数控机床原理和结构分析——数控机床设计入门
数控机床的基本构造和工作原理
数控机床的基本构造和工作原理随着工业化程度的提高，人们对于加工精度的要求也越来越高。
传统的手工加工早已无法满足要求，而数控机床的出现则极大地提高了加工精度和效率。
那么数控机床又是如何实现高精度加工的呢？一、数控机床的基本构造数控机床分为两个部分：数控系统和机床本体。
数控系统是数控机床的智能核心，也是实现数控加工的关键。
机床本体则是数控机床的身体，它由进给系统、主轴系统、刀具变换系统等构成。
1. 数控系统数控系统涉及到计算机技术、电气技术、机械工程技术等多个领域，是数控机床的智能核心。
数控系统的主要功能是实现复杂的运动控制和刀具轨迹控制，从而实现高精度的加工。
数控系统通常由电子计算机、数控器、输入、输出设备等组成。
数控机床的进给系统、主轴系统和刀具变换系统均由数控系统控制。
根据所需加工的工艺要求，设定工件坐标系和工件加工程序，数控系统将加工程序转换为机床执行的运动坐标系，同时控制曲柄、伺服电机、精密滚珠丝杠等元件的动作，从而实现复杂的加工。
2. 机床本体机床本体是数控机床的身体，它由进给系统、主轴系统、刀具变换系统等构成。
进给系统：进给系统主要由进给电机、滚珠丝杠、传动装置等组成。
它的主要功能是实现工件在各个方向上的移动，包括高速进给、低速进给和停放功能。
进给系统采用高精度的滚珠丝杠传动，这样能够在保证加工效率的同时保证加工精度。
主轴系统：主轴系统主要由主轴电机、主轴头、主轴箱等组成。
主轴电机可以通过数控系统控制其转速及转向，从而驱动切削刀具完成各种类型的加工操作。
主轴头则为不同类型的切削刀具提供固定的装夹和换刀机构。
主轴箱则位于床身内，保证主轴旋转的平稳和均匀。
刀具变换系统：刀具变换系统主要用于切换不同类型的切削刀具，它可以实现快速换刀，提高了生产效率。
刀具变换系统中通常包括刀库、刀架、刀杆等部分。
二、数控机床的工作原理数控机床的工作原理可以简单地理解为：根据预先编好的加工程序，控制进给系统和主轴系统，使工件沿着预设的轨迹完成加工。
数控机床的结构组成及原理
数控机床的结构组成及原理数控机床是一种通过计算机控制的机床，可以实现多种复杂的加工操作。
它的结构组成及原理可以大致分为机床主体部分、控制系统部分和辅助装置部分。
一、机床主体部分1.床身：床身是整个数控机床的基础部分，承载整个机床的各个部件和装置，同时具有足够的刚性和稳定性。
床身通常由大型整体铸件制成，常见的有平面床、斜床和立式床等。
床身上设有导轨、滑块和滚珠丝杠等装置，用于支撑和导向主轴箱、工作台等。
2.主轴箱：主轴箱是数控机床的重要部件之一，通常由主轴、主轴动力装置、主轴箱座、电动机及其驱动装置等组成。
主轴箱用来传递动力，使主轴旋转，是实现机床加工功能的关键部分。
3.工作台：工作台是数控机床上用于夹持工件的装置，它可以沿各个方向进行移动和转动。
工作台通常由工作台体、刀架座、刀具变位装置等组成。
工作台的移动和转动由驱动装置控制，实现对工件的定位和加工。
二、控制系统部分1.数控装置：数控装置是整个机床的控制中心，由硬件部分和软件部分组成。
硬件部分包括主机、输入输出设备、接口电路等，软件部分是指数控机床的控制程序。
数控装置能够根据加工要求，自动生成加工程序，并控制机床的各个动作。
2.伺服系统：伺服系统是数控机床的动力系统，主要由伺服电机、传动机构和测量装置等组成。
伺服电机通过控制系统接收指令，根据要求实现各个轴向的运动。
传动机构将电机运动传递到工作台或刀架等部位，测量装置用于检测轴向运动的位置和速度。
三、辅助装置部分1.刀具变位装置：刀具变位装置是数控机床上用来实现刀具的换刀和夹紧的装置。
它能够实现快速的刀具换向和自动夹紧，提高机床的加工效率。
2.冷却液供给装置：冷却液供给装置是用于给切削过程提供冷却润滑的装置，它能够保持刀具的正常工作温度，延长刀具的使用寿命，并提高加工质量。
3.操作平台：操作平台是供操作人员进行操作和监控的地方，它通常设有显示屏、键盘、手柄等操作设备，用于输入指令、调整参数以及监控加工过程。
数控机床的基本构造及工作原理
数控机床的基本构造及工作原理数控机床是一种利用计算机控制的自动化机械设备。
它是在传统机床的基础上发展而来，具有高精度、高效率和多功能特点。
