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CA6140普通車床微機(jī)數(shù)控改造設(shè)計(jì)
一、 設(shè)計(jì)任務(wù)
將CA6140普通車床改造成用AT89S51單片機(jī)控制的經(jīng)濟(jì)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(bǔ)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(dǎo)軌類型：
縱向： 綜合性導(dǎo)軌
橫向 燕尾型導(dǎo)軌
主軸轉(zhuǎn)速范圍：
正轉(zhuǎn)（24級(jí)） 10~1400rpm
反轉(zhuǎn)（12級(jí)） 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(jìn)給速度：
縱向 0.6m/min
橫向 0.3m/min
主電機(jī)功率： 7.5kW/1450rpm
啟動(dòng)加速時(shí)間： 30ms
機(jī)床定位精度： ±0.015mm
三、設(shè)計(jì)要求
1． 改裝后數(shù)控車床應(yīng)具有的性能：
數(shù)控代碼制： ISO
脈沖分配方式： 逐點(diǎn)比較法
輸入方式： 增量值、絕對(duì)值通用
同時(shí)控制坐標(biāo)軸數(shù)： 2坐標(biāo)軸（縱向Z，橫向X）
脈沖當(dāng)量值：
縱向 0.01mm/脈沖
橫向 0.005mm/脈沖
刀具補(bǔ)償量： 0~99.99mm
進(jìn)給傳動(dòng)鏈間隙補(bǔ)償量：
縱向 0.15mm
橫向 0.075mm
自動(dòng)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(bǔ)，順、逆圓插補(bǔ)。
3． 采用步進(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)控制
4． 對(duì)微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的要求：微機(jī)控制系統(tǒng)要有可靠性好、功能強(qiáng)、速度快、抗干擾能力強(qiáng)，可在線編程、具有很高的性能價(jià)格比等特點(diǎn)。
1） 單片機(jī)型號(hào)AT89S51-24PU
2） SRAM型號(hào)：IDT7164S35P（8k×8）
3） 型號(hào)：AT28C256-15PI（32k×8）
4） 采用全譯碼方式譯碼
5） 步進(jìn)電機(jī)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(guò)鍵盤(pán)操作實(shí)現(xiàn)
7） 采用數(shù)碼管顯示加工數(shù)據(jù)及機(jī)床的狀態(tài)等信息
8） 具有ISP（在線編程）功能
四、設(shè)計(jì)工作量
1． 進(jìn)給系統(tǒng)機(jī)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(qū)動(dòng)電路原理圖一張（A2）；
4． 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份
包括以下內(nèi)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(jī)械系統(tǒng)改裝方案確定、控制系統(tǒng)方案確定；）
（3） 機(jī)械部分改裝設(shè)計(jì)計(jì)算：
1） 滾珠絲杠螺母副型號(hào)確定；
2） 齒輪傳動(dòng)比和齒數(shù)確定；
3） 軸承型號(hào)確定
4） 聯(lián)軸器的選擇
（4） 步進(jìn)電機(jī)選型
（5） 控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)
1） 存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路設(shè)計(jì)
2） 通用接口芯片型號(hào)選擇及接口電路設(shè)計(jì)
3） 譯碼芯片型號(hào)選擇及各芯片地址分配
4） 數(shù)碼管和鍵盤(pán)接口電路設(shè)計(jì)
5） 環(huán)行分配器芯片型號(hào)選擇及環(huán)行分配電路設(shè)計(jì)
6） 步進(jìn)電機(jī)功放電路設(shè)計(jì)
7） ISP(In-System Programming----在線系統(tǒng)編程及調(diào)試)接口設(shè)計(jì)
8） 機(jī)床報(bào)警電路設(shè)計(jì)等
（6） 總結(jié)及結(jié)束語(yǔ)
五、設(shè)計(jì)過(guò)程需考慮的問(wèn)題
1、進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)部分：
(1)滾珠絲杠螺母副如何預(yù)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(guò)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(yù)緊？
(5)齒輪傳動(dòng)副如何消除齒側(cè)間隙？
(6)消隙齒輪裝配過(guò)程是怎樣的？
(7)步進(jìn)電機(jī)在齒輪箱體上怎樣定位？
(8)各部件的配合表面應(yīng)該采用什么性質(zhì)的配合及精度等級(jí)？
(9)設(shè)計(jì)和裝配時(shí)，如何保證滾珠絲杠在垂直和水平面內(nèi)與機(jī)床導(dǎo)軌的平行度？
(10)在什么情況下需要對(duì)滾珠絲杠進(jìn)行預(yù)拉伸？怎樣進(jìn)行預(yù)拉伸？
2、微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)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(kuò)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(pán)及顯示接口電路工作原理。
(8)擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器及程序存儲(chǔ)器地址范圍？
(9)步進(jìn)電機(jī)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(qū)動(dòng)電路工作原理。
(12)恒流斬波驅(qū)動(dòng)電路的工作原理。
(13)其他輔助電路：如越界報(bào)警電路、復(fù)位電路、時(shí)鐘電路系工作原理。
六、主要參考書(shū)目
1． 《數(shù)字控制機(jī)床》，廖效果、朱啟逑主編，華中理工大學(xué)出版社.。
2． 機(jī)床設(shè)計(jì)參考圖冊(cè)。上海紡織工業(yè)學(xué)院機(jī)械制造專業(yè)教研室。
3． 《金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)》，戴曙主編，機(jī)械工業(yè)出版社.
4． 《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)》，張建民等編著，北京理工大學(xué)出版社
5． 《機(jī)電一體化技術(shù)手冊(cè)（上、下冊(cè)）》，機(jī)電一體化技術(shù)手冊(cè)編委會(huì)編，.機(jī)械工業(yè)出版社.
6． 《單片機(jī)原理與應(yīng)用設(shè)計(jì)》，蔣輝平，周國(guó)雄編著，北京航空航天大學(xué)出版社
7． 《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)》，尹志強(qiáng)等編著。機(jī)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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