经济型数控系统
经济型数控系统研究与设计
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。
经济型数控进给传动系统的优化设计
Ｖ０ ５ Ｎｏ ３ ｌ１
机 械研 究 与 应 用
ＭＥＣＨＡＮＩ ＣＡＬ ＲＥＳ ＥＡＲＣＨ ＆ ＡＰＩＬ （ ｒ ’ Ｉ 兀０Ｎ
２ ｏ ．９ ０ ２０
第 １ ５卷 第 ３期 ２０ ０ ２年 ９月
经 济 型 数 控 进 给 传 动 系统 的 优 化 设 计
Ｕ
体优 化 ， 在 对 Ｃ ６４ 并 Ａ １０普 通 车 床 的 数 控 改 造 中进 行
了实 际 应 用 。
ｒ ． ６工 台（ 刀 作 或 架）
ｇ
二 【
式 中 ： － － 、２分 别 为 齿 轮 １ 齿 轮 ２的 转 动 惯 量 ， 为 ， ， 、 － ， 滚珠 丝杠 的 转 动 惯 量 ， 为滚 珠 丝 杠 基 本 导 程 （ｍ） １ ｔ ｃ ，， １
￡ ｕ ； Ｎｃ ２ （ ｍｓ） ／ （） ２
在 进 行 系 统 整 体 优 化 设 计 时 ， 计 变量 的选 择 应 设 把 对 系 统 目标 函数 影 响较 大 的 、 零 部 件 设 计 起 主 导 对
作 用 的那 些 参 数 作 为 设 计 变 量 。该 系 统 的机 械 零 部 件 主要 是 滚 珠 丝 杠 副 、 轮 副 两 大 部 分 。其 中 ， 珠 齿 滚
中 图 分 类 号 ：Ｇ ０ ．５ Ｔ ５２ ３ 文 献标 识码 ： Ｂ 文 章 编 号 ：０ ７ ４４ ２０ ）３０ ３ －２ １０ － １ （０ ２０ —０ ６０ ４
１ 前 言
以经 济 型 数控 机 床 进 给 传 动 系 统 为 例 （ 图 １ ， 见 ）
在 进 行 该 传 动 系 统 设 计 时 ， 常 先 根 据 系 统 的要 求 ， 通 对各 个 部 分 进 行 单 独 设 计 ， 滚 珠 丝杠 副 、 轮 副 等 。 如 齿 在设 计 过 程 中 ， 各 个 参 数 的选 择 采 用 试 凑 法 ， 种 对 这 设 计 方 法 就 整 体 系 统 来 说 ， 难 达 到 系 统 的 整 体 优 很 化 。我 们 采 用 优 化 设 计 的 理 论 和 方 法 对 系 统 进 行 整
经济型数控改造普通外圆磨床
２ 普通 机床 数控 改 造
机床 数控 改造 的基 本原 则 是在满 足 需要 的前 提 下 ，对 机床 尽 可能 减小 改动 量 ， 以降低成 本 。 以数
３ 数 控加 工 程序 编制
１ ）对 刀 程 序 执行 在 Ｇ５ ３机床 坐标 系 中 。当 批 量磨 削 工件 时 ， 由于 每个 工件 中心 孔位 置有 微 小 的差别 ， 我们 用对 刀 来保 证砂 轮 切入 工件 时 的位 置 。
通数控 系 统平 台下编 制程 序模 板 ，再根 据 实际要 求
设定 是否 使用对 刀和 量 仪 、每 次粗 进量 、每 次精 进 量 、光磨 时 间、进 刀次 数和粗 进 刀精进 刀速 度等 数
值 ，非 常方便 。
所 示 （ 序 略 ） 在编 辑状 态下 ，开放 式 的模板 供 程 ： 程序执 行 在 Ｇ ５工 件坐 标系 中 。 ５
４ 结语 在 弹性 范围 内利用 有 限元 分析 软件 可 以方便 准
确地 分析 夹紧 的变 形情 况 ，指 导薄 壁液 压缸 筒精 加
工 。通过 几种 加 紧方案 的对 比，可 见 ： （ ）夹 紧变 形与夹 紧 力和 夹紧 方式 有直 接 关 １
陈树 峰，马伏 波．薄壁工件在 夹紧力作用 下变形量 的 计算［］ 煤矿机械， ０ ５２：０７ ． Ｊ． ２ ０ （） —１ ７
图 ４ 砂轮 直线插补示意图
业利 用有 限资源 ，节 约 成本 ，而 且会 大大 提 高机床 的加 工精 度 、可 靠性 和 自动化 程度 ，从根 本上 提高
（ ） 生产 过程 中，考 虑到 用户 安 全 ，则在 手 ２ 在 动量 仪进 、对刀进 时 ， 们在 Ｐ Ｃ中加 上延 时 导通 我 Ｌ 继 电器 Ｔ Ｂ，延 时导 通 ５ 保 证用 户操 作 安全性 ， ＭＲ Ｓ 如 图 ５所 示 。
我国当前经济型数控系统主要有三种类型
我国当前经济型数控系统主要有三种类型，改造时，应根据具体情况进行选择。
1、步进电机拖动的开环系统。
该系统的伺服驱动装置主要是、功率步进电机、电液脉冲马达等。
由数控系统送出的进给指令脉冲，经驱动电路控制和功率放大后，使步进电机转动，通过齿轮副与滚珠丝杠副驱动执行部件。
只要控制指令脉冲的数量、频率以及通电顺序和运动方向。
这种系统不需要将所测得的实际位置和速度反馈到输入端，故称之为开环系统，该系统的位移精度主要决定于步进电机的角位移精度，齿轮丝杠等传动元件的节距精度。
所以系统的位移精度较低，其定位精度一般可达+0.02mm.如采取螺距误差及传动间隙补偿,定位精度可提高到+0.01mm.。
在美国、日本和德国等发达国家，它们的机床改造作为新的经济增长行业，生意盎然，正处在黄金时代。
由于机床以及技术的不断进步，机床改造是个"永恒"的课题。
我国的机床改造业，也从老的行业进入到以数控技术为主的新的行业。
