（

1）数控系统运动方式的确定  数控系统按运动方式可分为点位控制系统、点位直线控制系

统、连续控制系统。由于要求

CA6140 车床加工复杂轮廓零件，所以本微机数控系统采用两

轴联动连续控制系统。

 

（

2）伺服进给系统的改造设计  数控机床的伺服进给系统有开环、半闭环和闭环之分。因为

开环控制具有结构简单、设计制造容易、控制精度较好、容易调试、价格便宜、使用维修方便等
优点。所以，本设计决定采用开环控制系统。

  

（

3）数控系统的硬件电路设计  任何一个数控系统都由硬件和软件两部分组成。硬件是数控

系统的基础，性能的好坏直接影响整体数控系统的工作性能。有了硬件，软件才能有效地运
行。

 在设计的数控装置中，CPU 的选择是关键，选择 CPU 应考虑以下要素： 

 1. 时钟频率和字长与被控对象的运动速度和精度密切相关；  
2. 可扩展存储器的容量与数控功能的强弱相关； 
 3. I/O 口扩展的能力与对外设控制的能力相关。  除此之外，还应根据数控系统的应用场合、
控制对象以及各种性能、参数要求等，综合起来考虑以确定

CPU。在我国，普通机床数控改

造方面应用较普遍的是

Z80CPU 和 MCS-51 系列单片机，主要是因为它们的配套芯片便宜，

普及性、通用性强，制造和维修方便，完全能满足经济型数控机床的改造需要。
本设计中是以

MCS-51 系列单片机，51 系列相对 48 系列指令更丰富，相对 96 系列价格更

便宜，

51 系列中，是无 ROM 的 8051，8751 是用 EPROM 代替 ROM 的 8051。目前，工控机

中应用最多的是

8031 单片机。本设计以 8031 芯片为核心，增加存储器扩展电路、接口和面

板操作开关组成的控制系统。

  

2.3  总体方案的确定  经总体设计方案的论证后，确定的 CA6140 车床经济型数控改造示意
图如图所示。

CA6140 车床的主轴转速部分保留原机床的功能，即手动变速。车床的纵向（Z

轴）和横向（

X 轴）进给运动采用步进电机驱动。由 8031 单片机组成微机作为数控装置的

核心，由

I/O 接口、环形分配器与功率放大器一起控制步进电机转动，经齿轮减速后带动滚

珠丝杠转动，从而实现车床的纵向、横向进给运动。刀架改成由微机控制的经电机驱动的自
动控制的自动转位刀架。为保持切削螺纹的功能，必须安装主轴脉冲发生器，为此采用主轴
靠同步齿形带使脉冲发生器同步旋转，发出两路信号：每转发出的脉冲个数和一个同步信
号，经隔离电路以及

I/O 接口送给微机。

第三章

     微机数控系统硬件电路设计

3.1 微机数控系统硬件电路总体方案设计  本系统选用 8031CPU 作为数控系统的中央处理机。
外接一片

2764EPROM，作为监控程序的程序存储器和存放常用零件的加工程序。再选用一

片

6264RAM 用于存放需要随机修改的零件程序、工作参数。采用译码法对扩展芯片进行寻

址，采用

74LS138 译码器完成此功能。8279 作为系统的输入输出口扩展，分别接键盘的输

入、输出显示，

8255 接步进电机的环形分配器，分别并行控制 X 轴和 Z 轴的步进电机。另外，

还要考虑机床与单片机之间的光电隔离，功率放大电路等。

  

 各引脚功能简要介绍如下： 
⒈ 源引脚   VSS：电源接地端。  VCC：＋5V 电源端。  
⒉ 输入/输出（I/O）口线  8031 单片机有 P0、P1、P2、P3 4 个端口，每个端口 8 根 I/O 线。当
系统扩展外部存储器时，

P0 口用来输出低 8 位并行数据，P2 口用来输出高 8 位地址，P3

口除可作为一个

8 位准双向并行口外，还具有第二功能，各引脚第二功能定义如下：   P3.0 

RXD：串行数据输入端。 P3.1  TXD：串行数据输出端  P3.2  INT0：外部中断 0 请求信号输
入端。

 P3.3  INT1：外部中断 1 请求信号输入端。 P3.4  T0：定时器/计数器 0 外部输入端

 

P3.5   T1：定时器/计数器 1 外部输入端  P3.6   WR：外部数据存储器写选通。 P3.7  RD：外
部数据存储器读选通。

 在进行第二功能操作前，对第二功能的输出锁存器必须由程序置 1。  

⒊ 信号控制线  RST/VPD：RST 为复位信号线输入引脚，在时钟电路工作以后，该引脚上