基于MCS—51单片机的普通机床数控改造

介绍了在普通机床上采用MCS-51单片机作为控制器,步进电机作为驱动执行元件的数控改造方法.给出了系统硬件构成方案及软件的组成.
引证文献(10条) 1.罗力渊.王启祥.廖洪鹏.阎勤劳 数控机床伺服系统的摩擦效应对响应性的影响[期刊论文]-组合机床与自动化加工 技术 2010(1) 2.李泽艳 CA6140型车床的数控化改造[期刊论文]-青海冶金 2008(3) 3.顾群 MCS-51单片机数控系统接口技术设计[期刊论文]-广西轻工业 2008(11) 4.欧洲.张晓东 CA6132型普通车床的数控化改造[期刊论文]-装备制造技术 2008(9) 5.刘哲.杨建成.汪伟.王磊.周鹏飞 基于单片机控制的极坐标成型凸轮加工研究[期刊论文]-纺织机械 2008(4) 6.商学来.齐德新 CA6140型普通车床的数控化改造[期刊论文]-煤矿机械 2006(1) 7.李国平.孙选.艾长胜 基于单片机控制的3轴经济型数控系统设计[期刊论文]-济南大学学报（自然科学版） 2005(2) 8.陈顶君.刘笑一 CA6140型普通车床的数控化改造[期刊论文]-机械 2005(4) 9.刘宇 五轴数控软片裁片机的软件开发与研究[学位论文]硕士 2005 10.何国伟 龙门钻铣床数控改造技术研究[学位论文]硕士 2004
!
改造方案
普通机床进行数控改造后， 系统应能控制主轴
转速并实现其正反转； 控制工作台实现纵向、 横向和 垂直方向的进给运动 （车床刀架能实现纵向和横向 的进给运动并自动转位换刀； 加工螺纹时应保证主 轴转 ! 转， 刀架移动 ! 个被加工螺纹的导程） ； 控制 冷却和润滑； 通过键盘输入加工程序， 由显示器显示 加工状态等。 因此， 普通机床的数控改造内容有以下
（!） 机械部分
主传动系统不变； 进给传动系统
采用滚珠丝杠螺母副代替原有普通丝杠螺母副 （车 床应拆掉进给箱、 溜板箱、 小拖板和刀架， 加装电动 刀架； 主轴加装光电编码器供加工螺纹用） 。 （’） 数控部分 采用 )*+—(! 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 （亦可用联轴器将步进电机与丝杠直接 !、 "、 # 三轴 联结起来， 以减小径向尺寸） 。
收稿日期： ’""! $ "! $ "( 第一作者： 男 %2 岁 讲师
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数控系统软件设计
本系统主要是通过 &"%! 单片机对步进电机进 行控制， 使机床移动部件 （工作台、 床鞍、 升降台、 刀 架等） 沿 !、 实现刀具与工 "、 # 三个坐标方向移动， 件的相对运动， 完成零件的加工。系统软件框图如 图 ’ 所示。 系统软件由初始化模块、 键盘处理模块、 :4; 显
示模块、 输入数据处理模块、 输出控制模块等组成。 其中步进电机控制程序由软件实现脉冲分配 （即由
， 通过改变 !%&& 相应端口的 !"#$ 单片机实现环分） 状态来完成控制过程。
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数控系统硬件结构框图
倍， 而且价格低廉， 系统性能稳定， 是提高企业数控 化率的一条切实可行的途径。 参
版社， $445 3 王恒奎， 廖德刚 3 一种基于主从控制的经济 % 蔡悦华， （$） ： 型数控系统 ［ 6］ 3 机电工程， %""" /" 7 /% 3 # / 白驹珩， 雷晓平 3 单片计算机及其应用 ［ .］ 成 3 成都： 都电子科学技术大学出版社， $444 3 李 华 3 .)1—&$ 系列单片机实用接口技术 ［ .］ 3北 京： 北京航空航天大学出版社， $44/ 3
常德师范学院学报 （自然科学版） 第 $# 卷 %5 ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !
