X6132铣床的数控化改造设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 1 页 共 46 页 摘 要 利用数控系统改造铣床是提高老设备利用率的一种重要手段。改造后的数控铣床，不仅适合加工椭圆弧面和凸轮曲面，而且大大地减轻了工人的劳动强度。 本文介绍了一种用单片机控制伺服电机的 能升降台铣床的工作台的数控改造的半闭环控制系统设计方案。改造后的机床能利用微型计算机来控制直流伺服电机，驱动工作台进行 X、 Y、 而实现二轴联动，该半闭环控制数控系统由测速发电机来反馈伺服电机的速度，同时由感应同步器来反馈滚珠丝杠的角位移量，具有机床自动进给的功能。该系统可实现直线插补和圆弧插补， 数控加工按轮廓编程，能自动适应刀具尺寸的变化。 关键词： 数控改造 半闭环控制 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 2 页 共 46 页 t is of C it of C s a of 6132 of of in in a to C of in 、 Y、Z to to in to s to to of to to to to to 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 3 页 共 46 页 目 录 前 言 . 5 正 文 . 10 . 10 6132 普通升降台铣床的用途 . 10 设计任务 . 10 . 10 传动系统的改造 . 13 . 13 . 13 . 13 . 13 . 14 . 15 . 17 . 17 . 18 . 18 . 20 ， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 4 页 共 46 页 . 28 . 29 . 29 . 29 元电路 . 30 . 32 . 32 . 35 . 35 作方式选择 . 35 . 35 . 36 ， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 5 页 共 46 页 前言 装备工业的技术水平和现代化程度决定着整个国民经济的水平和现代化程度，数控技术及装备是发 展新兴高新技术产业和尖端工业（如信息技术及其产业、生物技术及其产业、航空、航天等国防工业产业）的使能技术和最基本的装备。马克思曾经说过“各种经济时代的区别，不在于生产什么，而在于怎样生产，用什么劳动资料生产”。制造技术和装备就是人类生产活动的最基本的生产资料，而数控技术又是当今先进制造技术和装备最核心的技术。当今世界各国制造业广泛采用数控技术，以提高制造能力和水平，提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力。此外世界上各工业发达国家还将数控技术及数控装备列为国家的战略物资，不仅采取重大措施来发展自己的数控技术及 其产业，而且在“高精尖”数控关键技术和装备方面对我国实行封锁和限制政策。总之，大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为世界各发达国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。 数控技术是机械加工技术、微电子技术、监控检测技术、计算机技术、自动控制等多种学科的集成，是一门新兴技术。数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术，数控装备是以数控技术为代表的新技术对传统制造产业和新兴制造业的渗透形成的机电一体化产品，即所谓的数字化装备，其技术范围覆盖很多领域：机械制 造技术；信息处理、加工、传输技术；自动控制技术；伺服驱动技术；传感器技术；软件技术等。 该新技术主要是研究更好的具有高效率、高精度、高自动化、高可靠性的设备数控机床，能满足各种加工要求，提高生产率、改善产品质量、增加经济效益。数控技术从发明到现在，已有近 50 年的历史。按照电子器件的发展可分为 5个发展阶段：电子管数控，晶体管数控，中小规模 处理器数控；数控系统装备的机床大大提高了加工精度、速度和效率。