机电一体化课程设计
班 级：08级专二
姓 名：
学 号：
指导教师：
日 期：20##年12月24日
机电一体化毕业课程设计题
一、目的与要求
机电专业课程设计是在学完了《机电一体化系统设计》课程之后进行的一个设计性和实践性教学环节。通过本课程设计，使学生受到一次较为全面地综合运用所学课程知识进行机械系统及电气系统软、硬件设计的基本训练。通过训练能够达到以下目的：
1.能够正确运用数控技术、微机控制技术、机电一体化系统设计等课程的基本理论和有关知识，学会进行机电一体化系统设计时的方案分析、比较、拟订；掌握进行机电设备设计的设计步骤；掌握机电系统设计的设计方法。
2.通过对数控设备的机械部分设计，掌握数控设备工作原理、学会机械系统设计步骤、学会典型零件的设计计算方法或选型计算方法、提高结构分析能力和设计能力。
3.通过对数控设备控制系统硬件和软件的设计，掌握系统工作原理、熟悉数控系统硬件设计的基本方法、掌握元器件的选用原则、提高应用计算机进行电气原理图设计的能力、提高编制控制软件的能力。
4．通过课程设计，初步树立正确的设计思想，培养学生分析问题和解决问题的能力。
5.提高学生查阅手册、使用图表、应用标准以及编写技术文件资料的能力。
二、课程设计内容
课程设计的内容一般是一个简单的数控装置或是对现有旧机床进行数控化改造的机械和电气系统的设计及其控制软件的设计。
1.数控装置总体方案的确定：
（1）数控装置设计参数的确定或机床改造部分及现存设备总体情况的描述。
（2）总体方案的分析、比较、论证及最终确定。
2．机械系统设计：
（1）机械脉冲当量确定。
（2）机械部分的总体尺寸及重量的估算。
（3）切削力计算。
（4）传动元件及导向元件的设计、计算和选用。
（5）步进电机选型计算。
（6）机械系统结构设计及部件装配图绘制。
3．微机数控系统设计：
（1）微机数控系统总体控制方案设计
（2）主芯片选型分析
（3）存储器扩展电路设计
（4）I/O接口电路及外接电路的设计
（5）伺服控制电路设计
（6）系统控制软件设计
4. 课程设计说明书编制：
（1）说明书是课程设计的总结性技术文件，应叙述整个设计的内容。包括总体方案的确定，系统框图的分析，机械传动系统设计计算，微机控制系统的选型说明以及电路的设计计算等。
（2）说明书的字数不少于1万2千字。
5. 图纸：
（1）机械结构装配图，A1图纸一张。要求视图基本完整，符合标准。
（2）微机控制系统电气原理图，A3图纸一张。
三、课程设计进度
1．机械系统设计 一周
2．电气系统设计 一周
3．软件设计及调试 3天
4．设计计算说明书整理 1天
5．答辩 1天
四、课程设计成果要求
1. 普通车床数控化改造机械装配展开图1张(A1)
2. 微机控制系统电气原理图1张(Protel绘图，A3)
3. 进给伺服系统设计计算说明书1份 (滚动螺旋副、滚动导轨、步进电机选型计算)
4. 步进电机控制软件设计（调试成功）
五、考核方式
1. 考查内容：
单轴机械装配图、微机控制系统电气原理图、设计计算说明书、控制程序、答辩表现
2. 评分标准
参考大学毕业设计评分办法，按照5分制给给出单项成绩，最后结合设计过程表现评定总分。
目录
一、课程设计的目的与要求………………………………………………………………..5
1课程设计目的……………………………………………………………………………….5
2课程设计题目……………………………………………………………………………….5
3课程设计内容…………………………………………………………………….................5
4设计参数…………………………………………………………………………………… 5
二、设计正文……………………………………………………………………………………5
1数控改造总体方案设计
1.1.系统运动方式的分析与确定…………………………………………………………..5
1.2.伺服系统类型的分析与确定…………………………………………………………..5