下面将对数控机床的基本构造和工作原理进行详细介绍。
一、数控机床的基本构造1.机床主体部分：机床主体通常由床身、立柱、横梁和工作台等组成。
床身是整个机床的基础，用于安装和支撑其他各个部件。
立柱起支撑和导向作用，横梁用于支撑和传递载荷，工作台用于支撑工件。
2.传动系统：传动系统将电机产生的动力传递给刀具或工件，实现切削加工。
常见的传动方式包括电机驱动螺杆、齿轮传动和皮带传动等。
3.控制系统：控制系统是数控机床的核心部分，用于实现机床的自动化操作。
它由计算机、数控装置、伺服控制器和编码器等组成。
计算机是控制系统的主控部分，负责接收和处理指令。
数控装置将计算机的指令转化为电信号，控制伺服控制器和驱动器工作。
伺服控制器接收数控装置的信号，输出相应的电流给驱动器，驱动刀具或工件运动。
4.动力系统：动力系统提供机床的驱动力，通常由电机提供动力。
根据不同的切削工况和需求，可以采用不同类型的电机，如交流伺服电机、直流伺服电机和步进电机等。
5.刀具或工件换刀系统：刀具或工件换刀系统用于实现自动化换刀操作，提高生产效率。
根据不同的切削任务和工艺要求，可以配置不同的换刀方式，如手动换刀、自动换刀和带刀库的换刀等。
二、数控机床的工作原理1.编程：要进行数控加工，首先需要编写加工程序。
加工程序是由一系列指令组成的文本文件，用于描述切削路径、刀具换向、进给速度、切削深度等参数。
2.坐标系转换：在编写加工程序时，需要定义一个坐标系，用于描述刀具或工件的位置和运动。
通常使用直角坐标系或极坐标系。
在实际运行时，数控系统会将编程坐标转换为机床坐标，以控制机床的运动。
3.运动控制：数控系统根据加工程序生成的指令，通过伺服控制器控制电机运动，实现刀具或工件在空间中的运动。
伺服控制器接收数控装置发出的指令，输出相应的电流给驱动器，驱动电机旋转。
数控机床的原理及组成结构
数控机床的原理及组成结构
数控机床又称为数控加工中心，是一种利用计算机控制的机床。
它通过预先输入的指令，实现对工件的自动加工，具有高精度、高稳定性和高效率的特点。
数控机床的原理主要包括三个方面：数控系统、伺服系统和执行系统。
1. 数控系统：数控系统负责接收输入的工艺程序，对指令进行解析和处理，并发送控制信号给伺服系统和执行系统。
数控系统由硬件和软件两部分组成，硬件包括主控板、接口板、数控终端等，软件包括操作系统、数控编程软件等。
2. 伺服系统：伺服系统负责将数控系统发送的控制信号转换为电信号，通过电机驱动系统，控制工件在加工过程中的运动。
伺服系统由伺服电机、伺服控制器和传感器等部件组成，它可以实现对工件运动的精确控制。
3. 执行系统：执行系统是指实际进行加工的部分，包括机床本体、刀具系统和夹具系统等。
它根据数控系统发送的指令，控制切削工具在工件上进行切削、铣削、镗削等操作。
执行系统的结构包括主轴、进给系统、工作台、刀库等。
总的来说，数控机床的组成结构主要包括数控系统、伺服系统和执行系统三个方面，它们相互配合，实现对工件的自动加工。
数控机床的组成及基本原理
数控机床的组成及基本原理数控机床是指采用数字计算机控制系统控制的机床。
它具有高度自动化、精度高、柔性化加工等特点，广泛应用于航空航天、汽车制造、模具制造、机械加工等领域。
下面将介绍数控机床的组成和基本原理。
一、数控机床的组成数控机床主要由数控系统、工作台和运动系统等组成。
1.数控系统：数控系统是整个数控机床的核心部分，它由硬件和软件两部分组成。
硬件部分包括操作面板、中央处理器、驱动器等，软件部分包括数控编程软件、运动控制软件等。
数控系统接收操作者输入的加工程序，进行解析和处理，然后将指令发送给运动系统，控制机床运动。
2.工作台：工作台是数控机床上进行加工的平台，可以固定和夹持工件。
通常有立式工作台和卧式工作台两种形式，可以根据加工需要进行选择。
3.运动系统：运动系统由伺服驱动器和伺服电机组成，用于控制机床各个轴线（如X轴、Y轴、Z轴）的运动。
伺服驱动器接收数控系统发出的脉冲信号，通过控制伺服电机的转速和方向，使机床实现定位、定位速度和加工进给。
二、数控机床的基本原理1.数学模型：数控机床的运动控制是通过坐标系来实现的，其中最常用的是直角坐标系。
在直角坐标系中，将工件的加工轨迹抽象为函数或曲线，通过数学模型来描述。