在美国、日本、德国，用数控技术改造机床和生产线具有广阔的市场，已形成了机床和生产线数控改造的新的行业。
在美国，机床改造业称为机床再生（Remanufacturing）业。
从事再生业的著名公司有：Bertsche工程公司、ayton 机床公司、Devlieg-Bullavd（得宝）服务集团、US设备公司等。
美国得宝公司已在中国开办公司。
在日本，机床改造业称为机床改装（Retrofitting）业。
从事改装业的著名公司有：大隈工程集团、岗三机械公司、千代田工机公司、野崎工程公司、滨田工程公司、山本工程公司等。
4.2、数控化改造的内容机床与生产线的数控化改造主要内容有以下几点：其一是恢复原功能，对机床、生产线存在的故障部分进行诊断并恢复；其二是NC化，在普通机床上加数显装置，或加数控系统，改造成NC机床、CNC 机床；其三是翻新，为提高精度、效率和自动化程度，对机械、电气部分进行翻新，对机械部分重新装配加工，恢复原精度；对其不满足生产要求的CNC系统以最新CNC进行更新；其四是技术更新或技术创新，为提高性能或档次，或为了使用新工艺、新技术，在原有基础上进行较大规模的技术更新或技术创新，较大幅度地提高水平和档次的更新改造。
广数数控系统对比选择
广数数控系统对比选择目前，数控系统种类繁多，按数控系统的性能价格比分为:经济型数控系统、标准型数控系统、全功能型数控系统和特殊型数控系统四大类产品。
经济型数控系统也称简易数控系统。
其特点是价格便宜、精度适中、功能简化、针对性强，比较适用于老设备技朮改造和产品更新。
标准型数控系统的特点是功能较全，价格适中，适用于中档的数控机床，应用较广。
多功能型数控系统的特点是功能齐全，价格较贵。
适用于加工复杂零件的大中型机床以及FMS、CIMS中使用的数控机床。
特殊型数控系统适用于各类特种加工机床，如:电加工机床，超精加工机床等。
依据经济实用原则。
对中小型车床的改造广泛采用步进电机驱动的开环控制系统。
用经济型数控系统改造后车床的控制原理。
改造后车床可以自动车削圆柱面、圆锥面、端面、球面、螺纹等。
目前，国内生产的经济型数控系统有多种类型。
经济型数控系统主要包括数控装置、坐标轴驱动(或伺服)系统、主轴驱动系统、刀架及辅助功能的强电控制与驱动系统、接口等。
经济型数控装置有步进电机驱动的开环数控装置、直流电机驱动的半闭环数控装置和点位式经济型数控装置三种。
对于数控车床改造一般选用步电机驱动开环数控装置。
选择时主要考虑以下性能:CPU类型、用户容量、控制轴或联动轴数、设定单位、插补类型、编程尺寸及编程标准，G、M、S、T、F功能、刀具补偿功能、间隙补偿功能及循环功能、显示方式及显示信息的形式、绝对编程、增量编程、程序输入方式以及报警、诊断等。
根据需要选择相应的性能。
步进电机驱动单元的性能参数主要有:步进电机性能参数及安装尺寸，控制箱与电机的接线型式等。
系统的快速进给速度、空载起动频率，静态转矩，系统升频降频时间，起动矩频特性、起动惯频特性、运行矩频特性。
驱动电路的型式主要有:高低压驱动电路、斩波驱动电路、调频调压驱动电路、细分驱动电路、电流检测型功率放大电路等。
不同的电路型式、其工作性能不同，根据加工需要合理选择。
刀架控制与驱动系统主要考虑刀架型式(如四位或八位电动刀架，或转塔六位刀架等)，定位精度及重复定位精度，换刀时间、刀具选择时刀架的转向、夹紧力，刀杆尺寸及装夹刀具结构型式等性能参数。
经济型数控车床自动化加工系统的改造
经济型数控车床自动化加工系统的改造一、引言- 引入经济型数控车床及其发展现状- 阐述需要对该车床进行自动化改造的原因和意义二、经济型数控车床自动化加工系统的设计- 分析并描述原有车床的结构和性能- 设计并介绍改造方案和具体实施步骤- 介绍自动化加工系统所需的硬件和软件配置三、自动化加工系统的实现- 详细介绍所采用的控制系统和传感器技术- 介绍自动化加工系统的具体实现过程和结果- 分析实现中的优缺点及可改进之处四、经济型数控车床自动化加工系统实用性测试- 通过实际案例测试自动化加工系统的加工精度和生产效率- 对测试结果进行分析和总结，评估自动化改造的效果和经济效益五、结论- 总结经济型数控车床自动化加工系统的设计和实施- 强调其在提高企业生产效率、降低生产成本、促进企业发展方面的作用- 提出对未来改进和发展的建议。
第一章引言随着科技的快速发展和制造业的快速转型升级，数控技术作为现代制造业的核心技术，正发挥着越来越重要的作用。
经济型数控车床作为数控技术的重要代表，在制造行业中得到了广泛应用。
然而，传统的经济型数控车床难以满足现代工业对加工过程的自动化、精度、稳定性和高效性的要求。
为此，将经济型数控车床进行自动化改造，是一项非常迫切的任务。
本文旨在从经济角度考虑，探讨如何对经济型数控车床进行自动化改造，提升其生产效率，降低生产成本，促进企业发展。
第二章经济型数控车床自动化加工系统的设计2.1 原有车床的结构和性能分析经济型数控车床通常采用传统的机械结构，其工作精度和生产效率受到很大的限制。
为了有效地改善这种情况，必须对其结构和性能进行深入的分析和研究。