1.3.执行机构传动方式的确定……………………………………………………………..5
1.4.计算机系统的选择..........................................................................................................6
1.5.控制系统驱动方案总图……………………………………………………………….7
2机床进给系统机械结构设计与计算
2.1.系统脉冲当量选择……………………………………………………………………..7
2.2.切削力计算……………………………………………………………………………..7
2.3.滚动螺旋副选型计算与验算…………………………………………………………..8
2.4.步进电机选型计算与验算……………………………………………………………..12
2.5.机械系统结构设计……………………………………………………………………..15
3微机数控系统设计
3.1.控制系统硬件电路设计………………………………………………………………...15
3.2.微机数控系统控制软件设计…………………………………………………………...18
三、课程设计结论与总结…………………………………………………………………...22
课程设计报告
一、课程设计的目的与要求
1.课程设计目的
机电专业课程设计是在《机电一体化系统设计》课程结束之后进行的一项设计性教学环节，这是机械电子专业方向的学生的重要实践性教学环节之一。通过本课程设计，应使学生受到一次较为全面的综合运用所学课程知识和进行机电结合设计的基本训练。通过训练能够达到以下目的：
（1）能够正确运用数控技术、微机控制技术、机电一体化系统设计等课程的基本理论和有关知识，学会进行机电一体化系统设计时的方案分析、比较、拟订；掌握进行机电设备设计的设计步骤；掌握机电系统设计的设计方法。
（2）通过对数控设备的机械部分设计，掌握数控设备工作原理、学会机械系统设计步骤、学会典型零件的设计计算方法或选型计算方法、提高结构分析能力和设计能力。
（3）通过对数控设备控制系统硬件和软件的设计，掌握系统工作原理、熟悉数控系统硬件设计的基本方法、掌握元器件的选用原则、提高应用计算机进行电气原理图设计的能力、提高编制控制软件的能力。
（4）通过课程设计，初步树立正确的设计思想，培养学生分析问题和解决问题的能力。
（5）提高学生查阅手册、使用图表、应用标准以及编写技术文件资料的能力。
2. 课程设计题目
C6136普通车床的数控化改造
3．课程设计内容
（1）数控改造总体方案设计
（2）机床进给伺服系统机械结构设计与计算
（3）微机数控系统设计
（4）微机控制软件设计
4.设计参数
(1)床身最大回转直径360mm
(2)最大工件长度 800mm
(3)刀架纵溜板重 700N
(4)刀架纵进快速 0.8m/min
(5)刀架切削最大进给速度 0.6m/min
(6)丝杠的工作长度或螺母有效行程1.2m
(7)主电机功率：4.5kW
(8)刀架纵向定位精度0.01mm
二、设计正文
1.系统总体方案设计
数控系统总体方案设计内容包括：系统运动方式的确定；伺服系统的选择；执行机构传动方式的确定；计算机系统的选择等内容。应根据设计任务和要求提出系统的总体方案，对方案进行分析、比较、论证，最后确定总体方案并绘制系统总体方案框图。
1.1系统运动方式的分析与确定
数控系统按运动方式可分为点位控制系统、点位/直线系统和连续控制系统。如果工件相对于刀具移动过程中不进行切削，可选用点位控制方式，例如数控钻床在工作台移动过程中钻头并不进行钻孔加工，因此数控装置可采用点位控制方式。对点位系统的要求是快速定位，保证定位精确度。
如果要求工作台或刀具沿各坐标轴的运动有精确的运动关系，应选用连续控制方式。连续控制系统应具有一个插补器进行各坐标轴进给脉冲的分配，要求伺服元件有较强的轨迹跟随能力。数控铣床、车床等要求加工复杂轮廓零件的机床应采用连续控制系统。