根据加工要求，可以将工件的几何图形抽象为线段、圆弧、椭圆等数学模型。
2.几何模型：在数控编程中，几何模型是描述加工要求的重要依据。
几何模型包括点、直线、圆弧等基本图形，它们可以通过坐标方式或向量方式描述。
通过几何模型，机床可以控制各个轴线的运动，实现工件在空间中的加工。
3.程序和指令：数控机床的加工程序由一系列指令组成，这些指令可以通过编程软件进行编写。
在加工程序中，可以定义初始状态、加工轨迹、进给速度、刀具位置等。
数控机床的数控系统解析和处理这些指令，将其转化为机床运动的控制信号。
4.运动控制：数控机床通过数控系统将指令传递给伺服驱动器和伺服电机，控制各个轴线的运动。
伺服驱动器根据接收到的脉冲信号，控制伺服电机的转速和方向，实现机床的定位和进给。
数控机床的基本组成与工作原理
数控机床的基本组成与工作原理数控机床是一种基于数控技术的自动化机床，它具有高精度、高效率、高自动化程度等优点，广泛应用于机械加工领域。
下面将介绍数控机床的基本组成和工作原理。
一、数控机床的基本组成1.控制系统：数控机床的控制系统是实现机床自动化控制的核心部件，包括数控设备、编程装置和控制器。
数控设备通过编程装置生成加工程序，控制器将编程程序转化为信号控制机床的移动、加工和停止等动作。
2.机床主体：机床主体是数控机床的机械结构，包括床身、主轴、进给系统、刀具系统和夹具系统等。
床身是机床的基础框架，支撑和固定各个部件。
主轴是机床上用于转动刀具的部件，可以控制切削速度和切削力。
进给系统负责机床在工件上的移动，可以分为进给轴和进给轴驱动系统。
刀具系统是用于切削的工具，可以根据加工需要进行更换。
夹具系统用于夹住工件，保证加工过程的稳定性和精度。
3.增量传感器：增量传感器是数控机床实时检测、调整加工过程的重要设备，包括角度传感器、轴向位移传感器和速度传感器等。
角度传感器用于测量主轴的角度变化。
轴向位移传感器用于测量进给轴的位移变化。
速度传感器用于测量主轴和进给轴的转速和进给速度。
4.电气系统：电气系统是数控机床电能的分配和控制系统，包括电源系统、控制电路和执行器。
电源系统为机床提供所需的电能，包括交流电源和直流电源。
控制电路接收来自控制器的指令，通过控制信号驱动执行器的工作，实现机床的自动运行。
二、数控机床的工作原理1.编程：编程是数控机床的基础工作，主要包括手动编程和自动编程。
手动编程是通过编程装置输入加工程序和指令，控制机床的运动和加工过程。
自动编程是在计算机辅助设计软件中进行，通过图形化界面操作生成加工程序和指令，提高编程的精度和效率。
2.坐标系：数控机床采用直角坐标系和极坐标系两种常见的坐标系。
直角坐标系是指通过X轴、Y轴和Z轴来定义工件的位置和运动方向。
极坐标系是以主轴为基准，在平面上描述工件的转动方向和径向距离。
数控机床的基本构造及工作原理
数控机床的基本构造及工作原理
数控机床主要由主要部分、驱动器、数控装置、辅助装置、测试装置以及机床电器设备等组成的一种能实现自动控制的自动化机床。
其主要部分包括机床主轴和进给分动，常由数控系统分频整流比较销售后而产生的脉冲指令控制。
工作原理是，数控机床接收从数控装置发出的用代码和数字化的指令，通过驱动装置实现主轴的旋转和刀架的运动，同时配合使用各种辅助装置如刀具库、工件测量装置等，通过各种刀具对工件进行加工。
驱动装置主要用于转换数控装置指令为机床的主轴和进给电机的转动或停止。
驱动装置是将数控装置的输出脉冲信号转变为电机轴的角位移或直线位移，使得数控机床的主轴或工作台以预定的速度旋转或直线运动，从而使数控装置具备控制数控机床的能力。
数控装置是数控机床的核心部分，负责对编制好的加工程序进行解释、运算和处理，发出各种控制指令，上电以后，通过固定的启动程序进行自检，并准备接受或输入加工程序，使机床进入自动运行状态。
数控机床的辅助装置包括刀具库、专用夹具、分度装置、台面转换装置、零件换位装置、工件测量装置、刀具测量装置和计算装置等，根据加工工艺需要选配，以提高生产效率。
测试装置主要是用于动态检测数控机床的各项运动参数和工作状态，确保其精度。
主要包括尺位反馈装置和速度反馈装置。
这里，尺位反馈装置常用于检测工作台的实际位移，速度反馈装置常用于检测主轴或进给电机的实际速度。
以上就是数控机床的基本构造和工作原理。
