1、.要完整的說明書和圖紙請聯系QQ778672454單片機控制的數控車床實驗臺 摘 要隨著數控技術的飛速發展，機械制造業的生產方式、產品結構、發生了深刻的變化。在我國數控機床的發展過程中，MCS-51系列單片機在數控技術領域中得到廣泛應用，經濟型數控系統大多采用MCS-51系列單片機。本文在分析了數控車床的特點和實驗臺應該具備的功能后，確定采用基于單片機控制的系統總體結構方案。設計方案由系統硬件結構和系統軟件結構兩部分組成。關鍵詞：數字控制，單片機系統，數控車床ABSTRACTWith the development of NC, there have been many changes in

2、mechanical industry, such as producing method and struture of product. MCS-51 single microcomputers have been used widely in NC, especially in ecomical NC equipments in china. Based on MCS-51 single microcomputers, the NC lathe training equipment is designed with less money for the professional NC c

3、ourses. After analyzing the feature of NC lathe and defining the functions of training equipment, a system general scheme is assumed by hardware architecture and software architecture, which uses MCS-51 single microcomputer.KEY WORDS: training equipment, numeric control, single microcomputer system目

4、 錄1 引言1.1 數控機床的產生與發展1.2 我國數控機床的發展概況1.3 本課題研究的背景2 數控車床實驗臺的性能要求2.1 數控機床的組成及工作原理 2 .1.1 數控機床的組成2 .2.2 數控機床的工作原理2.2 數控車床的特點2.3 數控車床實驗臺的方案設計 2.3.1 普通車床數控化改造的條件2.3.2 普通車床數控化改造的一般步驟2.3.2（1） 主要機械部件改造2.3.2（2）主傳動的數控改造2.3.2（3） 進給傳動的數控改造2.3.3總體方案設計論證與確定 2.3.3（1） 運動方式的確定2.3.3（2） 行機構傳動方式的確定2.3.3（2） 運動方式與伺服系統的選擇2.

5、3.3（3） 機械傳動方式的確定2.4 數控車床實驗臺的性能要求3 實驗臺硬件系統的實現3.1 數控車床實驗臺硬件系統設計遵循的原則3.2 微機控制的數控車床實驗臺硬件系統的具體設計.3.2.1繪制系統電氣控制的結構框圖3.2.2選擇中央處理單元CPU的類型3.2.2（1 ）存儲器擴展電路設計3.2.2（2 ）I/O口即輸入/輸出接口電路設計3.2.2（3） MCS51系列單片機簡介3.2.2（4 ）存儲器擴展電路設計3.2.2（5） I/O借口電路及輔助電路設計3.2.2（6） 硬件環行分配器3.3 經濟型數控車床微機控制系統硬件電路原理圖 4 實驗臺功能原理及插補算法4.1車削數控原理、實

6、驗臺插補功能要求和插補算法的選擇4.2數字積分插補法參考文獻 中英文翻譯附 錄致 謝1 引言數字控制（numerical controlNC）簡稱數控，是一種利用數字化信息對設備運動及加工過程進行控制的一種自動化技術。將數控技術實施到加工控制中去的機床，或者說裝備了數控系統的機床被稱為數控（NC）機床。數控機床作為一種使用廣泛、典型的機電一體化產品，綜合應用了微電子技術、計算機技術、自動控制、精密測量和機床結構等方面的最新成就，是一種高效自動化機床。數控系統不僅能控制機床各種動作的先后順序，還能控制機床運動部件的運動速度以及刀具的運動軌跡。由于數控機床的高效率、高精度和高柔性代表了機床的主要發

7、展方向，所以它已經成為目前機加工自動化生產過程中最具代表性的核心設備，且成為計算機輔助設計與制造、柔性制造系統、計算機集成制造系統等柔性加工和柔性制造系統的基礎。1.1 數控機床的產生與發展1.1.1 數控機床的產生隨著科技的不斷發展，對各種產品的質量和生產效率提出了高要求。產品加工過程的自動化是實現高質量、高效率的重要措施。飛機、汽車等生產企業大多采用自動機床、組合機床和自動生產線，從而保證了產品質量，提高了生產效率和減輕了操作者的勞動強度。但是，在產品加工中，單件、小批量生產的零件約占機加工總量的80以上。對這些多品種、小批量、形狀復雜、精度要求高的零件的加工，采用專業化程度高的自動機床和

8、自動生產線就很不合適。在市場經濟大潮中，產品競爭日趨激烈，為求得生存與發展，各企業紛紛在提高產品技術檔次、增加產品種類、縮短試制與生產周期和提高產品質量上下功夫，即使批量較大的產品，也不大可能多年不變，必須經常開發新產品，頻繁地更新換代。傳統的自動化生產線難以適應小批量、多品種生產要求。為了解決上述問題，一種靈活、高精度、高效率的自動化設備數控機床應運而生。1952年美國帕森斯公司和麻省理工學院在美空軍的委托下，合作研制出世界上第一臺三坐標數控銑床，完成了直升飛機葉片輪廓檢查用樣板的加工。這是一臺采用專用計算機進行運算與控制的直線插補輪廓控制數控銑床。經過三年的試用、改進與提高，數控機床于19

