完成就要经济一些，而且故障率低。
而用软件完成这些功能要时间，如果微处理器时间已饱和，则一些简单的逻辑控制就必须用硬件来实现。
3.确定各部分的联系确定系统各部分的联系，主要指信息方面的联系。
系统各个组成部分之间要传送什么信息，以什么形式传送，需要定义清楚。
4.确定微机系统确定用单微机系统还是多微机系统，选择微机型号。
选择微机型号时，要考虑经济性和先进性，同时必须考虑开发手段、支持软件及外围芯片等因素。
由于控制功能不十分复杂，故采用单微机处理器结构。
单微处理器结构的CNC系统具有如下一些特点：1)CNC系统内只有一个微处理器，对存储、插补运算、输入输出控制、LED显示等功能都由它集中控制分时处理。
2)微处理器通过总线与存储、输入输出控制等各种接口相连，构成CNC系统。