首先，我们来分析经济型数控车床的结构。
其主要部分分为床身、主轴、滑板、进给系统、切削液系统等。
其中，床身是整个数控车床的支撑结构，它负责承担机床的全部静载荷。
主轴是数控车床的核心部件，负责带动刀具实施切削加工。
滑板在床身的导轨上运动，实现工件的退刀和进刀。
基于变频器的经济型数控车床主轴控制系统设计及参数设置
94科技资讯科技资讯SCIENCE& TECHNOLOGY INFORMATION2010NO.14SCIENCE& TECHNOLOGY INFORMATION工业技术随着现代机械制造业水平的发展,数控机床普及率日益提高。
数控车床是数控机床的主要品种之一,它在数控机床中占有非常重要的位置,一直受到世界各国的普遍重视, 并得到了迅速的发展。
主轴是车床构成中一个重要的部分,其功率消耗约占机床总功率70%~80%,其性能直接影响到机床的加工效率、加工材料范围、加工质量等。
数控系统需要控制主轴的转速、位置,通常系统的标准配置为数字主轴, 具有控制精度高,动态响应好的特点。
但在主轴功率不大,对控制精度和动态响应要求不是很高的情况下,数字主轴就显得成本太高。
这时可以采用数控系统的模拟主轴功能。
模拟主轴就是数控系统输出模拟电压信号,采用普通的交流变频器和交流变频电机来实现主轴控制,由于性价比高,在经济型数控机床中广泛应用。
1变频调速基本原理由异步电机理论可知,主轴电机的转速公式为:n=(60f/p×(1-s其中P为电动机的极对数,s 为转差率, f 为电源的频率,n为电动机的转速从上式可看出,电机转速与频率成正比,改变频率即可以平滑地调节电机转速。
变频器主电路如上图1所示。
主电路的功能是把固定频率为50Hz交流电转换为频率连续可调的三相交流电, 主要包括交-直电路、制动单元电路及直-交电路。
交-直电路中,三相交流电源通过变频器的电源接线端(R、S、T输入到变频器内,利用整流器VS把交流电转换为直流电。
当电容CF 电压达到基准值时, 辅助电源动作,输出直流控制电压。
直流继电器MCC获电, 常开触点闭合,限流电阻RF 被短路,完成交-直电路转换。
直-交电路中,由VS转换的直流电压经过短路保护熔断器F1加到逆变模块VT, 再通过SPWM 正弦波脉宽调制驱动电路控制VT输出频率可调的三相调制波Ua、Ub 、Uc(如图2所示至U 、V、W 端子。
经济型车床数控系统精插器的设计
，
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Ｑ ｎ － Ｌ ＇ ＂ Ｑ ２・ Ｑ ｌ
图２十六位二进制ห้องสมุดไป่ตู้冲乘法器结 构图
的硬件 架 构 ，其 插 补运 动 主要 由软硬 件 协 比较 可 知 ，这里 增加 了一个 条件 ，分 调 配合 完 成 。 即软 件 只要将 下 一个 插 补周 频器 各输 出端 按２ ，２ ，… ，２ ，２ 。 的规 期 内每个 进 给轴 的 插补 运动 数 据计 算 好 ， 然 后就 可 通过 数 据 总线送 给 Ｃ Ｐ Ｌ Ｄ 或Ｆ Ｐ Ｇ Ａ 内
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经 济 型 车 床 数 控 系 统 精 插 器 的 设 计
广州数控设备有 限公 司 张运安
【 摘要】本文 重点介 绍 了精插补器的核心逻辑部件—— 二进制脉冲乘法器 ，详细讲解其逻辑原 理及设计 实现方法 ，同时还介绍 了实用 型数字脉 冲发生器的逻辑原 理 图。实践证明该方法简单可靠， 已应用于实现 级精度的经济型车床数控系统。 【 关键 词】二进制脉冲乘法器；脉冲均匀器 ；数字脉 冲发 生器 ；插补原理 ；插补周期 ；插补器
线型 （ 直线 和 圆弧 等 ） ，并 以此 为基 础 完 次 循 环 中 ，它 的 各 级触 发器 都 按 照 ２ ， 成 所 需 要轮 廓轨 迹 的加 工 拟合 工 作 。插 补 ２ ，… ，２ ，２ 。 的规 律将 输 出脉 冲送 到 各 是数 控 系统 的主 要 功 能 ，它 的性 能直 接 影 级 乘 法 门Ｇ Ｇ Ｇ ，… ，Ｇ ２ ，Ｇ （ 即与
个 系数 ，该 系 数 的范 围为 １ ／ １ ６ － １ ５ ／ １ ６ ，
系数 由四位 二进制 输入端Ａ Ｏ — Ａ ３ 置 数确 定 。 技术 是 由机 械 学 、控 制论 、 电子 学 、计 算 如 当 数量 为 ｌ ３（ Ａ ３ Ａ ２ Ａ Ｉ Ａ Ｏ ＝ Ｉ ｌ ０ Ｉ ）时 ，则 性 的新型 学科 。
数控系统
数控系统是数字控制系统的简称，英文名称为（Numerical Control System），根据计算机存储器中存储的控制程序，执行部分或全部数值控制功能，并配有接口电路和伺服驱动装置的专用计算机系统。
通过利用数字、文字和符号组成的数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制，它所控制的通常是位置、角度、速度等机械量和开关量。
