毕业设计论文数控机床电路研究和发展.doc

前 言随着科技进步和机床工业的发展，数控机床作为机床工业的主流产品，已成为实现装备制造业现代化发展的关键设备，加快发展数控机床产业是我国装备制造业发展的现实要求近年来我国企业的数控机床占有率逐年上升，在大型企业已有较多的使用，在中、小型企业甚至个体企业中也普遍开始使用但目前我国数控机床的数量和品种，尚不能完全满足国内市场需求我国从事数控机床电气设计、应用与维修技术工作的工程技术人员数以万计，然而由于此项技术的复杂性、多样性和多变性以及一些客观环境因素的制约，在数控机床电气维修技术方面还没有形成一套成熟的、完整的理论体系当今控制理论与自动化技术的高速发展，尤其是微电子技术和计算机技术的日新月异，使得数控技术也在同步飞速发展，数控系统结构形式上的PC基、开放化和性能上的多样化、复杂化、高智能化不仅给其应用从观念到实践 带来了巨大变化，也在其维修理论、技术和手段上带来了很大的变化因此，一篇讲座形式的文章不可能把已经形成了一门专门学科的数控机床电气维修技术理论完整地表述出来，本文是以数控电路的研究为主题，经多方面资料的查阅，再加以适当的归纳整理，以求对该学科理论的发展及工程技术人员的实践有所裨益。

随着计算机技现代制造系统中，数控术的高速发展，传统的制造业开始了根本性变革，各工业发达国家投入巨资，对现代制造技术进行研究开发，提出了全新的制造模式在现在制造系统中，数控技术是关键技术，它集微电子、计算机、信息处理、自动检测、自动控制等高新技术于一体，具有高精度、高效率、柔性自动化等特点，对制造业实现柔性自动化、集成化、智能化起着举足轻重的作用目前，数控技术正在发生根本性变革，由专用型封闭式开环控制模式向通用型开放综合了计算机、多媒体、模糊控式实时动态全闭环控制模式发展在集成化基础上，数控系统实现了超薄型、超小型化；在智能化基础上，制、神经网络等多学科技术，数控系统实现了高速、高精、高效控制，加工过程中可以自动修正、调节与补偿各项参数，实现了诊断和智能化故障处理；在网络化基础上，CAD/CAM与数控系统集成为一体，机床联网，实现了中央集中控制的群控加工 长期以来，我国的数控系统为传统的封闭式体系结构，CNC只能作为非智能的机床运动控制器加工过程变量根据经验以固定参数形式事先设定，加工程序在实际加工前用手工方式或通过CAD/CAM及自动编程系统进行编制CAD/CAM和CNC之间没有反馈控制环节，整个制造过程中CNC只是一个封闭式的开环执行机构。

在复杂环境以及多变条件下，加工过程中的刀具组合、工件材料、主轴转速、进给速率、刀具轨迹、切削深度、步长、加工余量等加工参数，无法在现场环境下根据外部干扰和随机因素实时动态调整，更无法通过反馈控制环节随机修正CAD/CAM中的设定量，因而影响CNC的工作效率和产品加工质量由此可见，传统CNC系统的这种固定程序控制模式和封闭式体系结构，限制了CNC向多变量智能化控制发展，已不适应日益复杂的制造过程，因此，综合我国的数控技术发展来看，对我国的数控技术实行变革势在必行 目 录绪论 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥6一、CNC电路系统的组成‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥8二、NC控制电路‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥92.1主控制器与PC通信 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥102.2主控制器与辅助控制器通信 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥10 2.3看门狗电路 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥102.4 主轴控制电路‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥102.5 频率给定电压电路‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥10三、PLC电路‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥11 3.1 PLC定义‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥11 3.2 PLC工作原理‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥11 3.3 CNC控制系统中的PLC‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥12四、CNC系统软件设计和发展趋势‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥144.1 性能发展方向 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥144.2 功能发展方向 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥144.3 系统结构的发展 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥15五、结束语‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥16致谢‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥17参考文献‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥17数控机床电路的研究和发展摘要：文章介绍的一种基于单片机控制的CNC系统。

阐述了系统的硬件构成、软件设计和系统电路的组成的工作原理，由CNC系统软件的设计论述了国内数控电路的研究技术、发展趋势和展望，并给出我国的数控技术需要发展的方向关键字： 系统 数控 技术 机床CNC Machine tool circuit Research and DevelopmentSummary：This paper introduces a single-chip microcomputer-based control of the CNC system. The hardware which elaborates system constitutes、The work principle that software design and system electric circuit constitute, From the design treatise of CNC system software the domestic number control the research technique of electric circuit、Develop trend and outlook, The number which combines an our country to controls a technique demand to develop of direction.Key word: System The number controls Technique Tool machine绪 论 数控机床技术，简称数控（NC）技术，是20世纪中期发展起来的一种自动控制技术，是指用数字化信息对机械设备的运动及其加工过程进行控制的一种方法。