还有一些采用点位控制的数控机床，例如数控镗铣床等，不但要求工作台运动的终点坐标要精确，还要求工作台应能在沿坐标轴运动过程中切削工件。这种系统称为点位/直线控制系统。其控制方法与点位系统原则上一致。只是切削过程的运行速度要低很多。
1.2伺服系统类型的分析与选择
伺服系统可以按照有无反馈分为开环、闭环和半闭环三种类型。
开环伺服系统中没有反馈回路，不需要速度及位置检测装置，指令信号为单方向传送。
开环伺服系统在负荷不大时多采用功率步进电机作为伺服电机。开环控制系统由于没有检测反馈部件，因而不能纠正系统的传动误差。但开环系统结构简单、调整维修容易，在速度和精度要求不太高的场合得到广泛应用。经济型数控机床大多采用开环伺服系统。
闭环、半闭环控制系统都带有位置检测元件和反馈回路，检测反馈元件用于检测实际位移量，并通过反馈回路将实测位移量回馈给数控装置的比较元件，比较元件将实测位移量与指令位移量进行比较后按照差值驱动控制系统执行元件，以不长系统的传动误差，因而伺服系统控制精度高。闭环与半闭环的区别在于检测元件的安装位置不同，前者将检测元件直接装在机械运动末端执行件上，检测量是线位移。后者将检测元件装于电机轴或丝杠轴上，检测量是角位移。
1.3执行机构传动方式的确定
为确保数控系统的传动精度和工作平稳性，在设计机械传动装置时，通常提出低摩擦、低惯量、高强度、无间隙、高谐振以及有适宜阻尼比的要求。在设计中应考虑以下几点：
（1）尽量采用低摩擦的传动和导向元件。如采用滚珠丝杠螺母传动副、滚动导轨、铁塑导轨等。
（2）尽量消除传动间隙,提高传动精度。如对滚珠丝杠和滚动导轨进行预紧，而传动齿轮通常采用消除间隙结构。
（3）尽量提高传动刚度。传动刚度是传动元件之间的接触刚度，接触面越多刚度越低，传动误差越大，故应尽量缩短传动链。通常，在简易数控系统中，只要能够保证步进电机的步距角与运动末端执行件脉冲当量的正确匹配，只采用一对齿轮传动副即可。给传动元件施加预负载，不但可以提高系统传动精度也可以提高系统的传动刚度。故滚动导轨、滚珠丝杠以及丝杠轴向固定轴成都带有预紧装置，以便随时调整预紧力。
1.4计算机系统的选择
计算机数控系统一般由主机CPU、存储器扩展电路、I/O接口、光电隔离电路、伺服电机驱动电路、检测电路等几部分所组成。
微机是数控系统的核心。数控系统的功能直接与所选微机相关。数控系统对微机的要求是多方面的，但主要是字长和速度。字长不但影响系统的最大加工尺寸，而且影响加工精度和运算精度。而字长短的计算机在进行多字节数据处理时又会影响加工速度。目前，高档数控系统普遍采用32位机，主频已达20-30MHz；标准CNC系统通常采用16位机；经济型数控系统通常采用8位机，如采用Z80CPU或MCS-51单片机组成的微机应用系统。
在51系列机型中，因为RAM容量都很小，所以必须扩展外RAM；又由于常用零件加工程序需要固化在EPROM中，而它们不宜和系统控制程序存放在同一存储区内，为方便同一考虑外ROM和外RAM的扩展，故通常都是采用8031单片机作主机。
本经济型数控车床采用MCS-51系列单片微机组成的微机应用系统。主机是8031，接口选8155，采用步进电机开环控制，传动丝杠为滚珠丝杠。
2．机械系统设计
机械系统设计内容包括：系统脉冲当量确定；切削力计算；滚动螺旋副选型计算与验算；滚动导轨选型计算与验算；步进电机选型计算和验算；消除间隙齿轮结构设计、滚珠丝杠支承结构选型、电机固定结构选型设计等几个主要部分。
2.1系统脉冲当量选择
脉冲当量是机床移动不见相对于每一个步进脉冲信号产生的位移量。脉冲当量也称为机床最小设定单位或最小指令增量或机床分辨率。脉冲当量是衡量数控机床加工精度的一个基本技术参数。
经济型数控车床通常采用的脉冲当量是0.01-0.005mm/脉冲。
脉冲当量有时也由设计任务书直接给出。
2.2切削力计算
根据经验公式计算主切削力，对于车削外圆加工时的主切削力可由下式进行估算：
—车床床身上的最大加工直径，由已知条件
,经计算得
再按照以下比例计算轴向分力
