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1、 介绍一种适合电子爱好者制作的数控系统 自制数控系统为创业提供机会。 学习数控技术，最好是自己能有一台数控系统。 自制数控系统并不难，主要是往电路板上焊元件。 全部器材只要几百元。 （作者：李保国 电话：13627222333 ） 一前言 一前言 机床数控系统是由专用计算机组成的电子产品。它的电路以及软件都极为复杂，技术含量高。开发 数控系统必须要有多种类型的高级技术人才协同工作， 并投入大量资金和时间才有可能实现。 要使数控 产品能在工业环境下可靠工作，更是需要经过现场的反复试验和不断改进，产品才算真正开发完成。显 然对一般电子爱好者来说是难以做到的。 虽然开发数控系统不是每个人都能完成，但
2、是只要有完整的技术资料作指导，许多电子爱好者都能 自己组装合格的数控产品。这里我们就给大家介绍一种适合电子爱好者制作的数控系统。 通过组装可以了解数控系统的内部结构、系统组成，能实际学到数控操作与编程等数控技术。利用 自己生产的数控系统进行机床数控改造，为自主创业创造条件。 这款数控系统结构简单、功能强大、工作可靠、容易制作。已在数控车、铣床正式产品以及一些专 用机床改造上经过近二十年的实际应用， 不仅验证了它的使用性能和可靠性， 还证明了产品的可制造性 也是一流的。虽然这款数控系统主要是针对车、铣床而设计，但因独有的 BASIC 高级语言编程能力以 及开放式结构设计，使其很容易应用于各种智能
3、自动化设备上。 组装数控系统需要的技术资料可以从保华数控工作室索取完整资料光盘 （只收取 80 元工本费） 。光盘内容主要有：电路原理图、PCB 图（protel99 格式，可直接交付制版） ；全部元器件 清单、系统软件（bit 格式，用通用编程器写入 EEPROM 芯片） 、产品应用资料（包括操作与编程、安 装与连接手册）等。 所需器材除两片专用集成电路外，其余都能从市场买到。为适合手工焊接，全部集成电路均采用插 入式封装。 制作时只要电路板和元器件没有问题，在没有错焊、虚焊和漏焊的情况下，均能做到一次成功。接 口（IO）板完全不用调试，控制（CNC）板只在与 LCD 显示器连接时调整一次对
4、比度（电位器 VR） 即可。 为了能顺利生产出合格产品，务必请注意以下几点。 制版前应使用 Protel99 软件对电路板文件进行错误检查，正确后方可交付制版。 批量生产前应先进行单台或少量试生产，第一台全部 IC 建议使用插座安装。 对从其它地方下载或取得的资料，保华数控工作室均不对其负责。 - 1 -二功能介绍 二功能介绍 操作方便操作方便 采用 LCD 显示。加工过程中具有动态图形显示，跟踪加工轨迹。加工中可无级调整切削速度。 全部操作采用汉字菜单提示，各种工作方式的转换一键即发。 独具特色的手动功能。除具有点动、连续进给、无级调速等常规功能外，还可直接执行数控命 令和单步运行程序，使得
5、调整机床和调试零件加工程序的操作变得十分简单。 特有的刀具补偿修调指令，配合简单的对刀功能极大地降低了对刀、换刀的操作难度，提高加 工精度和生产效率。 功能强大功能强大 直线插补采用先进的目标点跟踪法，插补速度快，运行平稳，光洁度好。圆弧插补可以采用半 径或圆心参数编程。用半径编程可避免繁琐的圆心参数计算。自动过象限，自动间隙补偿。 零件加工程序的编辑和存取是在 CM-DOS 中文电子盘操作系统的管理下完成的， 该操作系统是 专为工业控制而设计的电子盘文件管理系统。它工作可靠，功能强大。在编辑状态下还具有计 算器功能，编写零件加工程序时可用于辅助计算。 在 ISO 国际标准的 G、M 数控指令
