数控激光切割机设计

1毕业论文题目名称：数控激光切割机设计学生姓名：李文辉专业：机电一体化指导教师：付志春职称：教师二○一一年四月3独创性声明本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。论文作者签名：李文辉签字日期：2011年4月23日毕业设计2机械部分XY工作台及Z轴的基本结构设计5目录摘要………………………………………………………………………………………ⅠABSTRACT……………………………………………………………………………………Ⅱ1绪论.............................................................71.1课题背景.............................................................................................................................71.2现实意义.............................................................................................................................71.3设计任务.............................................................................................................................81.4总体设计方案分析..............................................................................................................92机械部分XY工作台及Z轴的基本结构设计...........................102.1XY工作台的设计.............................................................................................................102.1.1主要设计参数及依据102.1.2XY工作台部件进给系统受力分析112.1.3初步确定XY工作台尺寸及估算重量112.2Z轴随动系统设计............................................................................................................113滚珠丝杠传动系统的设计计算......................................133.1强度计算..........................................................................................................................133.2滚珠丝杠副的传动效率...................................................................................................134直线滚动导轨的选型..............................................155步进电机及其传动机构的确定......................................165.1步进电机的选用...............................................................................................................165.1.1脉冲当量和步距角165.1.2步进电机上起动力矩的近似计算165.1.3确定步进电机最高工作频率175.2齿轮传动机构的确定........................................................................................................175.2.1传动比的确定175.2.2齿轮结构主要参数的确定185.3步进电机惯性负载的计算................................................................................................186传动系统刚度的讨论..............................................196.1根据工作台不出现爬行的条件来确定传动系统的刚度...............................................196.2根据微量进给的灵敏度来确定传动系统刚度20毕业设计2机械部分XY工作台及Z轴的基本结构设计67消隙方法与预紧..................................................207.1消隙方法...........................................................................................................................217.1.1偏心轴套调整法217.1.2锥度齿轮调整法217.1.3双片齿轮错齿调整法227.2预紧...................................................................................................................................238数控系统设计....................................................238.1确定机床控制系统方案...................................................................................................238.2主要芯片配置...................................................................................................................248.2.1主要芯片选择248.2.2主要管脚功能248.2.3EPROM的选用258.2.4RAM的选用258.2.589C51存储器及I/O的扩展268.2.68155工作方式查询278.2.7状态查询288.2.88155定时功能288.2.9芯片地址分配298.3键盘设计..........................................................................................................................308.3.1键盘定义及功能308.3.2键盘程序设计308.4显示器设计.......................................................................................................................358.4.1显示器显示方式的选用358.4.2显示器接口368.4.38155扩展I/O端口的初始化368.5插补原理..........................................................................................................................378.6光电隔离电路....................................................................................................................388.7越界报警电路....................................................................................................................398.8总体程序控制....................................................................................................................398.8.1流程图378.8.2总程序379步进电机接口电路及驱动...........................错误!未定义书签。结论............................................................45参考文献45毕业设计2机械部分XY工作台及Z轴的基本结构设计71绪论1.1课题背景激光被誉为二十世纪最重大的科学发现之一，它刚一问世就引起了材料科学家的高度重视。1971年11月，美国通用汽车公司率先使用一台250WCO2激光器进行利用激光辐射提高材料耐磨性能的试验研究，并于1974年成功地完成了汽车转向器壳内表面（可锻铸铁材质）激光淬火工艺研究，淬硬部位的耐磨性能比未处理之前提高了10倍。这是激光表面改性技术的首次工业应用。多年以来，世界各国投入了大量资金和人力进行激光器、激光加工设备和激光加工对材料学的研究，促使激光加工得到了飞速发展，并获得了巨大的经济效益和社会效益。如今在中国，激光技术已在工业、农业、医学、军工以及人们的现代生活中得到广泛的应用，并且正逐步实现激光技术产业化，国家也将其列为“九五”攻关重点项目之一。“十五”的主要工作是促进激光加工产业的发展，保持激光器年产值20％的平均增长率，实现年产值200亿元以上；在工业生产应用中普及和推广加工技术，重点完成电子、汽车、钢铁、石油、造船、航空等传统工业应用激光技术进行改造的示范工程；为信息、材料、生物、能源、空间、海洋等六大高科技领域提供崭新的激光设备和仪器。数控化和综合化把激光器与计算机数控技术、先进的光学系统以及高精度和自动化的工件定位相结合，形成研制和生产加工中心，已成为激光加工发展的一个重要趋势。1.2现实意义激光切割机是光、机、电一体化高度集成设备，科技含量高，与传统机加工相比，激光切割机的加工精度更高、柔性化好，有利于提高材料的利用率，降低产品成本，减轻工人负担，对制造业来说，可以说是一场技术革命。激光切割的适用对象主要是难切割材料，如高强度、高韧性、高硬度、高脆性、磁性材料，以及精密细小和形状复杂的零件。激光切割技术、激光切割机床毕业设计2机械部分XY工作台及Z轴的基本结构设计8正在各行各业中得到广泛的应用。因此研究和设计数控激光切割有很强的现实意义。微机控制技术正在发挥出巨大的优越性。1.3设计任务本次设计任务是设计一台单片机（89C51主控芯片）控制激光切割机床，主1绪论1.1课题背景激光被誉为