CA6140普通车床微机数控改造设计任务书

1 CA6140 普通车床微机数控改造设计 一、 设计任务 将 CA6140 普通车床改造成用 AT89S51 单片机控制的经济型数控车床。要求该车床在纵向和横向具有直线和圆弧插补功能。系统分辨率纵向：0.01mm/plus，横向： 0.005mm/plus。 二、给定参数 最大加工直径： 在床面上 400mm 在床鞍上 210mm 工作行程： 纵向 1000mm 横向 500mm 导轨类型： 纵向： 综合性导轨 横向 燕尾型导轨 主轴转速范围： 正转（ 24 级） 101400rpm 反转（ 12 级） 141580rpm 溜板及刀架重力： 纵向 800N 横向 600N 刀架快移速度： 纵向 2.4m/min 横向 1.2m/min 最大切削进给速度： 纵向 0.6m/min 横向 0.3m/min 主电机功率： 7.5kW/1450rpm 启动加速时间： 30ms 2 机床定位精度： 0.015mm 三、设计要求 1 改装后数控车床应具有的性能： 数控代码制： ISO 脉冲分配方式： 逐点比较法 输入方式： 增量值、绝对值通用 同时控制坐标轴数： 2 坐标轴（纵向 Z，横向 X） 脉冲当量值： 纵向 0.01mm/脉 冲 横向 0.005mm/脉冲 刀具补偿量： 099.99mm 进给传动链间隙补偿量： 纵向 0.15mm 横向 0.075mm 自动升降速性能： 有 2 改装后数控车床的工艺范围： 具有快速定位，直 线插补，顺、逆圆插补 。 3 采用步进电机开环控制 4 对微机数控系统的要求： 微 机控制系统要有可靠性好、功能强、速度快、抗干扰能力强， 可在线编程、 具有很高的性能价格比等特点。 1） 单片机型号 AT89S51-24PU 2） SRAM型号： IDT7164S35P（ 8k8 ） 3） PROME 2 型号： AT28C256-15PI（ 32k 8） 4） 采用全译码方式译码 5） 步进电机采用硬件环 行 分配，功放电路采用高低压功放 6） 控制系统的加工程序和控制命令 可 通过键盘操作实现 7） 采用数码管显示加工数据及机床的状态等信息 8） 具有 ISP（在线编程）功能 四、设计工作量 1 进给 系统机械装配 图 一张 （ A1） ； 2 数控系统硬件电路原理图 一张 （ A1） 3 驱动电路原理图 一张 （ A2） ； 3 4 课程 设计说明书 一份 包括以下内容： （ 1） 前言（数控改装的意义、用途及目的等）； （ 2） 改装方案确定（包括 系统总体方案的确定、机械系统 改装 方案确定、控制系统方案确定 ； ） （ 3） 机械部分改装设计计算： 1） 滚珠丝杠螺母副 型号 确定； 2） 齿轮传动比和齿数确定； 3） 轴承型号确定 4） 联轴器的选择 （ 4） 步进电机选型 （ 5） 控制系统硬件电路设计 1） 存储 器 扩展 电路设计 2） 通用 接口 芯片型号选择及接口 电路设计 3） 译码 芯片型号选择 及各芯片地址分配 4） 数码管 和键盘接口电路设计 5） 环 行 分配器芯片 型号 选择及环 行 分配电路设计 6） 步进电机功放电路设计 7） ISP(In-System Programming-在线系统编程 及调试 )接口设计 8） 机床报警电路设计等 （ 6） 总结及结束语 五、设计过程需考虑的问题 1、进给伺服系统机械设计部分： (1)滚珠丝杠螺母副如何预紧？ (2)怎样保证滚珠丝杠螺母的螺母座与两端支承同心？ (3)滚珠丝杠所受的轴向力如何通过支承件传递到床身上。 (4)滚珠丝杠上的（向心推力球轴承、或其他）轴承如何预紧？ (5)齿轮传动副如何消除齿侧间隙？ (6)消隙齿轮装配过程是怎样的？ (7)步进电机在齿轮箱体 上怎样定位？ (8)各部件的配合表面应该采用什么性质的配合及精度等级？ 4 (9)设计和装配时，如何保证滚珠丝杠在垂直和水平面内与机床导轨的平行度？ (10)在什么情况下需要对滚珠丝杠进行预拉伸？怎样进行预拉伸？ 2、微机数控系统电路设计部分： (1)各芯片名称及功能。 (2) AT89S51 的 各 I/O 口的功能。 (3)线选法地址译码方法。 (4)全地址译码方法及各芯片地址编码。 (5)扩展 I/O 口芯片地址。 (6)8155 或 8255 可编程接口芯片 I/O 口输入、输出情况及控制字。 (7)键盘及显示接口电路工作原 理。 (8)扩展数据存储器及程序存储器地址范围？ (9)步进电机环形分配工作原理、硬件环形分配芯片各引脚的功能。 (10)光电隔离电路工作原理。 (11)高低压驱动电路工作原理。 (12)恒流斩波驱动电路的工作原理。 (13)其他辅助电路：如越界报警电路、复位电路、时钟电路系工作原理。 六 、主要参考书目 1 数字控制机床 ， 廖效果、朱启逑主编 ， 华中理工大学出版社 .。 2 机床设计参考图册。上海纺织工业学院机械制造专业教研室。 3 金属切削机床设计 ， 戴曙主编 ， 机械工业出版社 . 4 机电一体化系统设计 ， 张建民等编著 ， 北京理工大学出版社 5 机电一体化技术手册（上、下册） ， 机电一体化技术手册