和径向分力
：
,故=1144.11N, =1830.58N
2.3滚动螺旋副选型计算与验算
滚动螺旋副工作原理：滚动螺旋副是一种在丝杠和螺母之间放入滚动体 — 滚珠的一种丝杠螺母副。由于放入滚珠，故，当丝杠相对螺母转动时，滚珠则在螺旋滚道内即自转又循环转动，迫使丝杠螺母之间产生轴向相对运动，于是将丝杠的旋转运动变为螺母的直线运动或将螺母的旋转运动变为丝杠的直线运动。
滚动螺旋副特点：优点：传动效率高，所需驱动转矩小；传动精度高，反向精度高，定位精度高；传动刚度高；传动平稳，快速响应好，无爬行； 磨损小，精度保持性好，寿命长；具有运动可逆性；缺点：制造成本高；不能自锁，铅垂进给时需加制动机构。
滚动螺旋副滚珠的循环方式：外循环滚动螺旋副：滚珠循环结束后，滚珠将通过螺母外表面上的螺旋槽或插管返回到丝杠螺母中间的螺旋滚道槽，以便再次进入循环。特点：滚珠在循环回路中与丝杠脱离接触，滚道通常为多圈循环链。优点：结构简单、工艺性好、承载能力大。缺点：径向尺寸大。应用：广泛应用于重载系统。返回器形式：螺旋槽式、插管式、端盖式。
各种外循环滚动螺旋副的结构：螺旋槽式
滚动螺旋副的设计步骤是：计算进给牵引力，预选主要尺寸参数，计算最大动负荷，计算最大静负荷，初选滚珠丝杠副型号及列表主要参数，绘制进给系统计算简图，验算轴向刚度，验算传动效率，确定滚珠丝刚落幕副型号。
2.3.1进给系统牵引力计算
采用燕尾形导轨，
K—考虑颠覆力矩时的影响系数，按照《专业课程设计指导书》中表3-5取K=1.4
—导轨摩擦系数，按照《专业课程设计指导书》中表3-6取=0.2
G—移动部件重量，G=700N
，=1144.11N，
代入公式计算得
2.3.2滚珠丝杠副主要尺寸参数及预选
（1）公称直径
(mm)
L—滚珠丝杠总长（mm） 由已知条件L=1.2m
=
取
（2）基本导程
丝杠导程即为丝杠螺距
，初取=6mm
（3）滚珠工作圈数j或列数k
通常外循环螺旋副都是多圈单列，k=1。
2.3.3滚珠丝杠副最大动负荷计算
最大切削进给速度
最大切削力条件下的进给速度
取
滚珠丝杠转速
，其中
，则
滚珠丝杠寿命值
，其中使用寿命T=15000h，则
最大动负荷
，
其中运转状态系数
按照《专业课程设计指导书》中表3-7取
故
2.3.4滚珠丝杠副最大静负荷计算
当滚珠丝杠副在静态或低速情况下工作时，滚珠丝杠副的破坏形式主要是在滚珠接触面上产生塑性变形，当塑性变形超过一定限度就会破坏滚珠丝杠副的正常工作，一般允许其塑性变形量不超过滚珠直接的万分之一。产生这样大的塑性变形量时的负载称为允许的最大静负载
—静态安全系数，按照《专业课程设计指导书》中表3-8取
—滚珠丝杠的最大轴向负载力，=1144.11N
2.3.5滚珠丝杠螺母副型号初选及主要参数列表
（1）滚珠丝杠螺母副分为外循环和内循环两大类，外循环又分为螺旋槽式和插管式，其中螺旋槽式工艺简单，螺母外径尺寸较小，故选这种。
（2）滚珠丝杠副轴向间隙的调整与预紧
普遍采用的预紧方式有双螺母垫片预紧调整式、双螺母螺纹预紧调整式和双螺母齿差预紧调整式。本设计采用双螺母螺纹预紧调整式。
（3）滚珠丝杠副型号初选及主要参数列表
当根据系统结构选定滚珠丝杠副结构类型后，就可以按照附录C中表C-1至C-4所示各系列尺寸选择滚珠丝杠副的型号。条件为：
，除此之外还要求：
L=1200mm，根据
的尺寸系列初选=40mm，再根据《专业课程设计指导书》表C4选
型，外循环螺纹调整预紧的双螺母滚珠丝杠副，1列3.5圈，精度等级5级。
查表得，
，由于
，
，故满足条件。
主要尺寸如下表所示：
2.3.6进给系统计算简图绘制
2.3.7滚珠丝杠副轴向刚度验算
(1)滚珠丝杠副全长上的拉压变形
（EF）
E—材料弹性模量，对于钢材
，
F—滚珠丝杠最小截面积，
计算得
无预紧时
有预紧时
(2)滚珠与螺纹滚道间的接触变形
，其中
，
，
，
代入上式得
(3)滚珠丝杠轴向定位支承的轴向接触变形
采用8207型推力球轴承，滚动体直径
=8mm,Z=16.
