（优秀毕业全套设计）X6132铣床的数控化改造设计（整套下载）

通用性强。

系统的软件和硬件大多是采用模块化的结构。

按模块化方法组成的系统基本配置部分是通用的，不同的数控机床如车床铣床磨床加工中心等，只要配置相应的功能模块，就可满足这些机床的特定控制功能，这对数控机床的培训和学习以及维护维修也是十分方便的。

数控功能丰富。

系统利用计算机的高度计算能力，可实现许多复杂的数控功能，如高次曲线插补动静态图形显示多种补偿功能数字伺服控制功能等。

可靠性高。

装置的零件程序在加工前次送入存储器，并经过检查后方可被调用，这就避免了在加工过程中由纸带输入机的故障产生的停机现象。

许多功能由软件实现，硬件结构大大简化，采用大规模和超大规模通用和专用集成电路，使可靠性进步提高。

易于实现机电体化。

由于采用计算机，使硬件数量相应减少，加之电子元件的集成度越来越高，使硬件的体积不断缩小，同时控制柜的尺寸也相应减少。

数控系统的结构非常紧凑，使其与机床结合在起成为可能，减少占地面积，方便操作。

由于通讯功能的增强，容易组成数控加工自动生产线，如和等。

使用维护方便，操作使用方便。

目前大多数数控机床的操作采用了菜单结构，用户只需根据菜单的提示，进行正确操作。

编程方便。

大多数数控机床具有多种编程的功能，并且都具有程序自动校验和模拟仿真功能。

维护维修方便。

数控机床的许多日常维护工作都由数控装置承担而且，数控机床的自诊断功能，可迅速使故障定位，方便维修人员。

正是由于以上的优点和本着经济成本低的原则，设计经济型数控系统是本设计的主要方案。

改造方案总体可以从硬件软件两部分来着手设计。

设计总图如图。

图数控改造设计总图系统主要由单片机速度检测元件直流伺服电机，及相应的接口电路组成。

总体数控系统电路原理框图如图.图数控系统电路原理框图软件的设计包括系统软件和应用软件的设计。

系统软件其作用主要是检测系统状态并提供基本操作管理，其中包括接口初始化，单片机定时器计数器初始化，键盘数据区显示缓冲区初始化，各种软件标志初始化，中断处理等，系统软件部分采用模块化设计。

应用软件则根据用户编制的加工程序如，控制机床的运行。

改造后的布局及功能的工作台装有进给伺服系统，床身左侧的电气箱内装有主控器和强电系统。

数控系统显示器及按键，在右侧便于观察调试和操作。

数控系统为半闭环控制，伺服电机驱动，可实现直线插补和圆弧插补。

显示器可采用阴极发光二极管，用以显示输入的程序，机床的实际位置和已存储的各种信息。

手动操作时，显示器可作为数字读出装置使用。

.控制系统的硬件设计系统的硬件设计应以实现数控的各种功能为标准，以经济性为基本原则。

.单片机的选择的比较和选用在选择时应考虑的因素是时钟频率和字长即控制数据处理的速度可扩展存储器指的容量指令系统的功能是否强即编程的灵活性口扩展能力即对外设控制的能力开发手段包括支持开发的软件和硬件电路。

除此之外，还应根据系统应用场合控制对象及对各种参数要求选择。

在大多数相关的机床改造资料及论文中都采用了，原因是单片机是集端口及部分等为体的控制器，开发手段齐全，指令系统功能强，编程灵活性大，硬件资料也很丰富。

芯片内部具有个字节的数据存储。

内部编址为，用作工作寄存器堆栈软件标志和数据缓冲器，对内部有丰富的操作指令。

但应用片内的往往不够，现外接芯片来扩展的存储器。

的输入输出线不多，所以外接芯片以扩展口。

是个无的，必须外接或作为程序存储器，所以必须外接片。

为引脚的双列直插式器件，有个双向位口，口和口作为地址总线使用，口用作行程控制，口用作第二功能使用。

位地址总线由口经地址锁存器提供低位，高位由口直接提供。

位数据总线由口提供。

这样数据总线与地址总线共用。

为地址锁存允许，当送低位地址时使有效。

并锁存到中，当送数据时使无效。

在实际应用方面比较繁琐，已被市场淘汰。

如果选用，它的内部不但有位的存储器，而且相对于还有以下优点与兼容字节可编程闪烁存储器寿命写擦循环数据保留时间年全静态工作三级程序存储器锁定位内部可编程线两个位定时器计数器个中断源可编程串行通道低功耗的闲置和掉电模式片内震荡器和时钟电路经过两者比较，本设计决定选用单片机。