是数字控制系统简称，英文名称为Numerical Control System，早期是由硬件电路构成的称为硬件数控（Hard NC），1970年代以后，硬件电路元件逐步由专用的计算机代替称为计算机数控系统。
计算机数控（Computerized numerical control,简称CNC）系统是用计算机控制加工功能，实现数值控制的系统。
CNC系统根据计算机存储器中存储的控制程序，执行部分或全部数值控制功能，并配有接口电路和伺服驱动装置的专用计算机系统。
CNC系统由数控程序、输入装置、输出装置、计算机数控装置（CNC装置）、可编程逻辑控制器（PLC）、主轴驱动装置和进给（伺服）驱动装置（包括检测装置）等组成。
CNC系统的核心是CNC装置。
由于使用了计算机，系统具有了软件功能，又用PLC代替了传统的机床电器逻辑控制装置，使系统更小巧，其灵活性、通用性、可靠性更好，易于实现复杂的数控功能，使用、维护也方便，并具有与上位机连接及进行远程通信的功能。
目前世界上的数控系统种类繁多，形式各异，组成结构上都有各自的特点。
这些结构特点来源于系统初始设计的基本要求和工程设计的思路。
例如对点位控制系统和连续轨迹控制系统就有截然不同的要求。
对于T系统和M系统，同样也有很大的区别，前者适用于回转体零件加工，后者适合于异形非回转体的零件加工。
对于不同的生产厂家来说，基于历史发展因素以及各自因地而异的复杂因素的影响，在设计思想上也可能各有千秋。
例如，美国Dynapath系统采用小板结构，便于板子更换和灵活结合，而日本FANUC系统则趋向大板结构，使之有利于系统工作的可靠性，促使系统的平均无故障率不断提高。
数控原理试题及答案
《数控原理》试题1一、填空题(每空1、5分,共30分)1、数控机床就是用数字化代码来控制刀具与工件得相对运动,从而完成零件得加工、２。
ＣPＵ就是CＮＣ装置得核心,它由运算器与控制器两个部分组成, 运算器就是对数据进行算术与逻辑运算得部件, 控制器就是统一指挥与控制数控系统各部件得中央机构。
３、所谓“插补"就就是指在一条已知起点与终点得曲线上进行数据点得密化得过程。
4.数控系统按照有无检测反馈装置分为开环数控机床与闭环数控机床两种类型。
５。
对于以坐标原点为起点得第一象限直线OA,其偏差函数为: ,若,刀具往 +X 进给;若,刀具往+Y 进给、6. 标准机床坐标系中X、Y、Z坐标轴得相互关系用右手直角笛卡尔坐标系决定, 增大刀具与工件距离得方向即为各坐标轴得正方向。
７。
CNC系统中,实时性要求最高得任务就是增大与位控。
8。
CNC软件中,译码程序得功能就是把程序段中得各数据根据其前后得文字地址送到相应得缓冲寄存器。
假设当前需要译码得程序段如下:N１Ｇ01 X132 Y2０0 Ｚ３0０如果当前取出得代码就是X,那么数字码寄存器中存放得数据就是０１ ,此时应该把该数据送入代码 G 得缓冲寄存器中、9、旋转变压器就是一种常用得转角检测元件,从其结构来瞧,它由定子与转子两个部分组成。
10。
步进式伺服驱动系统就是典型得开环控制系统,在此系统中执行元件就是步进电机。
1１、专家系统就是一种应用大量得专家知识与推理方法求解复杂问题得一种方法,因此一般专家系统主要包括两大部分,即知识库与推理机。
二、单项选择题(每小题2分,共２0分):1、经济型数控系统一般采用( A )CPU,而且一般就是单微处理器系统、A、8或16位B、３２位C、6４位D、以上都不正确2、下面哪种设备不就是ＣＮC系统得输入设备?( Ｃ )A、ＭDI键盘B、纸带阅读机C、CRT显示器D、磁带机3.在单CＰＵ得CＮC系统中,主要采用( B )得原则来解决多任务得同时运行。
经济型数控车床主传动系统设计
图书分类号：密级：毕业设计(论文)经济型数控车床主传动系统设计ECONOMICOL NC LATHE MAINTRANCMISSION SYSTEMDESIGN学生姓名班级学院名称机电工程学院专业名称机械设计制造及其自动化指导教师2013年5月22日徐州工程学院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，独立进行研究工作所取得的成果。
除文中已经注明引用或参考的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标注。
本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。
论文作者签名：日期：徐州工程学院学位论文版权协议书本人完全了解徐州工程学院关于收集、保存、使用学位论文的规定，即：本校学生在学习期间所完成的学位论文的知识产权归徐州工程学院所拥有。
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徐州工程学院可以公布学位论文的全部或部分内容，可以将本学位论文的全部或部分内容提交至各类数据库进行发布和检索，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。
论文作者签名：导师签名：日期：日期：摘要本文论述了数控车床主传动系统和伺服进给传动系统设计。