6、程序中同时使用 BASIC 语言和 CM-DOS 命令可以编写出智 能化的加工程序。BASIC 变量、函数和表达式，能实现复杂曲线和曲面的加工。BASIC 是最接 近于人的表达方式和书写习惯且简单易学的编程语言。 采用四倍频螺纹接口电路。能加工大导程螺纹，高速加工螺纹，光洁度好。能加工公/英制直/ 锥螺纹，多头螺纹。有自动收尾和螺纹循环功能。 RS232 通讯接口，能实现与个人计算机的文件传输和 DNC 加工。 具有 D/A 输出接口，可直接控制变频器实现主轴无级调速和恒线速度切削。 运动轴控制信号采用双线驱动器输出，可以配接各种步进电机和全数字式交流伺服电机。 可靠性高可靠性高 系统采用紧凑
7、的模块化结构，在设计时对电路和系统结构反复进行了最简优化，使可靠性和可 维修性大大提高。 完善的错误侦缉功能，能有效避免因错误的操作和编程造成系统故障。 具有掉电状态保护功能、中途停电系统自动记忆当前坐标位置及其它状态。 开放式结构开放式结构 采用开放式设计，内嵌汇编和反汇编软件，便于系统的二次开发。BH 系列数控系统的开放性 是通过开放型的 CMDOS 操作系统实现的。用户只要将扩展的功能程序存入电子盘，该程序 的文件名可作为指令在程序中使用。 为配合接口电路的扩展需要，在主板上配置了系统总线插座。 内有国标 I 级汉字库及全拼输入法，配合图形功能可方便用户设计自己的界面。 规格指标规格指标
8、 用户界面用户界面 5.7”（320240）液晶显示汉字菜单和加工图形。数控专用键盘和 PC 键盘。 系统管理系统管理 CM-DOS 电子盘操作系统。 编程语言编程语言 ISO 标准 G、M 代码和 BASIC 语言。程序中两种语言可混合使用。 文件存储文件存储 A、B、C 三个电子盘，共可存储 138 个零件加工程序。E、F 为只读盘，存有系统工具 软件。 运动轴运动轴 BH-2T：二轴两联动，直线、圆弧。 BH-3M：三轴三联动，直线、圆弧、螺旋线。 可配接步进或交流伺服系统。 控制精度控制精度 BH-2T：X 轴 0.005mm、Z 轴 0.01mm。 - 2 -BH-3M：X、Y、Z
9、轴 0.005mm（或 0.01mm） 。 间隙补偿间隙补偿 02.55mm。 螺纹加工螺纹加工 （BH-2T）可加工直螺纹、锥螺纹和多头螺纹，自动收尾。螺纹导程：0.2548mm，或 2.250 牙/英寸。 刀具功能刀具功能 最多 8 个刀位。刀具位置补偿；C 型刀具半径补偿（BH-3M） ，在转移、循环及子程序 中都能使用。 主轴功能主轴功能 主轴正转/反转/停止控制（具有换向延时保护） ，速度档位选择和 D/A 变频调速控制。 机床原点机床原点 用户原点和机床原点。 程序控制程序控制 程序循环（可嵌套）和螺纹、端面、外圆加工循环。 子程序调用（可嵌套） 。 无条件转移。 条件转移，自动根
10、据运算或逻辑判断结果选择转移位置。 变量和表达式赋值。 特殊功能特殊功能 可选配：相贯线、正弦线加工、尺寸自动检测等。 预留接口预留接口 PC 键盘接口，手持键盘接口，系统总线接口。 - 3 -三系统组成与三系统组成与 CNC 控制器 控制器 图 1 是数控系统的组成图。中间的 CNC 控制器由 CNC 主板和 I/O 接口板组成，它是数控系统的核 心部件。再加上显示屏和键盘就构成一台完整的数控系统（图 1 中点划线框内的部分） 。图的右边是普 通机床需要控制的设备，它们的控制信号都通过电缆与 CNC 控制器的各接口相连。从图中可以看出制 作数控系统，主要就是制作 CNC 控制器和键盘。其它，
11、比如 LCD 显示器和开关电源等只需按要求购 买即可。车床和铣床 CNC 控制器的硬件电路都是一样的，只是软件不同。所以这里重点介绍 CNC 控 制器。 LCD 显示器 键 盘 手持键盘 PC 键盘 RS232 设备 主轴编码器23 路步进/ 伺服驱动装置电动刀架直流电源输入电源开关J1 JMJ4 J3J5 J6 JWK1 K2JTJQJLJCCNC 主板 I/O 板 CNC 控制器 CNC 控制器 开关量、模拟 量输入/输出图 1 数控系统的组成 - 4 -图 2 是 CNC 控制器的实物图片，它由上层电路板（也称 CNC 板）和下层电路板（也称 IO 板）组 成，四角用 M3x18mm 六