9、55年進入實用化階段，在復雜曲面的加工中發揮了重要作用。盡管這種初期數控機床采用電子管和分立元件硬接線電路來進行運算和控制，體積龐大而功能單一，但它采用了先進的數字控制技術，具有強大的生命力，它的出現開辟了工業生產技術的新紀元。從此，數控機床在全世界得到了迅速發展。1.1.2數控機床的發展最早采用數字控制技術進行機械加工的想法，是在20世紀40年代初提出的。當時，美國北密執安的一個小型飛機工業承包商帕森斯公司在制造飛機框架及直升飛機葉片輪廓用樣板時，利用計算機對葉片輪廓的加工路徑進行了數據處理，并考慮了刀具半徑對加工路徑的影響，使得加工精度達到0.0015in。1952年，美國麻省理工學院研制

10、出的三坐標聯動、利用脈沖乘法器原理的試驗性數字控制系統是數控機床的第一代。1959年，電子行業研制出晶體管元器件，因而數控系統中廣泛采用晶體管和印刷電路板技術，跨入了第二代。1959年3月，由美國克耐·杜列克公司發明了帶有自動換刀裝置的數控機床，稱為“加工中心”。1960年，出現了小規模集成電路。由于其體積小、功耗低，使數控系統的可靠性進一步提高，數控系統發展到第三代。以上三代，都是采用專用控制的硬件邏輯數控系統（NC）。1967年，英國首先把幾臺數控機床連接成具有柔性的加工系統，這就是最初的FMS（Flexible Manufacturing System）柔性制造系統。隨著計算機

11、技術的發展，小型計算機開始取代專用控制的硬件邏輯數控系統（NC），數控的許多功能由軟件程序實現。由計算機作控制單元的數控系統（CNC），稱為第四代。1970年前后，美國英特爾公司開發和使用了微處理器。1974年，美、日等國首先研制出以微處理器為核心的數控系統的數控機床。20多年來，微處理器數控系統的數控機床得到了飛速發展和廣泛應用，這就是第五代數字控制（MNC），后來將MNC也統稱為CNC。20世紀80年代初，國際上又出現了柔性制造單元FMC。FMC和FMS被認為是實現計算機集成制造系統CIMS的基礎。 數字控制系統的許多優點使數控機床得到廣泛發展，數控技術還被廣泛應用于工業機器人、數控線切割

12、機、數控火花切割機、坐標測量機、繪圖儀等設備上。1.2我國數控機床的發展概況我國對數控系統的研究開發始于50年代，但真正得到發展是從80年代開始，經歷了“六五”、“七五”期間的消化吸收引進技術，“八五”期間科技攻關開發自主產權數控系統兩個階段，已為數控機床的產業化奠定了良好的基礎。“九五”期間數控機床發展已進入實現產業化階段。數控機床新開發品種300多個，已有一定的覆蓋面。新開發的國產數控機床產品大部分達到國際80年代中期水平，部分達到90年代水平，為國家重點建設提供了一批高水平數控機床。我國數控系統在技術上已趨于成熟，在重大關鍵技術上（包括核心技術），已達到國際先進水平。目前，已新開發數控系

13、統80多種。自“七五”以來，國家一直把數控系統的發展作為重中之重來支持，現已開發出具有中國版權的數控系統，掌握了國外一直對我國封鎖的一些關鍵技術。特別重要的是，我國數控系統的可靠性已有很大提高，MTBF值可以在15000h以上。同時大部分數控機床配套產品已能國內生產，自我配套率超過60%。這些成功為中國數控系統的自行開發和生產奠定了基礎。1.3本課題研究的背景單片微型計算機簡稱單片機，是將計算機的基本部件微型化，使之集成為一塊芯片的微機。片內含有CPU、ROM、RAM、并行I/O接口、串行I/O接口、定時器計數器、中斷系統、系統時鐘及系統總線等。MCS-51 單片機在片內存儲器容量、I/O的功

14、能以及指令系統功能等方面都大大地得到加強，特別適用于實時控制、智能儀表、主從結構的多機系統領域，是控制領域中最理想的8位機。MCS-51系列單片機具有集成度高、系統結構簡單、可靠性高、處理功能強、速度高、容易產品化等特性，因此在我國數控機床發展過程中，經濟型數控系統大多采用MCS-51型系統單片微型計算機，它是超大規模集成電路發展的產物，在數控領域得到廣泛應用。2 數控車床實驗臺的性能要求2.1數控機床的組成及工作原理2.1.1數控機床的組成數控機床的組成如圖2-1所示。圖2-1 數控機床的組成計算機數控裝置是數控機床的核心。其根據輸入的零件加工程序或操作命令進行相應的處理，輸出控制命令到相應的執行部件，完成零件加工程序或操作所要求的工作。伺服單元和驅動裝置包括主軸伺服驅動裝置、主軸電動機、進給伺服驅動裝置及進給電動機。測量裝置是實現主軸控制、進給速度閉環控制和進給位置閉環控制的必要裝置。主軸伺服系統實現零件加工的切削運動，進給伺服系統實現零件加工所需的成形運動。操作面板，是操作人員與數控機床（系統）進行信息交互的工具，主要由按鈕站、狀態燈