主传动系统的设计包括运动设计、动力计算、主轴箱结构设计。
伺服进给系统的设计包括传动设计、X、Z轴伺服进给系统结构设计。
本设计参照中型数控车床的一些主要的技术参数，详细论述了主传动系统中主轴最高和最低转速的设计，变速范围的确定，电动机功率的估算，电动机的选择，主轴箱转速图和功率图的设计，传动轴轴径和齿轮模数的估算，传动轴轴径、齿轮模数和轴承的验算；伺服进给系统中传动比的确定，伺服电动机的选择，滚珠丝杠螺母副的选择及伺服系统的参数设计和计算。
关键词：数控车床；主传动系统；结构设计AbstractT he subject of my research paper is “the Design of Main Transmission and Servo Feed Transmission for CNC Lathe”.The design for main transmission include the design of movement, the caculation of drive, and the design of headstock .Besides, the design for servo feed transmission include the design of transmission and the design of X-axis, Y-axis servo feed system .In my design, I take some main technical parameters of medium CNC lathe for reference. Furthermore, I design the maximum and minimum speed for spindle in the main transmission ,the determination of the transmission range, the estimate of motor power, the select of motor, the chart of Speed and power for headstock, the estimate of the size for shaft the estimate for gear modulus, the checking for the shaft , the gear modulus, the determination of the transmission ratio in servo feed transmission, the select of servo motor , the select of ball screw pair, the design of the parameter for servo feed transmission as well as its caculation.Key word s CNC lathe Main Drive System Structural Design目录摘要 (I)Abstract (II)目录................................................................................................................................... I II1 绪论 (1)2 总体设计方案拟定 (3)2．1 拟定主运动参数 (3)2．2 运动设计 (3)2．3 动力计算和结构草图设计 (3)2．4 轴和齿轮的验算 (3)2．5 主轴变速箱装配设计 (3)2．6给电机伺服系统的改造设计 (3)3 参数拟定 (5)3．1 车床主参数(规格尺寸)和基本参数 (5)3．2 各级转速的确定 (5)4．运动设计 (7)4．1 主传动拟定方案 (7)4．2 传动方案的比较 (7)4．2．1 采用单速电机 (7)4．2．2 采用双速电机 (8)4．3 各级传动比的计算 (8)4．4 各轴转速的确定方法 (10)4．4．1 Ⅰ轴的转速 (11)4．4．2 中间传动轴的转速 (11)4．5 转速图拟定 (11)5 主传动系统设计 (12)5．1 带轮及带的计算 (12)5．2 齿轮的计算 (14)5．2．1 确定齿轮齿数和模数 (14)5．2．2 确定齿轮的齿数和模数并校核 (15)5．2．3 齿轮的精度设计 (19)5．3 电磁离合器的选择和使用 (23)5．4 轴的设计和验算 (26)5．4．1 轴的结构设计 (26)5．4．2 轴的强度校核 (27)5．4．3 轴的刚度校核 (30)6 主轴变速箱的装配设计 (33)6．1 箱体内结构设计的特点 (33)6．2 设计的方法 (34)致谢 (37)参考文献 (38)1 绪论这次毕业设计中,我所从事设计的课题是CA6140数控车床主传动机构设计及典型零件的数控加工。
经济型数控车床进给伺服系统设计