,其中
，代入得
（4）刚度验算条件
三项主要变形量的总和
必须小于所选丝杠相应精度等级规定的允差
和
。
式中
—滚珠丝杠有效行程内的平均行程偏差，查《专业课程设计指导书》表3—11
—滚珠丝杠有效行程内的行程变动量，查《专业课程设计指导书》表3—12
由于
，故轴向刚度满足。
2.3.8滚珠丝杠副传动效率验算
所选滚珠丝杠副的传动效率按下式计算：
，
—丝杠螺旋升角，
。
—摩擦角，
代入得
，因传动效率应达到90%~95%,故满足效率要求。
2.3.9滚珠丝杠螺母副型号最终确定
经校核选型，可满足需求。
2.4步进电机选型计算与验算
2.4.1伺服系统元件基本参数确定
（1）预选步进电机步距角
—步进电机绕组相数，
Z—步进电机转子齿数，通常，三相电机z=40.
K—步进电机绕组通电方式，双拍时K=2。
代入公式得
。
（2）齿轮传动比计算
，可选定齿轮齿数为：i=28/35
（3）选择齿轮模数及其他尺寸参数
因进给运动齿轮受力不大，模数取2
大齿轮采用消除齿轮以消除传动间隙
2.4.2伺服系统等效转动惯量计算
初选110BF003型
电机转子的转动惯量：
齿轮
的转动惯量：
齿轮
的转动惯量：
=
丝杠的转动惯量：
=
折算到电机轴上的总转动惯量：
2.4.3步进电机等效负载转矩计算
（1）快速空载启动时电机转轴所承受的负载转矩
① 快速空载启动时折算到电机轴上的最大加速转矩
电机最大转速 
电机最大角加速度
于是
②移动部件运动时折算到电机轴上的摩擦转矩
的计算
导轨摩擦力
=
齿轮降速比 
取0.8.
③滚珠丝杠预紧后折算到电机轴上的附加摩擦力矩
的计算
滚珠丝杠预加载荷
取0.9
故
（2）最大工作负载下电机转轴所承受的负载转矩
① 折算到电机轴上的最大工作负载转矩
的计算
② 移动部件运动时折算到电机轴上的摩擦转矩的计算
导轨摩擦力=
③滚珠丝杠预紧后折算到电机轴上的附加摩擦力矩的计算
同前
故
2.4.4步进电机最大静矩计算
其中 
最大静力矩
，查表得110BF003型电机最大静转矩为784N.cm
因此满足需求。
2.4.5步进电机型号确定及主要参数列表：
2.4.6步进电机性能验算
(1)电机最高空载启动频率
和运行频率
（2）频率验算
查表知110BF003最高空载启动频率
和运行频率
分别为1400HZ和14000HZ，
由于
故运行频率频率满足要求。
而
不满足要求，可以通过采用步进电机快速启动升降速控制来解决问题。
2.5机械系统结构设计
车床数控改造纵向进给系统装配图见图纸
3微机数控系统设计
数控系统设计包括硬件设计和软件设计两部分内容。同样的功能要求既可以由硬件实现也可以由软件完成，比如插补器就有硬件插补器和软件插补器。因此，在实际系统设计中，通常先要分析系统功能及性能，然后考察软、硬件方案所能达到的性能指标及经济指标，最后，按照性价比决定控制方案。
3.1 控制系统硬件电路设计
3.1.1电气控制系统总体方案设计
总体方案设计中首先要进行主机分析比较并最终确定选型。接着，要根据所选主机进行三总线（地址、数据、控制）配置，还要根据主机类型及系统功能决定存储器扩展方案以及I/O接口扩展方案。
本方案中，主机采用8031单片机，扩展两片EPROM，一片用于存放系统控制程序，一片用于存放固化的零件加工程序。扩展一片RAM用于存放临时加工程序和各种补偿数据。系统扩展了两片通用可编程接口芯片，一片8255专门用于做键盘显示接口，另一片8255用于步进电机接口和工作方式控制接口，8031自身的P1口用作工作台（或刀架）越界报警显示及控制。
3.1.2功能模块电路设计
数控系统的主功能模块包括4部分：数控系统工作方式控制，键盘显示控制，步进电机控制和机械运动末端执行元件位置越限控制。
（1）数控系统工作方式控制
再简易的数控系统也具备下面几种基本工作方式。
① 开机回零方式：通常，系统开机后，首先应该使各个被控坐标轴回机床原点，以此确保零件加工尺寸位置。
② 编辑方式：此方式用于通过机床操作面板直接手动输入加工程序及各种补偿数据。在编辑方式下，机床所有运动按键都被锁死，以不至引起误操作
③ 手动方式：这种方式可以实现各种手动操作，如快速调整移动件位置、手动换刀、夹紧、调速、开闭冷却液等。多用于加工前的准备工作。