12、方铜柱固定在一起。CNC 板实际上是一台专用工控机，系统的全部软件都存 储在一片 1MB 的 E2PROM 中。CNC 板上有 LCD 显示器、键盘、RS232 通讯、IO 总线等设备的接口。 IO 板是连接工控机与外部设备的桥梁， CNC 板的输入输出控制信号都由内部 IO 总线接至 IO 板。 IO 板 上的电路对控制信号完成变换与隔离后再由各接口与机床的对应设备相连接，实现对各种设备的控制。 下面简要介绍 CNC 控制器各接口的作用，详细内容请参考BHcnc 安装与连接手册 。 RS232 接口JL 编码器接口PC 键盘接口 专用键盘接口 JM 机床控制接口JT 刀架控制接口LCD 显示
13、器接口 LCD 对比度调整电位器 内部 IO 总线接口蜂鸣器 图 2 CNC 控制器 （在 IO 板上）接口 JW 电源输入 JQ 驱动器接口1CNC 板接口介绍板接口介绍 1）LCD 显示器接口显示器接口 该接口引脚定义符合 AM320240-57C59 液晶显示屏要求，也可选用与之兼容的其它型号液晶显示 屏。具体的接口引脚定义与 LCD 显示器连接电缆的制作将在后面介绍。 2）内部）内部 IO 总线接口总线接口 J3 直接与 IO 板的 JC 相连，传递 CNC 板与 IO 板之间的所有输出输入控制信号。 3）专用键盘接口）专用键盘接口 接数控系统的专用矩阵键盘。有关专用矩阵键盘的制作将在
14、后面专门介绍。 - 5 -4）PC 键盘接口键盘接口 接标准 PC 机键盘（推荐使用小型键盘） 。要求键盘为小圆头 6 芯，如果是 USB 插头可加一转换头 连接。PC 键盘的使用方法将在后面介绍。 5）RS232 接口接口 通过电缆与 PC 机的 COM 口相连。电缆市面有售，要求电缆两端均为 9 芯孔型插头，且 2、3 两脚 交叉连接。 另外，CNC 板上还有 J0 JTAG 和 J10 BUS 等没有使用。它们是 CPLD 编程和总线扩展接口，仅在 需要扩展系统功能时使用。 2 IO 板接口介绍板接口介绍 1）JC 内部内部 IO 总线接口总线接口 JC 直接与 CNC 板的 J3 相连
15、，它们传递 CNC 板与 IO 板之间的所有输出输入控制信号。 2）JW 电源输入接口电源输入接口 CNC 控制器需要 5V 和 12V 直流电源，由开关电源提供。这两组直流电源先经过各自的开关 （POWER 和 DRIVER）再与 JW 接口相连。JW 接口引脚定义及开关电源参数要求如下。 （1） JW 接口引脚定义 ：直流+5V 输入。 ：5V 地。 ：直流+12V 输入。 ：12V 地。 （2） 开关电源参数要求 输入：220VAC，0.5A。 输出：+5V 2A。 +12V 1A。 要求开关电源输出与输入以及两组直流输出之间都要有隔离。 推荐型号 NEID-35A（明伟生产） 。 3）
16、JM 机床控制接口机床控制接口 系统对机床的控制和机床的状态信号由 JM 机床控制接口输出和输入。这些信号包括：主轴、冷泵 起停，主轴速度控制、机床参考点和极限位置检测等。 4）JT 刀架控制接口刀架控制接口 系统对电动刀架的控制有 8 个刀位的选择信号 T1T8，以及刀架旋转及锁紧控制信号 TZ 和 TF。 5）JQ 驱动器接口驱动器接口 对运动轴的控制信号由 JQ 驱动器接口输出，可同时控制 X、Y、Z 三个坐标轴（车床系统只用 X、Z 两轴）的运动。 每个轴的电机由脉冲信号和方向信号控制。控制电机转动的脉冲信号为 CP，旋转方向控制信号为 CW。采用双线驱动输出，抗干扰性能好。可以驱动步进电机以及数字式交流伺服电机。 6）JL 编码器接口编码器接口 JL 是编码器的连接插