- 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。
经济型数控冲床PLC控制系统的研究
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679 经济型数控车床横向进给系统设计
0、绪论本设计课题为：经济型数控车床横向进给系统设计 。
因为我们没有精良的 加工工具或者是自动化系数等各方面远远的不及西欧等国家。
所以我国的机械制 造业与他们的有着很大的差距的原因，。
制造业是关系到国际民生的大事，是富 民强国的必要因素，我国要有更好的发展，必须形成我们自己富有特色的现代化 制造体系。
随着时代的发展，科技的日新月异，数控技术的应用范围日益扩大，数控机 床及其系统己成为现代化机器制造业中不可缺少的组成部分。
面对我国目前机床 拥有量少、工业生产规模小的特点，突出的任务是用较少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，保证加工质量，减轻劳动强 度，提高经济效益。
“横向进给系统”“主传动系统”和“纵向进给系统”被称为车床的三大核 心系统，其重要地位是不言而喻了。
三大系统的精确性、准确性、必将影响加工 产品的性能。
而实现这一任务的有效的、基本的途径就是普及应用经济型数控机 床，并对原有的机床进行数控改造。
而这就是我们课题的目的。
前提条件：1.床身上最大回转直径Ø400mm2.快移速度x轴4m/min3.定位精度 x 轴0.035mm4.重复定位精度x轴0.0075mm，刀架 0.010mm设计要求： 设计课题要求： 横向进给运动设计时， 电机与丝杠采用柔性结构， 电机选用伺服电机，对电机的大小选择进行验证，及对滚珠丝杠直径和支承形式 选择进行强度较核，设计精度达原始数据。
本课题所设计的进给系统是针对经济型中档数控车床的， 该系统设计成功一 旦应用到生产实践中， 将使工厂的生产的数字化水平加强，生产力水平显著提 高 ，劳动强度减轻，经济效益得到提高。
根据自己三个多月来的设计过程，编写了这本《设计说明书》， 其中，书 中肯定存在着相当的一些问题，期望领导、老师给予批评，指正。
1、国内外发展概况及现状介绍从上世纪五十年代数控技术开始发展到1965 年，数控装置从最初的电子管 元件、晶体管元件、集成电路到目前使用比较普遍的小型计算机和微处理器共经 历了五代的发展。
经济型数控车床机械传动系统改造中关键部件的设计与选择
１ ．引 言
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
电动 刀 架
主 轴编 码 器
数 控车 床是按 数控 系统 给 出的指 令 自动 地进行 加 工 ， 通 与普 车床在 加工 过程 中需要 人手 动进 行操 作 、调 整 的情况 大不 相 同 ， 这就要 求数控 车床 的机 械结 构要适 应 自动化 控制 的需要 。 数控 车 床不仅要求有很高的加工精度、加工效率以及稳定的加工质量 ， 而且 还要 求 加工 时工 序 集 中 ， 一机 多用 ， 就要 求 数 控 车床 的机 这 械结 构要有 较好 的刚度 和抗 振性 ， 要尽 量 减少 热变 形和 运 动部 还 件产 生温差 引起 的热 负载 。 控车 床为达 到高 精度 、 数 高效 率 、 自 高 动化 程度 ， 其机 械结构 在改 造 中应对这 几个 方面 进行讨 论 。
参 考文 献 ： 『 刘 希金等 ． 机床 故障检 测 与维修 ｆ答［ ］ 京 ： 械 工业 出 １ １ 数控 ＊ Ｍ． － Ｉ 北 机
版 社 ．０ ２４ ２ ０ ．．
『］ 初 宏 ． 控 机 床 与 机 械 结 构 『 ． 京 ： 械 工 业 出版 社 ，０ ５３ ２晏 数 Ｍ］ 北 机 ２ ０ ．．
攮 礤 发
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Ｖｏ ．７， ． ， ０ ０ １ Ｎｏ １２ １ １
经济型数控车床 机械传 动 系统 改造 中 关键 部 件 的设 计 与选 择
沈为清
江 苏财 经 职 业 技 术 学 院 江 苏 淮安 ２ ３ ０ ２０３
基于单片机控制的3轴经济型数控系统设计
文章编号:1671-3559(2005)02-0173-02收稿日期:2004-08-07基金项目:济南大学科技发展基金资助项目(Y 0420)作者简介:李国平(1971-),男,黑龙江青岗人,济南大学机械工程学院讲师,硕士。
基于单片机控制的3轴经济型数控系统设计李国平,孙 选,艾长胜(济南大学机械工程学院,山东济南250022)摘 要:3轴数控系统采用适合实时控制的MCS -51系列单片机为控制器,实现了对3个坐标轴机械系统的控制。
设计了数控系统的硬件和软件,给出了系统的硬件及软件设计框图。
该数控系统以低廉的价格实现了中档数控系统的加工精度,具有较好的推广应用前景。
关键词:单片机;数控系统;3轴经济型数控中图分类号:TG 511;TP311.1文献标识码:A数控机床很好地解决了现代机械制造中加工对象精密、结构复杂、品种多、批量小等问题。