④ 单步方式：这是一种按给定进给量驱动移动件运动的加工方式。给定进给量有多种。这时，机床相应执行件虽有动作，但并不是随指令运动，所以并不加工。这种工作方式主要用于精确调整工作台或刀具的初始位置。
⑤ 单段方式：这是一种重要的加工方式，通常称MDI方式。他也需要手动输入程序，但每次只输入一个程序段并能立即加工。在一些简单的数控加工中，利用此方式可以很方便的一个程序段，一个程序段的进行操作。
⑥ 自动方式：这种方式用于连续执行加工程序并按程序切削被加工工件。
⑦ 空运行方式：此方式可以以设定的速度快速连续运行加工程序中的运动指令，但不执行，S、T、M指令，因此它不用于加工工件，只用于检验刀位轨迹。
上述每种工作方式都必须设有专门对应的按键，每个按键都必须通过接口与主机连接。开机后系统首先运行的就是这些按键的检测程序，发现哪个按键按下就执行其对应的程序。
（2）键盘显示控制
除上述工作方式按键之外，系统还需要配备相当数量的用于操作、运行、显示等控制以及用于程序输入、编辑的各种功能按键。通常，要根据数控系统的指令字确定主要按键。因此“G、M、S、T、F”及各种尺寸字“X、Z”及补偿字“D、H”按键都是必不可少的。
数控系统都采用矩阵键盘，将几类按键统计在一起，确定所需要的数目，就可以连接按键控制线。简易数控系统通常用LED构成的“8字”数码管实现显示功能。
(3)步进电机控制
步进电机控制系统主要控制环节是脉冲分配、光电分配和功率放大。脉冲分配的作用是将数控系统发向某坐标轴的单一序列脉冲转换为步进电机个相所需的多序列脉冲。光电隔离的作用是将微机系统的弱电与电机电磁系统的强点进行电气隔离，以免微机受干扰。功率放大的作用是将数控系统的微弱脉冲信号转化为能够驱动电机的大功率信号。
通常，按照步进电机主要控制环节——环形分配器是采用硬件还是软件控制来区分步进电机控制系统。
TB硬环配系统需要采用专用控制芯片，如本次设计的系统图中的YB013。YB系列的环形分配器为TTL集成电路。还有CMOS集成电路的环形分配器，如CH250 。下表给出了YB系列3-6相步进电机用环形分配器各管脚功能。
TTL环形分配器各管脚功能表
（4）移动部件位置超限控制。这部分硬件主要用于工作台或刀架越界报警。一般应设置正常工作显示灯（绿灯）和报警显示灯（红灯），有时还需要有蜂鸣报警器。
3.1.3电器控制系统原理图设计
本实验中我们采用的是PROTEL软件对系统进行的原理图设计。
PROTEL是PORTEL公司在80年代末推出的EDA软件，在电子行业的CAD软件中，它当之无愧地排在众多EDA软件的前面，是电子设计者的首选软件，它较早就在国内开始使用，在国内的普及率也最高，有些高校的电子专业还专门开设了课程来学习它，几乎所有的电子公司都要用到它，许多大公司在招聘电子设计人才时在其条件栏上常会写着要求会使用PROTEL。早期的PROTEL主要作为印制板自动布线工具使用，运行在DOS环境，对硬件的要求很低，在无硬盘286机的1M内存下就能运行，但它的功能也较少，只有电原理图绘制与印制板设计功能，其印制板自动布线的布通率也低，而现今的PROTEL已发展到PROTEL99（网络上可下载到它的测试板），是个庞大的EDA软件，完全安装有200多M，它工作在WINDOWS95环境下，是个完整的板级全方位电子设计系统，它包含了电原理图绘制、模拟电路与数字电路混合信号仿真、多层印制电路板设计（包含印制电路板自动布线）、可编程逻辑器件设计、图表生成、电子表格生成、支持宏操作等功能，并具有Client/Server （客户/服务器）体系结构，同时还兼容一些其它设计软件的文件格式，如ORCAD，PSPICE，EXCEL等，其多层印制线路板的自动布线可实现高密度PCB的100％布通率。在国内PROTEL软件较易买到，有关PROTEL软件和使用说明的书也有很多，这为它的普及提供了基础。
3.2微机数控系统控制软件设计
数控系统的系统控制程序通常包括系统主控程序、零件加工程序输入输出控制程序、插补计算程序、伺服电机控制程序和误差补偿程序控制。
3.2.1主控制程序流程图设计及说明
主控程序主要用于完成系统上电或复位初始化 、系统软、硬件自检及故障报警显示、工作模式监控和正常待命显示。
