基于小型机床的数控化改造研究

论文摘要

数控技术是当前制造业的主导技术,对企业长期以来使用的大量非数控机床,进行数控化改造,不仅可以提高设备的利用率,还可避免大量的重复投资。对当前企业的设备改造有很大的应用价值。本文以小型车钻两用多功能机床为研究对象,介绍了一种经济型数控机床的主从式控制系统的开发和研制过程。本设计采用PC机为上位机,Atme189S52为核心的单片机系统作下位机,以打印口为两者间的通讯接口,构成主从式控制系统。机床的加工处理过程为:上位机将经过译码处理的数控指令和参数发送到下位机,控制下位机工作。下位机根据上位机的代码,发送指令脉冲给步进电机,带动丝杠的转动,实现工件的加工。微型计算机具有丰富的软硬件资源,可以编制出具有友好的人机界面的系统控制软件;而单片机系统结构相对简单、工作可靠、价格便宜,且可以借助c语言、汇编语言等编制出执行机构的位置控制软件。上位机采用外部中断,保证了整个主从式系统具有良好的实时性。本文着重阐述了主从式数控机床的整体结构、硬件设计及软件编程的基本原理和设计思想。全文包括以下五个主要部分:数控机床及本控制系统的概述;机械部分的改造及步进电机的介绍;单片机的总体设计及硬件系统;下位机的程序设计;上位机软件的总体开发。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 数控技术的发展历史
• 1.1.1 硬件数控阶段
• 1.1.2 计算机数控系统的发展和完善阶段
• 1.1.3 高速精度CNC的开发与应用阶段
• 1.1.4 基于PC的开放式CNC的开放与应用
• 1.2 开放式数控系统结构的研究
• 1.2.1 开放式数控系统结构的产生背景
• 1.2.2 开放式数控系统的研究发展
• 1.2.3 国产数控系统技术的发展
• 1.3 本课题的来源及意义
• 1.4 本课题的研究工作
• 本章小结
• 第二章 机床硬件部分的改造
• 2.1 步进电机的工作原理
• 2.2 步进电机控制系统构成
• 2.2.1 步进电机的选择
• 2.2.2 参数选择
• 2.3 电机与机械部分的连接
• 2.4 步进电机驱动器
• 2.5 电源转换系统
• 2.6 自动换刀系统
• 本章小结
• 第三章 下位机硬件系统的设计
• 3.1 下位机的整体设计
• 3.2 AT89S51简介
• 3.2.1 封装形式及主要特点
• 3.2.2 AT89S51的性能结构
• 3.3 并口在线编程器
• 3.3.1 增强并行口EPP
• 3.3.2 并行口的发展和EPP的优势
• 3.3.3 EPP并行口
• 3.3.4 并口读写操作说明
• 3.4 与PC机通信模块
• 本章小结
• 第四章 下位机的程序设计
• 4.1 下位机软件总述
• 4.1.1 单片机程序总述
• 4.2 单片机程序
• 4.2.1 单片机主程序
• 4.2.2 初始化子程序
• 4.2.3 串口通讯子程序
• 4.2.4 加减速部分
• 4.2.5 位置控制部分
• 4.2.6 软件插补的算法
• 本章小结
• 第五章 上位机软件的开发
• 5.1 VISUAL BASIC开发简介
• 5.2 主界面简介
• 5.3 译码
• 5.3.1 程序的组成
• 5.3.2 程序段的格式
• 5.3.3 译码
• 5.4 异步串行通信
• 5.4.1 计算机与单片机的连接
• 5.4.2 串口通信的设计
• 5.4.3 通信协议处理流程
• 5.4.4 通信的可靠性分析
• 本章小结
• 第六章 结果和展望
• 6.1 研制的结果
• 6.2 存在问题及解决方案
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表论文
• 作者简介