且产品加工质量稳定,生产效率大幅度提高[1]。
目前市场上的中、高档数控系统都以PC 机(控机)作为控制平台来实现伺服电机的驱动控制。
这种方式性能固然优良,但价格昂贵[2]。
近年来,经济型数控系统采用适合现场实时控制和数据采集的单片机作为控制器,以控制灵活、可靠性高的步进电机进行驱动,具有结构简单、工作性能稳定、性价比高等优点。
笔者在此基础上,设计实现了能够用于镗铣床的3轴经济型数控系统。
1 机械系统的组成采用MCS -51系列单片机组成控制系统,由功率步进电机经一级齿轮减速后驱动X 、Y 、Z 三轴。
进给传动系统中采用高精度的滚珠丝杠。
如图1所示,床身上面为一个XY 工作台,采用两层叠放,实现XY 方向的进给运动。
主轴能够沿着立柱运动,实现Z 方向的进给运动。
2 数控系统的硬件电路[3-5]MCS -51是一种8位单片机,其指令系统功能强、硬件资源丰富、可扩展性好。
图1 机械系统坐标轴的分布 图2为数控系统的硬件结构。
采用8031单片机为控制器,扩展1片程序存储器2764用于存放系统程序和固定参数;扩展1片数据存储器6264用于存放数据;选用1片可编程并行I/O 接口芯片8255A 作为系统扩展的I/O 口,对X 、Y 、Z 3轴步进电机及主轴进行控制;另扩展1片8255B 作为机床开关量、主轴编码器反馈信号I/O 口;采用8279作为键盘/显示器接口,识别键盘按键信号,对显示器自动扫描,完成键盘输入和LE D 显示控制两种功能;为使系统地址统一,采用74LS138译码器对系统所扩展的芯片进行译码寻址,具体为Y 0片选6264,Y 1片选2764,Y 2片选8279,Y 3片选8255A ,Y 4片选8255B ,并由8031对各轴步进电机进行环形分配,其指令信号经光电隔离和功率放大后驱动各轴。
南京兴强数控设备有限公司专业生产经济型机床数控系统
第一章序言§1 概述南京兴强数控设备有限公司专业生产经济型机床数控系统的专业公司。
成立以来向全国推广第一代数控系统至今已开发出了多种XQ系列产品，本说明介绍的数控系统是我公司开发的二坐标数控系统。
该型数控系统是采用双8031为主控单元的两坐标机床数控系统。
编程格式符合ISO国际代码标准。
本公司在单排显示系统的基础上，增加了两排数码管，用以完成系统运行过程中的动态坐标显示。
并且，增加了自动对机械原点、软件换刀、MDI及任意程序段执行等功能。
本说明详细介绍了这些代码的定义及如何使用代码和有效格式编程，如何操作输入零件加工程序，怎样运行已输入的程序及利用修错表修正程序编排中的错误举例。
请用户详细阅读本说明后通电调试，在使用过程中如发现问题请与我们联系，我们会全力支持你们的工作并为你们提供最好的服务。
§２ 工作原理2.1机床数控系统的工作原理机床数控系统由数控单元、步进伺服驱动单元和减速 步进电机组成，数控单元采用MCS-51单片微机，数控单元的控制程序是实现各种功能的核心，在零件加工程序中，给定具体的加工长度、移动方向、进给速度，控制程序在中央处理单元的支持下，按照所输入的加工程序数据，经过计算处理，发出所需要脉冲信号，经驱动器功率放大后，驱动步进电机，由步进电机拖动机械负载，实现机床的自动控制。
在加工螺纹时，必须配置主轴脉冲发生器，将主轴角位移变化信号传递至计算机，计算机根据所设定的螺纹螺距进行插补，控制刀加工各类螺纹。
2.2步进伺服驱动单元的工作原理该单元采用高压电压电源供电、恒流斩波控制的驱动电路。
使步进电机高频运行时的输出转矩显著增大，改善了系统的快速性能，并使低频运行时振动减小，提高了运行的稳定性和加工的光洁度。
驱动电路设计有过流保护，电路运行可靠性大大提高。
驱动电路定流控制的原理是通过采样电阻检测步进电机绕阻的电流，当电流高于某一预定值时，高压管关断电源，当电流低于某一预定值时，高压管重新开通，由于高压管多次重复地接通与关断，使电机绕组的电流接近一定值，从而提高了电流的平均值，增大了电机的输出转矩。
经济型五轴数控加工硬件系统的设计与应用
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1.3 经济型数控系统的存储器
2．常用的半导体存储器芯片 （2）常用的RAM芯片。常用的静态RAM芯片6116（2K×8）、
6264（8K×8）、62256（32K×8）等。
光电隔离电路
1.4 经济型数控系统的I/O接口
2．信息转换电路
软转换步进电机控制组成原理
1.4 经济型数控系统的I/O接口
2．信息转换电路
模拟量输入电路的构成
1.4 经济型数控系统的I/O接口
2．信息转换电路
交流电动机控制回路
1.5 经济型数控系统的辅助电路及变频主轴驱动
4．常用I/O接口芯片8255 （3）机床控制I/O部件的实现
经济型数控机床控制I/O
1.4 经济型数控系统的I/O接口
1．光电隔离电路 （1）光电隔离电路的作用和构成 （2）常用光耦合器的工作原理
（a）普通型
（b）高速型
（c）达林顿输出型
（d）晶闸管输出型
1.4 经济型数控系统的I/O接口