数控机床作为一种高精度的自动化机床， 综合 应用了电子、 计算机、 自动控制和机床制造等领域的 先进技术， 在我国工业生产中起着极其巨大的作用， 它很好地解决了现代机械制造中加工对象精密、 结 构复杂、 品种多、 批量小等问题。且产品加工质量稳 定， 生产效率大幅度提高。考虑到我国国情， 价格昂 贵的中、 高精度的全功能数控机床难以被广大生产 企业所接受， 而价格相对低廉的经济型数控系统得 到了迅速地发展。经济型数控系统采用了适合于现 场实时控制和数据采集的单片机作为控制器， 以控 制灵活、 可靠性高的步进电机进行驱动。与传统的 中、 高精度全功能数控系统相比， 经济型数控系统具 有结构简单、 工作性能稳定、 性能价格比较高等特 点。特别是在对现有普通机床进行数控改造方面， )*+—(! 系列单片机体现了无穷的魅力。
’
数控系统的硬件结构与组成
其指令 )*+—(! 是高性能的 & 位单片机系列， 系统功能强、 硬件资源丰富、 可扩展性好。图 ! 为数
［’］ 控系统的硬件结构 。本系统采用 &"%! 单片机为 控制器， 扩展 ! 片 &34/56)’72,， 用于存放系统程
序； 扩展 ! 片 &351)2’2, 存放数据； 选用 ! 片可编 程并行 8 9 6 接口芯片 &’(( 作为系统扩展的 8 9 6 口， 对 !、 另扩展 ! "、 # 三轴步进电机及主轴进行控制； 片 &!(( 作为机床开关量、 刀架控制信号及主轴编码 器反馈信号 （车床用） 采用 &’7# 作为键盘 9 显 8 9 6 口； 示器接口， 识别键盘按键信号， 对显示器自动扫描， 完成键盘输入和 :4; 显示控制两种功能 （键盘最多 可有 & < & 个键） ； 为使系统地址统一， 采用 7,:+!%& 译码器 对 系 统 所 扩 展 的 芯 片 进 行 译 码 寻 址， 并由 （亦可由环形分 &"%! 对各轴步进电机进行环形分配 配器进行硬件环分） ， 其指令信号经光电隔离和功率 放大后驱动各轴。
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结论
普通机床采用 .)1—&$ 单片机进行数控改造 后， 其加工精度有较大的提高， 生产率可提高 # 2 /
（责任编校： 魏承辉）
基于MCS—51单片机的普通机床数控改造
作者： 作者单位： 刊名： 英文刊名： 年，卷(期)： 被引用次数： 蔡悦华， 刘文清， 何哲明， CAI Yue-hua， LIU Wen-qing， HE Zhe-min 常德师范学院机械工程系 常德师范学院学报 JOURNAL OF CHANGDE TEACHERS UNIVERSITY 2001，13(1) 10次
考
文
献
［ .］ 机械工业出 $ 黄尚先 3 现代机床数控技术 3 北京：
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图% 系统软件框图
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按 ’—’(— (— ()— )— )’—’ 的顺序通电时， 步进 电机正转； 若按 ’—’)— )— ()— (—’(—’ 的顺序 通电， 则步进电机反转。脉冲分配采用查表法， 表格 固化于 *+,-. 中。 系统程序编制通过定时器定时中断产生周期性
［/］ 脉冲序列 ， 不使用软件定时， 不占用 )+0。
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参考文献(4条) 1.黄尚先 现代机床数控技术 1996 2.蔡悦华.王恒奎.廖德刚 一种基于主从控制的经济型数控系统[期刊论文]-机电工程 2000(01) 3.白驹珩.雷晓平 单片计算机及其应用 1999 4.李华 MCS-51系列单片机实用接口技术 1994
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基于 )*+— (! 单片机的普通机床数控改造
蔡悦华 刘文清 何哲明
,!(""%） （常德师范学院机械工程系 湖南 常德
［!］ 两部分 ：
摘
要： 介绍了在普通机床上采用适合现场实时控制的
以运行特性好、 可靠性高的 )*+ $ (! 系列单片机为控制器， 步进电机为驱动执行元件的数控改造方法。叙述了机床改 造方案及系统的组成原理， 并给出了系统的硬件及软件设计 框图。普通机床经数控改造后， 其加工精度和生产率有较大 的提高， 是提高企业数控化率的一条切实可行的途径。 关键词： )*+ $ (! 单片机； 普通机床； 步进电机； 硬件； 软件 中图分类号： -.(!!： -/%!! 0 ! 文献标识码： 1