机械制造商可以在该开放系统的平台上增加一定的硬件和软件构成自己的系统。目前， 控系 统的体系结构主要有以下几种形式： (1)专用数控加 端的复合式结构 这类系统的设计思想是将通用 用 (2)通用 实时控制单元的递阶式结构 其设计思想是利用 作为数买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 6 页 共 46 页 控系统软硬件平台，在其标准总线上直接连接实时控制单元 (将实时控制板卡插入总线插槽中 )而组成完整的数控系统。 (3)数字化分布式结构 其方案是将由 组成的数字式伺服通过以光缆等为介质的网络与 控装置连接起来，组成一完整的数控系统。 我国数控技术起步于 1958年，经过近 50 年的发展，我国国产数控装备的产业化取得了实质性进步。在“九五”末期，国产数控机床的国内市场占有率达50，配国产数控系统（普及型）也达到了 10。 虽然在数控技术的研究开发以及产业化方面取得了长足的进步，但我们也要清醒地认识到，我国高端数控技术的研究开发，尤其是在产业化方面的技术水平现状与我国的现实需求还有较大的差距。虽然从纵向看我国的发展速度很快，但横向比（与国外对比）不仅技术水平有差距，在某些方面发展速度也有差距，即一些高精尖的数控装备的技术水平差 距有扩大趋势。从国际上来看，对我国数控技术水平和产业化水平估计大致如下： 国外先进水平大约落后 10 15 年，在高精尖技术方面则更大。 场占有率低，品种覆盖率小，还没有形成规模生产；功能部件专业化生产水平及成套能力较低；外观质量相对差；可靠性不高，商品化程度不足；国产数控系统尚未建立自己的品牌效应，用户信心不足。 竞争前数控技术的研究开发、工程化能力较弱；数控技术应用领域拓展力度不强；相关标准规范的研究、制定滞后。 3. 数控技术的发展趋势 数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，他对国计民生的一些重要行业（ 车、轻工、医疗等）的发展起着越来越重要的作用，因为这些行业所需装备的数字化已是现代发展的大趋势。从目前世界上数控技术及其装备发展的趋势来看，其主要研究热点有以下几个方面。 (1)高速、高精加工技术及装备的新趋势 效率、质量是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极大地提高效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市 场竞争能力。 在加工精度方面，近 10 年来，普通级数控机床的加工精度已由 10 m 提高买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 7 页 共 46 页 到 5 m，精密级加工中心则从 3 5 m，提高到 1 m，并且超精密加工精度已开始进入纳米级 (m)。 在可靠性方面，国外数控装置的 000服系统的 0000现出非常高的可靠性。 为了实现高速、高精加工，与之配套的功能部件如电主轴、直线电机得到了快速的发展，应用领域进一步扩大。 (2) 5轴联动加工和复合加工机床快速发展 采用 5轴联动对三 维曲面零件的加工，可用刀具最佳几何形状进行切削，不仅光洁度高，而且效率也大幅度提高。一般认为， 1台 5轴联动机床的效率可以等于 2台 3轴联动机床，特别是使用立方氮化硼等超硬材料铣刀进行高速铣削淬硬钢零件时， 5轴联动加工可比 3轴联动加工发挥更高的效益。但过去因 5轴联动数控系统、主机结构复杂等原因，其价格要比 3轴联动数控机床高出数倍，加之编程技术难度较大，制约了 5轴联动机床的发展。 当前由于电主轴的出现，使得实现 5 轴联动加工的复合主轴头结构大为简化，其制造难度和成本大幅度降低，数控系统的价格差距缩小。因此促 进了复合主轴头类型 5轴联动机床和复合加工机床（含 5面加工机床）的发展。 (3)智能化、开放式、网络化成为当代数控系统发展的主要趋势 . 