学 士 学 位 毕 业 论 文（设 计）经济型数控车床控制系统设计学生姓名 学 号 专 业 械设计制造及其自动化 班 级 指导教师 学 部 机电工程学部 答辩日期 黑龙江东方学院学士学位毕业论文经济型数控车床控制系统设计摘 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 LatheAbstractThe 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IAbstractII第1章 绪 论11.1 两坐标经济型数控机床的课题研究意义11.2 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12.1 进给系统组成12.2 齿形带传动设计32.2.1 带和带传动32.2.2 齿形带的选择42.3 步进电机的选择62.3.1 步进电机概述72.3.2 步进电机的选择92.4 丝杠螺母设计102.4.1 滚珠丝杠螺母副类型选择112.4.2 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143.1 硬件控制电路的组成143.1.1 硬件电路的组成143.1.2 电路图信号流程分析143.2 主要芯片功能介绍153.2.1 单片机简介153.2.2 管脚功能及使用特性16第4章 控制系统软件流程214.1 软件整体结构214.1.1 子程序结构214.1.2 中断软件结构224.2 控制系统软件插补原理224.2.1 直线插补原理224.2.2 圆弧插补原理25第五章 控制系统软件部分285.1 机械加工主体运行程序285.1.1机械加工主体运行程序如下：285.1.2 直线圆弧插补主体运行程序285.2 第一象限到四象限直线插补主体加工子程序295.2.1第一象限直线加工子程序305.2.2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经济型数控车床控制系统设计第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，它主要由控制介质、数控装置、伺服机构、机床、测量装置。各部分的工作原理简述如下： 1、控制介质 进行数控机床加工时，需在任何机床之间建立某种联系，以便机床正确的执行认的意图，这种进行联系的中间介质机控制介质又称为信息载体。信息以代码的形式存储在介质上，常用的控制节有：穿孔带、穿孔卡、磁盘和磁带；最常用的十八单位标准黑色穿孔纸带。每行共9个孔，大孔为信息孔，其中1。33毫米；小孔为同步孔，其中1。17毫米。国际上通用的代码为EIA代码和IS0代码。 2、计算机数控装置 计算机数控装置是数控装置的核心，其绝大部分采用微型计算机控制；它有输入设备、输出设备、运算器、控制器和存储器组成。 输入设备即把控制介质上的信息翻译成计算机能够识别的信息代码并送到指定的存储器中以便进行运算处理。 输出设备即将经计算机处理过的信息代码经过翻译之后转变成机床能够执行的指令和人能够识别的信息符号。 运算器是对计算机中的信息进行算术或逻辑运算的器件。存储器是用来存储计算机所需的各种信息代码的器件。控制器是用来控制计算机内部的运算并按照一定的顺序使各个部件协调工作的部件。 3、伺服机构 伺服构的作用是把数控装蛊的运动指令转变成机床移动部件的运动，使工作台按照预先规定的轨迹运动，以便使加工出符合图纸要求的工件。伺服机构由伺服控制电路、功率放大电路和伺服电机组成。常用的伺服电机有步进电机、直流伺服电机和交流伺服电机。 4、机床 数控机床是高精度和高生产率的自动化加工机床，它具有更好的抗震性和刚度，相对运动面的摩擦系数小，进给传动部份的间隙小的特点。 5、