总的来说，数控机床能通过编程控制，自动、精确地完成各种复杂的机械部件的加工工作，大大提高了生产效率和加工质量。
数控机床各个组成部分的工作原理及结构
数控机床各个组成部分的工作原理及结构第一节输入装置输入装置是整个数控系统的初始工作机构，它将准确可靠的接收信息介质上所记录的“工程语言"、运算及操作指令等原始数据，转为数控装置能处理的信息，并同时输送给数控装置.输入信息的方式分手动输入和自动输入.手动输入简单、方便但输入速度慢容易出错.现代数控机床普遍采用自动输入，其输入形式有光电阅读机、磁带阅读机及磁盘驱动器以及无带自动输入方式。
其它输入方式:1。
无带自动输入方式在高档数控机床上，设置有自动编程系统和动态模拟显示器（CRT）。
将这些设备通过计算机接口与机床的数控系统相连接,自动编程所编制的加工程序即可直接在机床上调用,无需经制控制介质后再另行输入。
2.触针接触式阅读机输入方式又称为程控机头或电报机头，结构简单，阅读速度较慢，但输入可靠、价格低廉故在部分线切割机床加工中仍在用。
3。
磁带、磁盘输入方式磁带输入方式进行信息输入，其信息介质为“录音"磁带,只不过录制的不是声音，而是各种数据。
加工程序等数据信息一方面由微机内的磁盘驱动器“写入"磁盘上进行储存，另外也由磁盘驱动器进行阅读并通过微机接口输入到机床数控装置中去。
第二节数控装置数控装置是数控机床的核心,数控机床几乎所有的控制功能（进给坐标位置与速度，主轴、刀具、冷却及机床强电等多种辅助功能）都由它控制实现.因此数控装置的发展，在很大程度上代表了数控机床的发展方向.数控装置的作用是接收加工程序等送来的各种信息，并经处理分配后，向驱动机构发出执行的命令，在执行过程中，其驱动、检测等机构同时将有关信息反馈给数控装置，经处理后,发出新的命令。
一、数控装置的组成1、数字控制的信息1）几何信息—-是指通过被加工零件的图样所获得的几何轮廓的信息.这些信息由数控装置处理后,变为控制各进给轴的指令脉冲，最终形成刀具的移动轨迹。
几何信息的指令，由准备功能G具体规定.2）工艺信息———通过工艺处理后所获得的各种信息。
数控机床原理与结构分析第10章数控机床设计入门
提高加工精度、速度和效率，降低能 耗和减少加工时间。
智能化技术
应用人工智能、机器学习等技术，实 现数控机床的自主决策、自适应调整 和智能优化。
复合化与多功能化
开发具备多种加工功能和复合加工能 力的数控机床，满足复杂零件加工需 求。
模块化设计
简化机床结构，提高可维护性和可扩 展性，便于用户根据需求进行定制化 配置。
数控机床的精度检测与补偿技术
精度检测是数控机床加工精度的保障 措施之一，通过高精度的测量设备和 方法，对数控机床的加工结果进行检 测，以评估其加工精度。
补偿技术是提高数控机床加工精度的重要手 段之一，通过采集和分析误差数据，对数控 机床的控制系统进行补偿，以减小或消除误 差。补偿技术包括几何补偿和热补偿等。
采用模块化设计，便于机床的维修、升级和扩展。
人机工程学原则
考虑操作者的舒适性和便捷性，提高生产效率。
设计流程
需求分析、方案设计、详细设计、试制与试验、改进与 定型。
数控机床总体设计
总体布局
根据加工需求和工艺流 程，合理安排各功能部
件的位置和布局。
运动方案设计
确定各运动轴的数量、 类型和运动范围，以及
附件与配装
合理设计各种附件的位置和安 装方式，便于操动性能分析
对机床的运动性能进行分析和优化，提高加 工精度和效率。
动态特性分析
对机床的动态特性进行分析和优化，提高抗 振性和稳定性。
热性能分析
分析机床的热性能，采取有效的散热和隔热 措施。
经济性分析
对机床的制造成本和使用成本进行分析，优 化设计方案。
04 数控机床设计实例
车削中心设计实例
总结词
车削中心是一种数控机床，主要用于加工回转体零件。
数控机床的组成工作原理与结构特点
数控机床的组成工作原理与结构特点数控机床是一种通过数字信号控制机床执行加工操作的机床设备，它在工业生产中起着重要的作用。
本文将从组成部分、工作原理和结构特点三个方面，详细介绍数控机床的相关知识。
一、组成部分1.机床主体：数控机床的主体是由床身、立柱、工作台等构件组成，它们构成了机床的基本骨架，提供了支撑和定位的功能。
2.动力系统：数控机床的动力系统包括主轴驱动系统和进给驱动系统。
