在机床进给传动中，需将旋转运动变成直线运动。普通机床采用普通丝杠副实现，其摩擦阻力大，传动效率低、动摩擦系数相差大、低速容易出现爬行。采用滚珠丝杠副可以满足数控机床的要求，其精度高、反应快、无爬行。
1.6.数控系统的硬件与软件设计
计算机数控系统（CNC）是20世纪70年代发展起来的机床数控系统，它是用一台计算机代替原先的硬件数控系统（NC）所完成的功能。他之所以取代以前的NC系统和当前设计选用的原因，是因为CNC系统具有NC系统无法比拟的优点： （1）活性大。 NC系统是用硬件逻辑电路来实现对机床的控制功能。这种固定的接线的电路一旦制成后，就难以改变，而CNC系统的数控功能大多由软件在通用性较强的硬件的支持下来实现的，其功能的修改、扩充和适应性方面都具有较大的灵活性，如果要改变、扩充其功能，只需通过对软件的修改和扩充便可实现。
（2）通用性强。 CNC系统的软件和硬件大多是采用模块化的结构。按模块化方法组成的CNC系统基本配置部分是通用的，不同的数控机床（如车床、铣床、磨床、加工中心等），只要配置相应的功能模块，就可满足这些机床的特定控制功能，这对数控机床的培训和学习以及维护、维修也是十分方便的。
（3）数控功能丰富。 CNC系统利用计算机的高度计算能力，可实现许多复杂的数控功能，如高次曲线插补、动静态图形显示、多种补偿功能、数字伺服控制功能等。
（4）可靠性高。 CNC装置的零件程序在加工前一次送入存储器，并经过检查后方可被调用，这就避免了在加工过程中由纸带输入机的故障产生的停机现象。许多功能由软件实现，硬件结构大大简化，采用大规模和超大规模通用和专用集成电路，使可靠性进一步提高。
（5）易于实现机电一体化。 由于采用计算机，使硬件数量相应减少，加之电子元件的集成度越来越高，使硬件的体积不断缩小，同时控制柜的尺寸也相应减少。数控系统的结构非常紧凑，使其与机床结合在一起成为可能，减少占地面积，方便操作。由于通讯功能的增强，容易组成数控加工自动生产线，如FMC、FMS、DNC和CIMS等。
（6）使用维护方便，操作使用方便。 目前大多数数控机床的操作采用了菜单结构，用户只需根据菜单的提示，进行正确操作。
（7）编程方便。 大多数数控机床具有多种编程的功能，并且都具有程序自
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动校验和模拟仿真功能。
（8）维护维修方便。 数控机床的许多日常维护工作都由数控装置承担；而且，数控机床的自诊断功能，可迅速使故障定位，方便维修人员。
正是由于以上的优点和本着经济、成本低的原则，设计经济型CNC数控系统是本设计的主要方案。
改造方案总体可以从硬件、软件两部分来着手设计。设计总图如图1-5。
图1-5 数控改造设计总图
系统主要由89C51单片机、速度检测元件、直流伺服电机，及相应的接口电路组成。总体数控系统电路原理框图如图1-6
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图1-6 数控系统电路原理框图
软件的设计包括系统软件和应用软件的设计。系统软件其作用主要是检测系统状态并提供基本操作管理，其中包括I/O接口初始化，单片机定时器/计数器初始化，键盘数据区、显示缓冲区初始化，各种软件标志初始化，中断处理等，系统软件部分采用模块化设计。应用软件则根据用户编制的加工程序（如），控制机床的运行。
1.7.改造后的布局及功能
X6132的工作台装有进给伺服系统，床身左侧的电气箱内装有主控器和强电系统。数控系统显示器及按键，在右侧便于观察、调试和操作。数控系统为CNC半闭环控制，伺服电机驱动，可实现直线插补和圆弧插补。显示器可采用阴极发光二极管（LED），用以显示输入的程序，机床的实际位置和已存储的各种信息。手动操作时，显示器可作为数字读出装置使用。
2.控制系统的硬件设计
系统的硬件设计应以实现数控的各种功能为标准，以经济性为基本原则。
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2.1单片机的选择
2.1.1 CPU的比较和选用 在选择CPU 时应考虑的因素是:
(1) 时钟频率和字长(即控制数据处理的速度) ; (2) 可扩展存储器(指ROM/ RAM) 的容量; (3) 指令系统的功能是否强(即编程的灵活性) ; (4) I/ O 口扩展能力(即对外设控制的能力) ; (5) 开发手段(包括支持开发的软件和硬件电路) 。