21 世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统，智能化的内容包括在数控系统中的各个方面：为追求加工效率和加工质量方面的智能化，如加工过程的自适应控制，工艺参数自动生成；为提高驱动性能及使用连接方便的智能化，如前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负载自动选定模型、自整定等；简化编程、简化操作方面的智能化，如智能化的自动编程、智能化的人机界面等；还有智能诊断、智能 监控方面的内容、方便系统的诊断及维修等。目前开放式数控系统的体系结构规范、通信规范、配置规范、运行平台、数控系统功能库以及数控系统功能软件开发工具等是当前研究的核心。 网络化数控装备是近两年国际著名机床博览会的一个新亮点。数控装备的网络化将极大地满足生产线、制造系统、制造企业对信息集成的需求，也是实现新的制造模式如敏捷制造、虚拟企业、全球制造的基础单元。 微观上看，数控机床比传统机床有以下突出的优越性，而且这些优越性均来自数控系统所包含的计算机的威力。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 8 页 共 46 页 可以加工出传统机床加工不出来的曲线、曲面等复杂的零件；由于计算机有高超的运算能力，可以瞬时准确地计算出每个坐标轴瞬时应该运动的运动量，因此可以复合成复杂的曲线或曲面； 可以实现加工的柔性自动化，从而效率可比传统机床提高 3 7 倍；由于计算机有记忆和存储能力，可以将输入的程序记住和存储下来，然后按程序规定的顺序自动去执行，从而实现自动化。数控机床只要更换一个程序，就可实现另一工件加工的自动化，从而使单件和小批生产得以自动化，故被称为实现了“柔性自动化”；加工零件的精度高，尺寸分散度小，使装配容易，不再需要 “修配”；可实现多工序的集中，减少零件 在机床间的频繁搬运；拥有自动报警、监控、补偿等多种自律功能，因而可实现长时间无人看管加工。 此外，机床数控化还是推行 性制造单元）、 性制造系统）以及 算机集成制造系统）等企业信息化改造的基础。数控技术已经成为制造业自动化的核心技术和基础技术。 宏观上看，工业发达国家的军、民机械工业，在 70年代末、 80 年代初已开始大规模应用数控机床。其本质是，采用信息技术对传统产业（包括军、民机械工业）进行技术改造。除在制造过程中采用数控机床、 ，还包括在产品开发中推行 拟制造以及在生产管理中推行 理信息系统）、 及在其生产的产品中增加信息技术，包括人工智能等的含量。由于采用信息技术对国外军、民机械工业进行深入改造（称之为信息化），最终使得他们的产品在国际军品和民品的市场上竞争力大为增强。而我们在信息技术改造传统产业方面比发达国家约落后 20 年。如我国机床拥有量中，数控机床的比重（数控化率）到 1995年只有 而日本在 1994年已达 因此每年都有大量机电产品进口。这也就从宏观上说 明了机床数控化改造的必要性。 我国是制造大国，在世界产业转移中要尽量接受前端而不是后端的转移，即要掌握先进制造核心技术，否则在新一轮国际产业结构调整中，我国制造业将进一步“空芯”。我们以资源、环境、市场为代价，交换得到的可能仅仅是世界新经济格局中的国际“加工中心”和“组装中心”，而非掌握核心技术的制造中心的地位，这样将会严重影响我国现代制造业的发展进程。 我们应站在国家安全战略的高度来重视数控技术和产业问题，首先从社会安买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 9 页 共 46 页 全看，因为制造业是我国就业人口最多的行业， 制造业发展不仅可提高人民的生活水平，而且还可缓解我国就业的压力，保障社会的稳定；其次从国防安全看，西方发达国家把高精尖数控产品都列为国家的战略物质，对我国实现禁运和限制，“东芝事件”和“考克斯报告”就是最好的例证。 从我国基本国情的角度出发，以国家的战略需求和国民经济的市场需求为导向，以提高我国制造装备业综合竞争能力和产业化水平为目标，用系统的方法，选择能够主导 21 世纪初期我国制造装备业发展升级的关键技术以及支持产业化发展的支撑技术、配套技术作为研究开发的内容，实现制造装备业的跨跃式发展。 