3.2.2功能模块子程序流程图设计及说明
OUTSEQ EQU 9004H
OUTBIT EQU 9002H
KEYIN EQU 9001H
PROTA EQU 8000H
PROTB EQU 8001H
PROTC EQU 8002H
PROTD EQU 8003H
COTAB EQU 30H
KEYSIZE EQU 50H
ORG 0000H
LJMP START
ORG 0003H
LJMP BJ
ORG 0030H
START: MOV KEYSIZE #39H
MOV DPTR #OUTSEQ
MOV A KEYSIZE
MOVX @DPTR A
MOV DPTR #OUTBIT
MOV A #00000100B
MOVX @DPTR A
CALL DELAY
CLR F0
CLR P1.0
MOV DPTR #PROTD
MOV A #80H
MOVX @DPTR A
MOV R0 #COTAB
MOV 30H #03H
MOV 31H #06H
MOV 32H #0CH
MOV 33H #09H
SETB IT0
SETB EX0
SETB EA
L1： MOV A #0FBH
MOV DPTR #OUTBIT
MOV @DPTR A
MOV DPTR #KEYINE
MOVX A @DPTR
JNB ACC.3 L2
JNB ACC.2 L3
JNB ACC.0 L33
JNB ACC.1 L44
MOV KEYSIZE #39H
SJMP L4
L2: MOV KEYSIZE #77H
SJMP L4
L3: MOV KEYSIZE #7CH
SJMP L4
L33: MOV KEYSIZE #39H
SJMP L4
L44； MOV KEYSIZE #5EH
L4 MOV DPTR #OUTSEQ
MOV A KEYSIZE
MOVX @DPTR A
MOV DPTR #OUTBIT
MOV A #04H
MOVX @DPTR A
MOV A KEYSIZE
CJNE A #5EH, L5
CLR F0
CLR P1.0
SJMP L55
L5： JB F0, L1
L55: CJNE A #77H, L555
CALL ZZZB
SJMP L1
L555: CJNE A, #7CH, L1
CALL FZZB
SJMP L1
ZZZB: CJNE R0, #33H, L6
MOV R0, #30H
SJMP L8
L6: INC R0
SJMP L8
FZZB: CJNE R0, #30H, L7
MOV R0, #33H
SJMP L8
L7 DEC R0
L8 MOV A,@R0
MOV DPTR, #PROTA
MOVX @DPTR, A
CALL DELAY
RET
BJ； SETB F0
SETB P1.0
RETI
DELAY: MOV R5, #70H
L11: MOV R6, #70H
L22: DJNZ R6, L22
DJNZ R5, L22
RET
END
三、课程设计结论与总结
1.最终设计结论说明
通过改造，实现了用步进电机带动丝杠，并通过滚珠丝杠螺母副传递给刀架产生Z方向和X方向的运动。采用8031单片机和各种辅助电路，实现编辑、自动运行、录入、机械回零、点动运行、手动运行六种工作方式，且具有直线、圆弧、螺纹插补功能、自动换刀功能和刀架越界报警功能。
2.设计心得体会
本学期我们开设了《机电一体化系统设计》这门课,是机电方向的专业课,与实际的联系是非常紧密的。学习任何知识，除了从理论上求知，还要去实践、探索。所以这学期末的课程设计是很及时、很必要的。这样不仅加深我们对知识的掌握，知道了如何去应用，而且还及时、真正的做到了学以致用。
在实践中我学会了进行机电一体化系统设计时的方案分析、比较、拟订；掌握进行机电设备设计的设计步骤；掌握了机电系统设计的设计方法。通过对数控设备的机械部分设计，掌握了数控设备工作原理、学会了机械系统设计步骤和典型零件的设计计算方法或选型计算方法、提高结构分析能力和设计能力。通过对数控设备控制系统硬件和软件的设计，掌握了系统工作原理、数控系统硬件设计的基本方法和元器件的选用原则、提高了应用计算机进行电气原理图设计和绘制的能力以及编制控制软件的能力。