除此之外,还应根据系统应用场合、控制对象及对各种参数要求选择CPU。 在大多数相关的机床改造资料及论文中都采用了8031，原因是：8031 单片机是集CPU 、I/ O 端口及部分RAM 等为一体的控制器,开发手段齐全,指令系统功能强,编程灵活性大,硬件资料也很丰富。8031 芯片内部具有128 个字节的数据存储RAM。内部编址为00H～7FH,用作工作寄存器、堆栈、软件标志和数据缓冲器,CPU 对内部RAM 有丰富的操作指令。但应用片内的RAM 往往不够,现外接6264 芯片来扩展8031 的RAM 存储器。8031 的输入、输出( I/ O) 线不多, 所以外接8155 芯片以扩展I/ O口。8031 是一个无ROM 的8051 , 必须外接E2PROM 或ROM 作为程序存储器, 所以必须外接一片2764 。8031 为40 引脚的双列直插式器件, 有4 个双向8 位I/ O 口( P0～ P3) , P0 口和P2 口作为地址总线使用, P1 口用作行程控制, P3 口用作第二功能使用。16 位地址总线由P0 口经地址锁存器74LS373 提供低8 位( A 0～ A 7) ,高8 位( A 8～ A 15 ) 由P2 口直接提供。8 位数据总线由P0口提供。这样数据总线与地址总线共用。AL E为地址锁存允许,当送低8 位地址时使AL E 有效。并锁存到74LS373 中,当送数据时使AL E 无效。在实际应用方面比较繁琐，已被市场淘汰。
如果选用89C51，它的内部不但有128位的存储器，而且相对于8031还有以下优点：
*与MCS－51兼容
*4K字节可编程闪烁存储器 *寿命：1000写/擦循环 *数据保留时间：10年 *全静态工作：0~24Hz *三级程序存储器锁定
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*12838位内部RAM *32可编程I/O线 *两个16位定时器/计数器 *5个中断源 *可编程串行通道 *低功耗的闲置和掉电模式 *片内震荡器和时钟电路
经过两者比较，本设计决定选用89C51单片机。
该数控系统采`用了多CPU结构，以适应功能强、速度快、分辨率高的要求。数控系统采用的中央CPU、显示和键盘管理CPU及插补和输入/输出CPU。中央CPU起主要控制作用，负责数控程序的编辑，数控程序段的译码预处理，刀具半径补偿的计算，刀具和机器参数编辑，诊断处理，键信号监控处理以及协调另两个CPU同步工作。显示CPU主要功能是按照中央CPU送来的显示命令和显示内容，组成相应的显示页面，负责产生CRT显示器所需要的视频扫描信号，控制显示器按规定的显示方式显示有关信息。此外，扫描键盘，将接受的键盘和开关信号经译码后送给中央CPU进行相应处理。插补CPU主要进行插补运算，发生伺服驱动所需的控制信号，接收测量元件的反馈信号，实现速度和位置的控制。此外，对输入/输出信号进行控制，并完成RS232C通讯功能。插补CPU接收中央CPU送来的程序段信息和其他命令，并返回插补完成情况及出错信号。为了完成信息交换，中央CPU与显示CPU之间，中央CPU与插补CPU之间分别设置了公用存储区。以中央CPU与插补CPU之间数据交换为例，为了避免两个CPU同时存取公用存储区而发生冲突，需要采用措施。为了简化线路和控制，该设计方案采取借用Z80CPU所具备的总线请求和响应的功能，以中央CPU为主控，当中央CPU需要时，通过I/O口，由芯片8255的输出向插补CPU的总线请求发出信号。插补CPU返回响应后，也经由8255，从输入口传给中央CPU。中央CPU接到响应信号后把中央CPU的地址信号送达插补CPU的存储区，数据得以传送。
在地址分配上。为了减少芯片数，插补CPU所用的ROM采用2片
EPROM2764，由A13??A15三根地址线译码后，每个输出Y端控制8K存储区。2片2764占低地址区。但RAM只需2K（包括公用存储区），设计中把公用存储区放在最高地址区，为了精确地选址，又加了74LS139，进一步用A11、A12选定RAM
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