在高精尖装备研发方面，要强调产、学、研以及最终用户的紧密结合，以“做得出、用得上、卖得掉”为目标，按国家意志实施攻关，以解决国家之急需。 在竞争前数控技术方面，强调创新，强调研究开发具有自主知识产权的技术和产品，为我国数控产业、装备制造业乃至整个制造业的可持续发展奠定基础。 在当前经济条件下，中、高档全功能数控机床的功能齐全，功率较大，动作较多，运动较复杂，定位精度较高。但是配置这种系统的数控机床价格昂贵。我国一般的中小企业购置困难。而将经济型数控系统用于普通机床的改造和升级换代是符合我国目前国情的一条有效途径。因为经济型数控系统有以下特点： 价格便宜。系统只需 1（国外系统则需十几万到几十万），适合我国中小型企业的现有普通机床的数控改造。解决复杂零件的加工精度控制，并提高生产率。经济型数控机床，一般可提高工效 3 7 倍。对复杂零件而言，难度越高，提高的工效则越多。适合多品种、中小批量产品的自动化加工，对产品的适应性强。对于不同零件的加工，可以通过变换加工程序和更换不同刀具来实现。提高产品质量，降低废品率，尤其是加工的产品尺寸一致性好，合格率高。节约工装费用， 降低成本。经济型数控机床可以不用或少用工装，尤其对于复杂零件可不用靠模或成型刀具。不仅节约费用，还可缩短生产准备周期。减轻工人的劳动强度。提高工人素质，促进科技成果的普及和应用，为“体力型”向“智力型”转变创造条件。 近年来，我国成功应用经济型数控系统配置车床、铣床、线切割机床、冲床以及普通机床的改造等，并在投入使用后确实成倍提高的生产率，减少了废品率，取得了显著的技术经济效益。经济型数控在我国得到了日益广泛的应用，潜在的市场也很大。正因为如此，本设计将对 行经济型数控改造。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 10 页 共 46 页 正 文 来的 通升降台铣床的用途 原 要适用于加工单件、小批量生产和工具修理部门，也可以用于成批生产部门。可利用各种圆柱铣刀、圆片铣刀、成型铣刀和端面铣刀等，铣削各种平面、斜面、成型表面、沟槽及齿轮等。还可以利用分度头，可以加工各种螺旋槽。外观如图 1于它的数控化改造用于扩大加工范围，提高加工精度，提高工作效率，满足生产急需是非常必要的，从经济角度上也是可行的。 图 16132普通升降台铣床 外观图 将原来的 改造成加工精度高、定位准确、可靠，扩大其加工范围，提高加工效率，各性能参数有所提高，使其可以铣削圆弧面与斜面等形状复杂的高精度零件 (如凸轮轴 )。 经济型数控铣床的改造，为了保证被改造后的性能不低于原铣床，选 X、 平拖动力按 15所需的功率为： P=5果采用步 进电机作为伺服驱动元件，步进电机达不到此功率要求。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 11 页 共 46 页 例如： 200大静转矩为 最高运行频率为11000s，步距角为 1/6，若取最高工作频率下的工作扭矩为静扭矩的 1/4，则高速小的功率为： 因此，如果选用步进电机，必须相应地降低机床的某些性能，主要是快速性。另一方面由于步进电机在低速工作时有明显的冲动，易自激振荡，而且激振频率很可能落入铣削加工所用的进给速度范围内，着对加工 极为不利，造成工件超差。此外，由于步进电机没有过载能力，高速时扭矩下降很多，容易丢失，大功率步进的驱动较困难等，选用步进电机驱动是不合适的。 若采用直流或交流伺服电机的闭环控制方案，结构复杂，技术难度大，调试和维修困难得多，造价也高。闭环控制可以达到很好的机床精度，能补偿机械传动系统中各种误差，消除间隙，干扰等对加工精度的影响，一般应用于要求高的数控设备中，由于所改造数控铣床工件的加工精度不十分高，采用闭环系统的必要性不大。 若采用直流或交流伺服电机的半闭环控制 ,其性能介于开环和闭环之间 过 载能力强 ,有采用反馈控制因此性能远优于步进电机的开环控制 ;反馈环节不包括大部分机械传动元件 ,调试比闭环简单 ,系统的稳定性较易保证 ,所以比闭环容易实现 调试比开环控制的步进电机要困难些 ,设计上也有自身的特点 交流调试逐渐扩大了其使用范围 ,似乎有取代直流伺服的趋势 技术难度高 ,普及不广 ,而且价格高 控制系统技术比较成熟 ,普及广。 