该数控系统采用了多结构，以适应功能强速度快分辨率高的要求。

数控系统采用的中央显示和键盘管理及插补和输入输出。

中央起主要控制作用，负责数控程序的编辑，数控程序段的译码预处理，刀具半径补偿的计算，刀具和机器参数编辑，诊断处理，键信号监控处理以及协调另两个同步工作。

显示主要功能是按照中央送来的显示命令和显示内容，组成相应的显示页面，负责产生显示器所需要的视频扫描信号，控制显示器按规定的显示方式显示有关信息。

此外，扫描键盘，将接受的键盘和开关信号经译码后送给中央进行相应处理。

插补主要进行插补运算，发生伺服驱动所需的控制信号，接收测量元件的反馈信号，实现速度和位置的控制。

此外，对输入输出信号进行控制，并完成通讯功能。

插补接收中央送来的程序段信息和其他命令，并返回插补完成情况及出错信号。

为了完成信息交换，中央与显示之间，中央与插补之间分别设置了公用存储区。

以中央与插补之间数据交换为例，为了避免两个同时存取公用存储区而发生冲突，需要采用措施。

为了简化线路和控制，该设计方案采取借用所具备的总线请求和响应的功能，以中央为主控，当中央需要时，通过口，由芯片的输出向插补的总线请求发出信号。

插补返回响应后，也经由，从输入口传给中央。

中央接到响应信号后把中央的地址信号送达插补的存储区，数据得以传送。

在地址分配上。

为了减少芯片数，插补所用的采用片，由三根地址线译码后，每个输出端控制存储区。

片占低地址区。

但只需包括公用存储区，设计中把公用存储区放在最高地址区，为了精确地选址，又加了，进步用选定的地址为。

存储芯片的选择由于本身带有存储器，故不用选择存储芯片。

接口芯片数控系统要完成数据的输入输出，由于芯片的输入输出接口有限，不能完成设计所需的所有输入输出工作，因此我们使用两芯片来完成。

输入输出采用，每片可以有个端口作为输入输出用。

对伺服驱动单元的饿控制模拟量信号采用数模转换。

为了实现正反转控制，采用二级放大，可输出控制信号。

由于数控装置在使用通讯功能时不做其它工作，为了简化结构，利用的个输入端口和个输出端口，用软件实现串行数据通讯。

的地址分配，片不多，为简化线路减少芯片数，地址译码输入只用了根地址线，输出分别给，片和片共个芯片，其中和每个口有个地址，而有个地址。

可编程并行输入输出接口芯片是公司生产的标准外围接口电路，采用工艺制造，用单的电源供电，具有条引脚，采用双列直插式封装。

该芯片有三个端口，即口口和口，对应的引脚分别是和。

其内部还有个控制寄存器，即控制口。

通常口口作为输入输出的数据端口，而口作为控制或状态信息的端口，它在方式字的控制下，可以分为位的端口，每个端口包含个位锁存器。

它们分别与端口配合使用，可以用作控制信号输出或作为状态信号输入。

用片来控制与键盘输入。

键盘与显示设计在起，的口提供键盘的列线及显示器的扫描控制线字位线。

口的为键盘的行线，口的作为显示器的字行输出口，并经过用于使得数码管显示亮度增强的驱动器。

另片则通过与伺服电机驱动电路连接实现对伺服电机的控制。

其中，接向向和向直流电动机硬件环形分配器，为输出，为三个方向的点动及回零输入，为面板上的选择开关，设有编辑单步运行单段运行自动手动手动等方式。

系统各芯片采用全地址译码。

向向直流电动机硬件环形分配器采用，相通电五相十拍方式工作，故引脚均接，向向直流电动机硬件环形分配器采用，是以相通电四相八拍方式工作，接高电平。

三个芯片的选通输出控制分别接的，时钟输入端接芯片的，用以决定脉冲分配器输出脉冲的频率。

为实现插补时不同的进给速度，可给芯片定时计数器中设置不同的时间常数。

的口与口连接了片引脚位通道逐次逼近式转换器，在其后装了测速发电机，来检测直流电机的速度输出，的作用是将测速发电机传来的模拟信号变化转变成数字量，传入，以实现对机床的半闭环控制。