1．光电隔离电路 （3）典型的光隔离电路
1．I/O寻址方式 （1）独立寻址I/O （2）存储器映射I/O
1.4 经济型数控系统的I/O接口
2．数据传送方式
（1）程序查询方式 （2）中断方式
1.4 经济型数控系统的I/O接口
3．I/O接口的基本组成部分 （1）地址译码
（2）工作方式控制电路
（3）状态检测电路
（4）数据缓冲和格式转换电路
（5）信息的形式转换电路
1.3 经济型数控系统的存储器
3．存储器的构成方式 （1）用所选的芯片构成所需字长和容量的存储体， 其地址线和数据线分别接入系统的地址和数据总线， 读/写控制接系统控制总线中的对应信号线。 （2）对未接入芯片的高位地址线进行译码，产生各 个芯片的片选信号，并将它们连接到对应芯片的片 选端。
1.4 经济型数控系统的I/O接口
经济型数控系统
学习目标 ：
主要介绍经济型 数控系统的软硬件组成的功能说明及结构特点。数控系统是数控
机床的核心部分，是数控机床的大脑。其发展过程经历了硬件数控系统（NC）和计算机 软件系统（CNC），目前数控机床所采用的数控系统均为CNC系统。根据CNC功能水平
的不同，往往将数控系统分为高、中、低三档；而从价格、功能、使用等综合指标考虑，
4．常用I/O接口芯片8255 （2）8255的工作方式 ：方式0 、方式1 、方式2
以方式2工作的A口
1.4 经济型数控系统的I/O接口
4．常用I/O接口芯片8255 （3）机床控制I/O部件的实现 1）应具有更高的可靠性 2 ）能在计算机与输入输出装置之间进行必要 的信息形式的转换
1.4 经济型数控系统的I/O接口
1.2 经济型数控系统的微处理器
2．Intel MCS-51系列单片机的特点与性能 （1）MCS-51单片机的结构特点。 5）片内实现的输入/输出功能强 6）可靠性高
1.2 经济型数控系统的微处理器
2．Intel MCS-51系列单片机的特点与性能 （2）MCS-51单片机的类型 MCS-51系列有3种产品即8051、8751和8031 （ 3 ） MCS-51 系列的定时器 / 计数器和中断 MCS51系列单片机有相当强的实时控制能力
又将CNC分为经济型数控系统和标准型数控系统。通过本章学习，应该掌握以下内容： 掌握基于单片机微处理器CNC装置的硬件组成
掌握插补的概念，了解插补常用分类方法
1 经济型数控系统的 硬件组成
1.1 经济型数控系统的一般结构
（1）微机：主要包括CPU、EPROM、RAM、I/O接口等电路。
（ 2 ）驱动：由步进驱动装置与步进电动机构成。在经济型数控系统中， 步进电动机一般为功率步进电动机。
微处理器是CNC系统的核心部件，可采用单微机系 统或多微机系统，其主要职责是完成 CNC的控制与 计算。
1．微处理器类型的选取
（1）常用的微处理器芯片
2）单片微计算机机 ：MCS-48 、MCS-51 、 MCS-96系列等
1.2 经济型数控系统的微处理器
微处理器是CNC系统的核心部件，可采用单微机系 统或多微机系统，其主要职责是完成 CNC的控制与 计算。
（3）开关量控制电路：负责机床侧输入 /输出开关及机床操作面板与微 机的连接，涉及M、T、S指令的执行。 （4）主轴控制：由主轴电动机及主轴驱动装置组成。 （5）通信接口：一般指RS-232C接口，完成数控系统与微机的通信。 （6）软件系统：由系统软件与应用软件构成。
1.1 经济型数控系统的一般结构
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
图6-1 经济型数控系统的结构
1.2 经济型数控系统的微处理器
微处理器是CNC系统的核心部件，可采用单微机系 统或多微机系统，其主要职责是完成 CNC的控制与 计算。
1．微处理器类型的选取
（1）常用的微处理器芯片
1）通用微处理器：8086 、Z80 、M6800等
1.2 经济型数控系统的微处理器
1.2 经济型数控系统的微处理器
2．Intel MCS-51系列单片机的特点与性能 （4）MCS-51系列的引脚及其功能
图6-3 8051单片机逻辑示意图
1.3 经济型数控系统的存储器
1．存储器的分类
1.3 经济型数控系统的存储器
2．常用的半导体存储器芯片 （1）常用的ROM芯片 ：EPROM芯片有2716（2K×8）、2732A
1.4 经济型数控系统的I/O接口
4．常用I/O接口芯片8255 （1）8255的内部结构
8255内部结构框图
1.4 经济型数控系统的I/O接口
4．常用I/O接口芯片8255 （2）8255的工作方式 ：方式0 、方式1 、方式2
以方式1工作的A口
以方式1工作的B口
1.4 经济型数控系统的I/O接口
1．微处理器类型的选取
（1）常用的微处理器芯片
3）位片式逻辑：AMD公司的AM2900系列和 Intel公司的3000系列
1.2 经济型数控系统的微处理器
2．Intel MCS-51系列单片机的特点与性能 （1）MCS-51单片机的结构特点。 1）集成度高 2）存储空间大 3）指令系统功能强 4）运算速度快