用直流伺服电动机的半闭环伺服系统的组成如图 1控装置 出的位置指令在位置控制器内与位置反馈信号比较，然后转换成位置误差的模拟电压。这个电压是速度指令电压。速度指令电压与速度反馈电压在速度控制器内比较和放大后转换成速度控制电压并输给伺服电动机，使电机得到一定的转速。直流伺服电动机的基本性能是：转速决定于输入电压，电流决定于负载力矩。因此，输入直流伺服电动机的，必须是速度模拟电压。速度环的作用在于把位置误差模拟电压变成一个比较稳定的速度模拟电压。速度反馈的作用在于使转速稳定。位置控制则用以检查伺服电动机的转角是否符合位置指令的要求。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 12 页 共 46 页 图 1闭环伺服系统的组成 图 1直流伺服电动机的半闭环伺服系统原理。数控装置来的位置指令a 在位置偏差监测器 1中比较。其差值为位置偏差值 D。 放大后成为速度指令值 a、 D、 是数字量。 数 /模 (D/A)转换器 3 成为模拟电压 置偏差越大，则要求伺服电动机的转速越高，这时的 此， 内比较，其差值为速度偏差电压 置速度反馈的目的是稳定电动机的转速。由于伺服电动机的转速 还受负载的影响，当负载发生变化（如切深发生变化）时，电动机转速将发生变化。加上速度反馈后转速可以比较稳定。速度偏差电压 速度控制放大器 5 放大后，成为速度控制电压 个电压加在伺服电机 6上，使它得到角速度 m。与伺服电动机相联系的有速度反馈装置 7和位置反馈装置 8。速度反馈装置发出与伺服电动机转速成正比的速度反馈电压 速度指令电压 置反馈装置 8 发出与伺服电动机的转角成正比的实际位置检测值 位置指令值 图 1闭环伺服系统原理 控制部分的设计要能控制三个坐标轴的 运动 ,根据加工要求 ,至少要控制两轴联动完成圆弧插补 ,为了在加工中使用不同尺寸的刀具 ,数控装置应具有刀具的半径和长度的补偿功能 ,以便数控加工按轮廓编程程序而能适应刀具尺寸的变化。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 13 页 共 46 页 综上所述，铣床数控改造方案确定为： 直流伺服半闭环控制，采用三坐标 联动数控装置，整个改造方案如图 111210897564321数控装置图 1体改造方案示意图 1、 3、 4 2、 7、 10 5、 8、 11 滚珠丝杠 6、9、 12传动系统的改造 气部分的改造 一般中小型机床的主传动采用普通交流电机拖动，大型机床多用直流电机拖动。直流电机拖动可以实现无级平滑调整，变速范围宽，主轴箱体结构简单，振动和噪音较小，加工工件精度较高，不需要改造；如果自动化程度要求较高，经常要求变速并且变速特征较好的场合，可用交流异步电动机的变频系统，增加一个变频器，实现主轴的自动无级变速。 械部分的数控化改造 主传动的改造主要是主轴支承或工作台导轨的改造。普通机床的主轴支承多为滚动轴承或滑动轴承。为了提高工作台的承载能力和精度 ，消除低速爬行现象，可将传统的动压导轨改为先进的恒流静压导轨。 造设计要求 进给伺服系统的改造式这次改造设计的重点，因此它改造后的性能的好坏将直接影响到整个系统性能的好坏。也因此对进给伺服系统提出了改造设计要求： （ 1） 高精度 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 14 页 共 46 页 由于伺服系统控制数控机床的速度和位移输出，为保证加工质量，要求它有足够的定位精度和重复定位精度。一般要求定位精度为 度控制要求较高的调节精度和较强的抗负载抗干扰能力，以保证动静态精度都较高。 （ 2） 快速响应，无超调 快速响应是伺服系统 动态品质的重要指标，它反映了系统的跟踪精度。它主要要求伺服系统跟随指令信号不仅跟随误差小，而且响应要快，稳定性要好。 （ 3） 调速范围宽 由于工件材料、刀具以及加工要求不同，要保证数控机床在任何情况下都能达到最佳切削条件，伺服系统就必须有足够的调速范围。这样既能满足高速加工要求，又能满足底速加工要求。