经济型数控车床控制系统设计[毕业论文+CAD图纸]

数控毕业论文：经济型数控车床控制系统设计含论文，CAD图纸

摘    要

数控车床又称数字控制（Numbercal control，简称NC）机床。它是基于数字控制的，采用了数控技术，是一个装有程序控制系统的机床。它是由主机，CNC，驱动装置，数控机床的辅助装置，编程机及其他一些附属设备所组成。

此次设计包括机床的总体布局设计，纵向进给设计。控制系统部分包括步进电机的选用及硬件电路设计和软件系统设计，说明了芯片的扩展，键盘显示接口的设计等等。该控制系统采用软件中断控制系统结构及子程序结构，因为子程序结构简单、条件明确在经济型数控系统中应用比较多。中断结构采用模块化结构设计，因为这种结构便于修改和扩充，编制较为方便，便于向多处理机方向发展。

本文以普通数控机床为研究对象，介绍经济型数控机床主-从式控制系统的设计过程。本设计采用 PC 机为上位机，8051为核心的单片机系统作下位机，以打印口作为两者间的通讯接口，构成主—从式控制系统。该类型机床可以利用微型计算机丰富的软硬件资源，可以编制出具有友好的人机界面的系统控制软件；可以利用单片机系统结构相对简单、工作可靠、价格便宜的特点，并借助C语言、汇编语言等编制出执行机构的位置控制软，可以使原数控机床的扩充性及开放性更强，使数控编程更加方便、高效，也为将来数控机床的网络控制打下基础。本文着重阐述数控机床及及主-从式系统的概述；上位机与下位机间通讯接口及通讯模式的选择；下位机硬件设计；步进电动机控制程序。

关键词：数控机床；开放式数控系统；电动机

Control System Design of Econmical NC Lathe

Abstract

The numerical control lathe called the numerical control (Numbercal Control, is called NC) the engine bed. It is based on the numerical control, has used the numerical control technology, is loaded with the procedure control system the engine bed. It is by the main engine, CNC, the drive, the numerical control engine bed auxiliary unit, the programming machine and other some appurtenances is composed.

This design including the engine bed overall layout design, longitudinal enters for the design, also includes the gear modulus computation and the examination, the main axle rigidity examination and so on. The control system partially including step-by-steps the electrical machinery to select and the hardware circuit design and the software system design, explained the chip expansion, keyboard demonstration connection design and so on.

This article takes the ordinary numerical control machine tool as the research object, and introduces the design process of a master-slave system. In order to use the abundant software and hardware resources of IPC and to compile software of system which is friendly to users, and in order to compile the control software of execution machinery by C and Assembly language at the same time, this CNC system adopts the master-slave structure and parallel communication method. The master computer sends control instructions and parameters to the slave computer under Windows98, for the sake of making the slave computer work well. This system enhances the expanse and open ability of the original CNC machine tools, makes the NC programming become easy and efficient, and It also set a foundation for the numerical control machine tool in the field of the network control. There are three principal parts in the full text: the summary of CNC and the master-slave system; the communication port and mode between the master and slave computer; the control procedure of the step motor.

Keywords：Numerical control; Machine tool; Open-loop；Step motor

目　　录

摘    要        I

Abstract        II

第1章  绪  论        1

1.1  两坐标经济型数控机床的课题研究意义        1

1.2  两坐标经济型数控机床的课题研究主要内容        1

第2章经济型数控机床机械结构        1

2.1  进给系统组成        1

2.2  齿形带传动设计        3

2.2.1  带和带传动        3

2.2.2 齿形带的选择        4

2.3   步进电机的选择        6

2.3.1  步进电机概述        7

2.3.2  步进电机的选择        9

2.4  丝杠螺母设计        10

2.4.1  滚珠丝杠螺母副类型选择        11

2.4.2  滚珠丝杠螺母副型号及其校核        12

第3章 经济型数控机床控制系统硬件电路        14

3.1  硬件控制电路的组成        14

3.1.1  硬件电路的组成        14

3.1.2  电路图信号流程分析        14

3.2  主要芯片功能介绍        15

3.2.1  单片机简介        15

3.2.2  管脚功能及使用特性        16

第4章 控制系统软件流程        21

4.1  软件整体结构        21

4.1.1  子程序结构        21

4.1.2  中断软件结构        22

4.2  控制系统软件插补原理        22

4.2.1  直线插补原理        22

4.2.2  圆弧插补原理        25

第五章 控制系统软件部分        28

5.1 机械加工主体运行程序        28

5.1.1机械加工主体运行程序如下：        28

5.1.2 直线圆弧插补主体运行程序        28

5.2 第一象限到四象限直线插补主体加工子程序        29

5.2.1第一象限直线加工子程序        30

5.2.2第二象限直线插补加工子程序        31

参考文献        34

致    谢        35

附    录        36

第1章  绪  论

1.1  两坐标经济型数控机床的课题研究意义

经济型数控机床具有经济实用，结构简单，操作方便，价格低廉的特点，它的特控制系统通常采用单片机（8位、16位、32位）作控制器，驱动电机采用步进电动机，多数采用开环控制，由于经济型数控系统具有较高的性能价格比，因而广泛地应用于机床产品的升级换代和普通普通机床的技术改造上。近年来，我国在经济系统的研究开发和生产上投入了大量人力和物力，在经济型数控机床领域里经历了几个五年计划之后已经取得了可喜成果，经济型数控机床在我国机床市场上占有较大比重，成为我国制造业不可或缺的一部分。

1.2  两坐标经济型数控机床的课题研究主要内容

经济型数控机床控制系统采用MCS-51系列单片机8031作为控制系统CPU,需要扩展程序存储器，数据存储器，键盘与显示电路，I/O接口电路，D/A转换电路，串行接口电路等。

经济型数控机床驱动电机采用步进电机，多数采用开环控制，需要选择和计算主要机械传动部件，如滚珠丝杠，螺母副和步进电机等，绘制机床进给传动机构装配图，绘制单片机控制系统的硬件线路图。

第2章经济型数控机床机械结构

2.1  进给系统组成

数控机床是一种利用数控技术，准确地按照事先安排的工艺流程，实现规定加工动作的金属切削机床，它主要由控制

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