数控设备就是采用了数控技术的机械设备，或者说是装备了数控系统的机械设备数控机床是数控设备的典型代表，其他数控设备还有数控冲剪机、数控压力机、数控弯管机、数控坐标测量机、数控绘图仪、数控雕刻机等等数控机床是为了解决复杂、精密、小批多变零件加工的自动化要求而产生的数控加工是根据被加工零件的图样和工艺要求，编制成以数码表示的程序，输入到机床的数控系统中，以控制刀具与工件的相对运动，从而加工出合格零件的方法该项技术是20世纪40年代后期为适应复杂外形零件的精密加工而发展起来的一种自动化加工技术1948年，美国帕森斯（Parsons）公司在研制加工直升机螺旋桨叶片轮廓用检查样板的机床时，首先提出计算机控制机床的设想，在麻省理工学院（MIT）的协助下，于1952年研制成功了世界上第一台三坐标直线插补连续控制的立式数控铣床此后，很多厂家都开展了数控机床的研制开发和生产1958年，美国K&T公司首先研制成功带有自动换刀装置的加工中心（MC）1968年，英国首次将多台数控机床及无人化搬运小车、自动仓库在计算机控制下连接成自动加工系统，即柔性制造系统（FMS）我国于1958年由清华大学和北京第一机床厂合作研制了我国第一台数控铣床。

数控系统是能逻辑地处理输入到系统中具有特定代码的程序，并将其译码，从而使机床运动并加工零件的程序控制系统数控系统的发展到现在已经有了两个阶段第一阶段为普通数控（NC）阶段，即逻辑数字控制阶段，数控系统主要是由电路的硬件和连线组成，故又称为硬件数控系统其特点是具有很多硬件电路和连接结点，电路复杂，可靠性不好这个阶段数控系统的发展经历了三个时代，即电子管时代（1952年）、晶体管时代（1959年）和小规模集成电路时代（1965年）自1970年小型计算机开始用于数控系统，数控系统的发展进入第二阶段，即计算机数字控制（CNC）阶段，数控系统主要是由计算机硬件和软件组成，其突出特点是利用存储在存储器里的软件控制系统工作，故又称为软件控制系统这种系统容易扩大功能，柔性好，可靠性高第二阶段数控系统的发展也经历了三个时代20世纪60年代末，先后出现了由一台计算机直接控制多台机床的直接数控系统（简称DNC，又称群控系统），及采用小型计算机控制的计算机数控系统，使数控系统进入了以小型计算机化为特征的第四代从1974年微处理器开始用于数控系统，数控系统发展到第五代，即微型机数控（MNC）系统经过几年的发展，数控系统从性能到可靠性均得到了很大的提高，自70年代末到80年代，数控技术在全世界得到了大规模的发展和应用。

从90年代开始，PC机的发展日新月异，基于个人计算机（PC）平台的数控系统（称为PC数控系统）应运而生，数控系统的发展进入第六代现在市场上流行和企业普遍使用的仍然是第五代数控系统，其典型代表是日本的FANUC-0系列和德国的SINUMERIK810系列数控系统当今的数控机床已经在机械加工部门占有非常重要的地位，是柔性制造系统（FMS）、计算机集成制造系统（CIMS）、自动化工厂（FA）的基本构成单位努力发展数控加工技术，并向更高层次的自动化、柔性化、敏捷化、网络化和数字化制造方向推进，是当前机械制造业发展数控机床的加工原理数控机床的加工原理如图1所示编制数控程序输入装置机床主运动进给运动辅助动作伺服驱动位置检测辅助控制加工零件数控装置加工图纸图1 数控机床的工作原理在数控机床上加工零件时，要事先根据零件加工图样的要求确定零件加工的工艺过程、工艺参数和刀具参数，再按规定编写零件数控加工程序，然后通过手动数据输入（MDI）方式或与计算机通讯等方式将数控加工程序送到数控系统，在数控系统控制软件的支持下，经过分析处理与计算后发出相应的指令，通过伺服系统使机床按预定的轨迹运动，从而控制机床进行零件的自动加工。

数控机床已是成为各个工作领域不可缺少的必要装备，它的产生和发展，更是制造高质量、高效率、高一致性产品的有力保障随着人类社会的飞速发展与进步，各种新材料、新技术、新工艺、新结构、新配件不断的涌现，各个领域不断的提出新的要求这一切都使得数控机床的结构、性能千变万化计算机技术的高速发展又使得机床数控系统正在以更短的周期更新一、CNC电路系。