在低速切削时，还要伺服系统能输出较大功率的转矩。 （ 4） 系统可靠性好 数控机床的使用率很高，常常是 24 小时连续加工不停机，因而要求系统稳定，其工作可靠。其平均无故障时间越长，系统性能越好。 给传动系统的改造 方案 （ 1）电气部分的改造 进给传动是按数控系统的指令，经放大后使刀具精确定位或按规定的轨迹运动（如直线、圆弧等），加工出符合要求的工件。因此要求进给传动具有较高的定位精度和垂直定位精度，响应快、调整范围宽、输出功率大。一般中小型机床的数控化改造多用微机控制的开环步进电机驱动，这种方式简单、经济、安装调试方便，但是控制精度和速度较低。大型机床多用直流电机半闭环控制方式，控制精度和速度比开环控制方式高，但是价格较高，维修较困难。 （ 2）机械部分的数控化改造 进给系统的改造主要是提高移动部件的灵活性，减少或消除 传动间隙，通常是改造导轨副、进给箱和移动元件。 导轨副的改造方法有两种：一是把滑动导轨改为滚动导轨或静压导轨，用以消除传动间歇、提高定位精度，但工艺复杂，改造费用大，实现起来比较困难。二是在进给移动部件在粘接聚四氟乙烯软带，改造为粘塑导轨副。 进给箱的改造主要是减少进给箱内的齿轮对数（往往是取消进给箱或仅是一级减速进给箱），并增有消除或减少间隙的装置（如双片齿轮结构）。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 15 页 共 46 页 在机床进给传动中，需将旋转运动变成直线运动。普通机床采用普通丝杠副实现，其摩擦阻力大，传动效率低、动摩擦系数相差大、低速容易出现爬行。采用 滚珠丝杠副可以满足数控机床的要求，其精度高、反应快、无爬行。 计算机数控系统（ 20 世纪 70 年代发展起来的机床数控系统，它是用一台计算机代替原先的硬件数控系统（ 完成的功能。他之所以取代以前的 因为 （ 1）活性大。 统是用硬件逻辑电路来实现对机床的控制功能。这种固定的接线的电路一旦制成后，就难以改变，而 功能的修改 、扩充和适应性方面都具有较大的灵活性，如果要改变、扩充其功能，只需通过对软件的修改和扩充便可实现。 （ 2）通用性强。 模块化方法组成的 同的数控机床（如车床、铣床、磨床、加工中心等），只要配置相应的功能模块，就可满足这些机床的特定控制功能，这对数控机床的培训和学习以及维护、维修也是十分方便的。 （ 3）数控功能丰富。 实现许多复杂的数控功能，如高次曲线插补、动静态图形显示、多种 补偿功能、数字伺服控制功能等。 （ 4）可靠性高。 置的零件程序在加工前一次送入存储器，并经过检查后方可被调用，这就避免了在加工过程中由纸带输入机的故障产生的停机现象。许多功能由软件实现，硬件结构大大简化，采用大规模和超大规模通用和专用集成电路，使可靠性进一步提高。 （ 5）易于实现机电一体化。 由于采用计算机，使硬件数量相应减少，加之电子元件的集成度越来越高，使硬件的体积不断缩小，同时控制柜的尺寸也相应减少。数控系统的结构非常紧凑，使其与机床结合在一起成为可能，减少占地面积，方便操作。由于通讯功能的增 强，容易组成数控加工自动生产线，如 （ 6）使用维护方便，操作使用方便。 目前大多数数控机床的操作采用了菜单结构，用户只需根据菜单的提示，进行正确操作。 （ 7）编程方便。 大多数数控机床具有多种编程的功能，并且都具有程序自买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 16 页 共 46 页 动校验和模拟仿真功能。 （ 8）维护维修方便。 数控机床的许多日常维护工作都由数控装置承担；而且，数控机床的自诊断功能，可迅速使故障定位，方便维修人员。 正是由于以上的优点和本着经济、成本低的原则，设计经济型 方案。 改造方案总体可以从硬件、软件两部分来着手设计。设计总图如图 1 图 1控改造设计总图 系统主要由 89片机、速度检测元件、直流伺服电机，及相应的接口电路组成。总体数控系统电路原理框图如图 1文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 17 页 共 46 页 . 图 1控系统电路原理框图 软件的设计包括系统软件和应用软件的设计。