越界报警和急停电路此控制系统中设有越界报警和急停电路。

如图。

方向的越界和急停信号经与门引入的.，中断源，同时又接到的口，采用硬件申请中断和软件查询的方法，便可确定时哪个方向越界。

当等方向越界，则相应的红灯亮报警。

图越界报警和急停电路.伺服电机的驱动伺服电机的驱动电路如图。

图伺服电机的驱动电路其中输入接口主要由转换器，接口运算放大器和测速发电机组成。

测速发电机输出的模拟信号经转换成数字信号输入单片机。

的寻址方式采用的是存储器方式。

接口运算放大器有两个作用.组成有源低通滤波器，抑制测速发电机由于系统的震荡而产生的高频噪声。

.组成放大倍数小于的放大器，将测速发电机的输出信号压缩在以内。

输出接口就是单片机和伺服电机功率放大器的接口。

主要由光电耦合电路功率放大电路光电隔离电路及伺服电机组成。

光电耦合电路光电耦合器于年问世，把不同的发光器件和各种光接收器组合起来，就可构成几百个品种系列的光电耦合器，因而，该器件已成为类独特的半导体器件。

其中光敏二极管加放大器类的光电耦合器随着近年来信息处理的数字化高速化以及仪器的系统化和网络化的发展，其需求量不断增加。

光电耦合器的主要结构是把发光器件和光接收器件组装在个密闭的管壳内，然后利用发光器件的管脚作输入端，而把光接收器的管脚作为输出端。

当在输入端加电信号时，发光器件发光。

这样，光接收器件由于光敏效应而在光照后产生光电流并由输出端输出。

从而实现了以“光”为媒介的电信号传输，而器件的输入和输出两端在电气上是绝缘的。

这样就构成了种中间通过光传输信号的新型半导体电子器件。

光电耦合器的封装形式般有管形双列直插式和光导纤维连接三种。

光电耦合的主要特点如下输入和输出端之间绝缘，其绝缘电阻般都大于，耐压般可超过，有的甚至可以达到以上。

由于“光”传输的单向性，所以信号从光源单向传输到光接收器时不会出现反馈现象，其输出信号也不会影响输入端。

由于发光器件砷化镓红外二极管是阻抗电流驱动性器件，而噪音是种高内阻微电流电压信号。

因此光电耦合器件的共模抑制比很大，所以，光电耦合器件可以很好地抑制干扰并消除噪音。

容易和逻辑电路配合。

响应速度快。

光电耦合器件的时间常数通常在微秒甚至毫微秒极。

无触点寿命长体积小耐冲击。

本设计选用的是光电耦合器，电路图如图。

其中口接，口接，口接，口口接功率放大器。

图光电耦合电路功率放大器电路直流伺服电机常采用的功率驱动元件是晶闸管和功率晶体管，而速度的调节主要采用调节加在电枢上的电压大小来实现，电机的换向则是通过改变电枢电流的方向或励磁电流的方向来实现。

这里，采用功率晶体管驱动系统。

功率晶体管驱动伺服电机，可工作在放大区，构成放大型功率晶体管驱动系统，而工作在开关状态，则构成开关型功率晶体管驱动系统。

在开关驱动系统中，目前广泛采用的是脉冲宽度调制式驱动系统，这也是目前数控机床上广泛采用的。

系统的主要特点是采用较高的开关频率，使得电枢电流仅靠电枢电感或附加较小的电抗器便可连续，所以电机损耗发热和噪声都小，稳定精度高，调带范围宽功率晶体管工作在开关状态，其损耗小，电源利用率高，并且控制方便。

驱动系统主电路有两种结构型式，种是型也是桥式，另种是型。

这里采用型。

原理见图图中四个二极管