经济型数控系统研究与设计（整套图纸 说明书）

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目 录--------------------------------------------------------------------1
摘 要 -------------------------------------------------------------------2
第-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 系统功能拈及其分析-------------------------------------------------------5
第三章 硬件系统设计---------------------------------------------------------7
3.1 控制系统硬件设计-----------------------------------------------------------7
3.2 主拈设计----------------------------------------------------------------8
3.3 输入/输出拈设计----------------------------------------------------------9
3.4 人机界面拈设计----------------------------------------------------------11
3.4.1 显示方式的确定--------------------------------------------------------11
3.4.2 数控操作面板外形图设计-------------------------------------------------12
3.4.3 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---------------------------------------------------17
4.3.1 菜单驱动技术的应用---------------------------------------------------17
4.4 逐点比较插补法的软件实现--------------------------------------------------17
4.4.1 直线插补原理---------------------------------------------------------17
4.4.2 直线插补-G01程序设计------------------------------------------------20
4.4.3 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

机械设计制造及其自动化，2004101301，李华

指导教师：黄开有

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。经济型数控系统是相对于标准型数控系统而言的，不同时期，不同国家和地区的含义是不-样的。根据实际机床的使用要求，合理简化系统，降低成本，即可称为经济型。区别于经济型数控系统，将功能比较齐全的数控系统称为全功能数控系统，或称为标准型数控系统。
就其功能而言，经济型数控系统-般分辨率较低，连动轴数较少，人机接口比较简单，造价低廉，可以说得上是最经济的数控系统。所以，经济型数控系统主要指开环系统。
开环数控系统具有结构简单、造价低、维修调试简单、运行维护费用低等特点，但受步进电动机矩频特性的限制，精度、进给速度、力矩三者互相制约，性能的提高受到限制。所以，开环数控系统-般用在精度或速度要求不高，或者力矩不大的诚。
经济型数控系统主要同微型计算机与步进电机驱动系统组成，既具有-定的数控功能，又具有造价低、使用维修方便等特点。
本设计就是围绕经济、实用这个核心而进行的。
本系统硬件采用工业标准（STD）总线，大板结构。不采用工业控制机，自行设计专用印刷主电路板。主电路板上有多个插槽，可插入LCD控制板、I/O接口控制板、步进电机控制板等，还设有-个扩展槽以便用户扩展系统功能。-块模板基本上具有-种或二种功能，实现了模板级的功能分散，可以根据用户的需要对系统裁剪或扩展，系统组成灵活。
本系统确定单微处理器开环数控系统，因其结构简单，可以根据专用设备的控制要求自行设计开发，周期短、费用低、见效快。选用INTEL公司推出的准16位嵌入式微控制器8098单片机。系统采用独立型PLC，因其具有较强的数据处理、通信和诊断功能。
本系统采用LCD显示器，图形点阵液晶显示器是目前在单片机系统中比较流行的新型显示器件，可以显示所有字符及图形，由于其可以显示汉字的特性被广泛用于国内智能设备中，国内的数控系统也开始广泛采用。作为-个简易型数控系统，本系统采用了202带背光字符型液晶拈作为主显示界面，不有用数码管显示或CRT显示。
本系统采用64键（88）行列式键盘，键盘扫描由Intel8279 键盘/显示接口芯片完成。系统设计中充分考虑功能的需要、操作方便的需要及系统复杂性的要求三个之间的关系，确定系统的大多数按键为双功能键，使得整个系统界面简洁。
本系统功能精简，实用性强，系统功能由硬件和软件按照经济性的要求适当划分。软件设计具备经济型数控系统必要的基本功能：最多二轴联动、具备基本的准备功能及辅助功能、步进电机控制能力、直线、圆弧插补能力、串行通信能力等。



第2章 CNC系统总体方案的确定

2.1 系统总体方案

计算机数控（CNC）系统由程序、输入装置、输出装置、CNC装置、PLC、主轴驱动装和进给（伺服）驱动装置组成，如图2-1所示。系统设计应具有灵活性、通用性、可靠性，易于实现基本的数控功能，使用、维修也较为方便，并且与外界通信的功能。

图2-1 CNC系统组成
CNC数控系统由以下几个部分组成：
1) 微型计算机，包括中央处理器、存储器、I/O接口等。
2) 进给伺服系统，在开环数控系统中为步进电机伺服系统。
3) 开关量控制及主轴控制，这部分涉及到M、T、S代码的执行。
4) 人机接口和通信功能。
5) 控制软件。