系统软件其作用主要是检测系统状态并提供基本操作管理，其中包括 I/O 接口初 始化，单片机定时器 /计数器初始化，键盘数据区、显示缓冲区初始化，各种软件标志初始化，中断处理等，系统软件部分采用模块化设计。应用软件则根据用户编制的加工程序（如），控制机床的运行。 身左侧的电气箱内装有主控器和强电系统。数控系统显示器及按键，在右侧便于观察、调试和操作。数控系统为 服电机驱动，可实现直线插补和圆弧插补。显示器可采用阴极发光二极管（ 用以显示输入的程序，机床的实际位置和已存储的各种信息。手动操作时，显示 器可作为数字读出装置使用。 系统的硬件设计应以实现数控的各种功能为标准，以经济性为基本原则。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 18 页 共 46 页 比较和选用 在选择 应考虑的因素是 : (1) 时钟频率和字长 (即控制数据处理的速度 ) ; (2) 可扩展存储器 (指 的容量 ; (3) 指令系统的功能是否强 (即编程的灵活性 ) ; (4) I/ O 口扩展能力 (即对外设控制的能力 ) ; (5) 开发手段 (包括支持开发的软件和硬件电路 ) 。 除此之外 ,还应根据系 统应用场合、控制对象及对各种参数要求选择 在大多数相关的机床改造资料及论文中都采用了 8031，原因是： 8031 单片机是集 I/ O 端口及部分 为一体的控制器 ,开发手段齐全 ,指令系统功能强 ,编程灵活性大 ,硬件资料也很丰富。 8031 芯片内部具有 128 个字节的数据存储 部编址为 00H 7作工作寄存器、堆栈、软件标志和数据缓冲器 ,内部 丰富的操作指令。但应用片内的 往不够 ,现外接6264 芯片来扩展 8031 的 储器。 8031 的输入 、输出 ( I/ O) 线不多 , 所以外接 8155 芯片以扩展 I/ 8031 是一个无 8051 , 必须外接 为程序存储器 , 所以必须外接一片 2764 。 8031 为 40 引脚的双列直插式器件 , 有 4 个双向 8 位 I/ O 口 ( , 和 作为地址总线使用 , 用作行程控制 , 用作第二功能使用。 16 位地址总线由 经地址锁存器 74供低 8 位 ( A 0 A 7) ,高 8 位 ( A 8 A 15 ) 由 直接提供。8 位数据总线由 样数据总线与地址总线共用。 为地址锁存允许 ,当送低 8 位地址时使 有效。并锁存到 74 ,当送数据时使 无效。在实际应用方面比较繁琐，已被市场淘汰。 如果选用 89的内部不但有 128位的存储器，而且相对于 8031还有以下优点： *与 51兼容 *4*寿命： 1000写 /擦循环 *数据保留时间： 10年 *全静态工作： 024三级程序存储器锁定 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 19 页 共 46 页 *128 8位内部 32可编程 I/*两个 16位定时器 /计数器 *5个中断源 *可编程串行通道 *低功耗的闲置和掉电模式 *片内震荡器和时钟电路 经过两者比较，本设计决定选用 89 该数控系统采 用了多 适应功能强、速度快、分辨率高的要求。数控系统采用的中央 示和键盘管理 输出 央责数控程序的编辑，数控程序段的译码预处理，刀具半径补偿的计算，刀具和机器参数编辑，诊断处理，键信号监 控处理以及协调另两个 示 成相应的显示页面，负责产生 制显示器按规定的显示方式显示有关信息。此外，扫描键盘，将接受的键盘和开关信号经译码后送给中央 补 生伺服驱动所需的控制信号，接收测量元件的反馈信号，实现速度和位置的控制。此外，对输入 /输出信号进行控制，并完成 补 返回插补完成情况及出错信 号。为了完成信息交换，中央 央 中央 了避免两个 要采用措施。为了简化线路和控制，该设 计方案采取借用中央 中央 过 I/芯片 8255的输出向插补 补 经由 8255，从输入口传给中央 央 据得以传送。 在地址分配上。为了减少芯片数，插补 片1513 三根地址线译码后，每个输出 2片 2764占低地址区。但 K（包括公用存储区），设计中把公用存储区放在最高地址