主轴驱动系统负责驱动刀具进行加工，进给驱动系统则负责控制刀具在工件上的运动。
3.控制系统：数控机床的控制系统是通过计算机控制机床的加工动作和运动路径。
它由硬件和软件两个层面构成，硬件包括电气控制部分和传感器，软件则是控制程序和相关算法。
4.自动换刀系统：数控机床的自动换刀系统可以根据加工需要，自动实现刀具的更换，提高加工效率。
5.润滑系统：润滑系统负责对机床的各个部件进行润滑，保证机床的正常运行。
二、工作原理1.制定加工方案：操作人员根据产品的工艺要求，制定数控机床的加工方案，包括刀具选择、切削参数等。
2.编写加工程序：操作人员根据加工方案，采用特定的编程语言编写机床的加工程序，将其输入到数控机床的控制系统中。
3.加工准备：操作人员根据加工程序对机床进行设置和调试，包括刀具装夹、工件夹紧、原点设定等。
4.执行加工操作：数控机床的控制系统按照加工程序指令，依次控制主轴驱动和进给驱动系统，使刀具按照预定的路径进行切削。
5.完成加工任务：机床按照程序的设定，逐步完成加工任务，并根据需要进行刀具自动换位等操作。
三、结构特点数控机床相比于传统的机床在结构上有以下几个特点：1.高刚性和高精度：数控机床采用了优化的结构设计和高强度材料，使得机床的刚性和稳定性得以提高，能够满足高精度加工的要求。
2.自动化程度高：数控机床具有自动换刀、自动测量、自动补偿等功能，能够在一定程度上提高生产效率，减少人工操作。
3.多功能性：数控机床能够进行多种形式的加工，如铣削、钻孔、镗削、车削等，满足不同产品的加工需求。
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10.1．数控机床的结构设计 10.2．数控系统设计 10.3．步进电机驱动电路设计 10.4．主轴驱动电路设计 10.5．电气控制电路设计 复习与思考题
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1
10.1．数控机床的结构设计
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3
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4
10.2．数控系统设计
1．输入点数的确定 2．输出点数的确定 3．交流伺服电机的确定 4．控制变压器的确定 5．强电主回路的设计
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图10－23 强电主回路
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图10－24 HANUC系统的上电回路
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图10－25 交流控制回路
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41
之间的接口方法及方向控制 10.3.4．步进电机的速度控制 10.3.5．步进电机的点位控制 10.3.6．步进电机的加减速控制
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21
10.3.1．输入／输出通道
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22
( a ）继电器输出；
( b ）大功率晶体管或双向晶闸管输出。
图10－13 开关量输出电路
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10.3.2．进给驱动电路设计
图10－14 单片机驱动系统
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10.3.3．单片机系统与步进动机驱动 器之间的接口方法及方向控制
采用单片机系统对步进电动机进行控制，有 串行控制和并行控制两种方法。
1．串行控制
8051
P1.1 P1.0
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10.5．电气控制电路设计
