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CA6140普通車床微機數(shù)控改造設計
一、 設計任務
將CA6140普通車床改造成用AT89S51單片機控制的經濟型數(shù)控車床。要求該車床在縱向和橫向具有直線和圓弧插補功能。系統(tǒng)分辨率縱向：0.01mm/plus，橫向：0.005mm/plus。
二、給定參數(shù)
最大加工直徑：
在床面上 400mm
在床鞍上 210mm
工作行程：
縱向 1000mm
橫向 500mm
導軌類型：
縱向： 綜合性導軌
橫向 燕尾型導軌
主軸轉速范圍：
正轉（24級） 10~1400rpm
反轉（12級） 14~1580rpm
溜板及刀架重力：
縱向 800N
橫向 600N
刀架快移速度：
縱向 2.4m/min
橫向 1.2m/min
最大切削進給速度：
縱向 0.6m/min
橫向 0.3m/min
主電機功率： 7.5kW/1450rpm
啟動加速時間： 30ms
機床定位精度： ±0.015mm
三、設計要求
1． 改裝后數(shù)控車床應具有的性能：
數(shù)控代碼制： ISO
脈沖分配方式： 逐點比較法
輸入方式： 增量值、絕對值通用
同時控制坐標軸數(shù)： 2坐標軸（縱向Z，橫向X）
脈沖當量值：
縱向 0.01mm/脈沖
橫向 0.005mm/脈沖
刀具補償量： 0~99.99mm
進給傳動鏈間隙補償量：
縱向 0.15mm
橫向 0.075mm
自動升降速性能： 有
2． 改裝后數(shù)控車床的工藝范圍：
具有快速定位，直線插補，順、逆圓插補。
3． 采用步進電機開環(huán)控制
4． 對微機數(shù)控系統(tǒng)的要求：微機控制系統(tǒng)要有可靠性好、功能強、速度快、抗干擾能力強，可在線編程、具有很高的性能價格比等特點。
1） 單片機型號AT89S51-24PU
2） SRAM型號：IDT7164S35P（8k×8）
3） 型號：AT28C256-15PI（32k×8）
4） 采用全譯碼方式譯碼
5） 步進電機采用硬件環(huán)行分配，功放電路采用高低壓功放
6） 控制系統(tǒng)的加工程序和控制命令可通過鍵盤操作實現(xiàn)
7） 采用數(shù)碼管顯示加工數(shù)據(jù)及機床的狀態(tài)等信息
8） 具有ISP（在線編程）功能
四、設計工作量
1． 進給系統(tǒng)機械裝配圖一張（A1）；
2． 數(shù)控系統(tǒng)硬件電路原理圖一張（A1）
3． 驅動電路原理圖一張（A2）；
4． 課程設計說明書一份
包括以下內容：
（1） 前言（數(shù)控改裝的意義、用途及目的等）；
（2） 改裝方案確定（包括系統(tǒng)總體方案的確定、機械系統(tǒng)改裝方案確定、控制系統(tǒng)方案確定；）
（3） 機械部分改裝設計計算：
1） 滾珠絲杠螺母副型號確定；
2） 齒輪傳動比和齒數(shù)確定；
3） 軸承型號確定
4） 聯(lián)軸器的選擇
（4） 步進電機選型
（5） 控制系統(tǒng)硬件電路設計
1） 存儲器擴展電路設計
2） 通用接口芯片型號選擇及接口電路設計
3） 譯碼芯片型號選擇及各芯片地址分配
4） 數(shù)碼管和鍵盤接口電路設計
5） 環(huán)行分配器芯片型號選擇及環(huán)行分配電路設計
6） 步進電機功放電路設計
7） ISP(In-System Programming----在線系統(tǒng)編程及調試)接口設計
8） 機床報警電路設計等
（6） 總結及結束語
五、設計過程需考慮的問題
1、進給伺服系統(tǒng)機械設計部分：
(1)滾珠絲杠螺母副如何預緊？
(2)怎樣保證滾珠絲杠螺母的螺母座與兩端支承同心？
(3)滾珠絲杠所受的軸向力如何通過支承件傳遞到床身上。
(4)滾珠絲杠上的（向心推力球軸承、或其他）軸承如何預緊？
(5)齒輪傳動副如何消除齒側間隙？
(6)消隙齒輪裝配過程是怎樣的？
(7)步進電機在齒輪箱體上怎樣定位？
(8)各部件的配合表面應該采用什么性質的配合及精度等級？
(9)設計和裝配時，如何保證滾珠絲杠在垂直和水平面內與機床導軌的平行度？
(10)在什么情況下需要對滾珠絲杠進行預拉伸？怎樣進行預拉伸？
2、微機數(shù)控系統(tǒng)電路設計部分：
(1)各芯片名稱及功能。
(2) AT89S51的各I/O口的功能。
(3)線選法地址譯碼方法。
(4)全地址譯碼方法及各芯片地址編碼。
(5)擴展I/O口芯片地址。
(6)8155或8255可編程接口芯片I/O口輸入、輸出情況及控制字。
(7)鍵盤及顯示接口電路工作原理。
(8)擴展數(shù)據(jù)存儲器及程序存儲器地址范圍？
(9)步進電機環(huán)形分配工作原理、硬件環(huán)形分配芯片各引腳的功能。
(10)光電隔離電路工作原理。
(11)高低壓驅動電路工作原理。
(12)恒流斬波驅動電路的工作原理。
(13)其他輔助電路：如越界報警電路、復位電路、時鐘電路系工作原理。
六、主要參考書目
1． 《數(shù)字控制機床》，廖效果、朱啟逑主編，華中理工大學出版社.。
2． 機床設計參考圖冊。上海紡織工業(yè)學院機械制造專業(yè)教研室。
3． 《金屬切削機床設計》，戴曙主編，機械工業(yè)出版社.
4． 《機電一體化系統(tǒng)設計》，張建民等編著，北京理工大學出版社
5． 《機電一體化技術手冊（上、下冊）》，機電一體化技術手冊編委會編，.機械工業(yè)出版社.
6． 《單片機原理與應用設計》，蔣輝平，周國雄編著，北京航空航天大學出版社
7． 《機電一體化系統(tǒng)設計課程設計指導書》，尹志強等編著。機械工業(yè)出版社
8． 各芯片管腳及功能上網(wǎng)查詢。
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