10.5.1．CK6142 数控车床的电气控 制要求
10.5.2．CK6142 数控车床的电气控 制方案设计
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10.5.1．CK6142 数控车床的电气控制要求
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10.5.2．CK6142 数控车床的电气控制方案设计
图10－15 串行控制示意图
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2．并行控制
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图10－16 可编程接口
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10.3.4．步进电机的速度控制
202．步进电机的点位控制
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29
10.3.6．步进电机的加减速控制
2020/4/27
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10.4．主轴驱动电路设计
10.4.1．系统设计方案 10.4.2．主轴准停（M19） 10.4.3．自动换刀
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10.4.1．系统设计方案
1．主轴控制的实现
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图10－19 主 轴速度控制
指令流程
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10.4.2．主轴准停（M19）
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10.4.3．自动换刀
10.2.1．数控系统的结构特点 10.2.2．微机系统 10.2.3．数控系统的软件设计 10.2.4．数控系统的硬件设计
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10.2.1．数控系统的结构特点
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2．多微处理器结构的数控系统
图10－2 多处理器CNC系统
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10.2.2．微机系统
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10.2.3．数控系统的软件设计
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1．前后台式软件结构
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图10－4 前后台式软件总体框图
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图10－5 实时时钟 中断服务程序
表10－1 各级中断功能表
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图10－10 系统软程序框图
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10.2.4．数控系统的硬件设计
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图10－11 单片机数控系统组成
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10.3．步进电机驱动电路设计
10.3.1．输入／输出通道 10.3.2．进给驱动电路设计 10.3.3．单片机系统与步进动机驱动器