300X400數(shù)控激光切割機(jī)設(shè)計(jì)論文.doc

攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)目錄目錄摘要ABSTRACT1緒論.11.1課題背景.11.2現(xiàn)實(shí)意義.11.3設(shè)計(jì)任務(wù).11.4總體設(shè)計(jì)方案分析.22機(jī)械部分XY工作臺(tái)及Z軸的基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).42.1XY工作臺(tái)的設(shè)計(jì).42.1.1主要設(shè)計(jì)參數(shù)及依據(jù).42.1.2XY工作臺(tái)部件進(jìn)給系統(tǒng)受力分析.42.1.3初步確定XY工作臺(tái)尺寸及估算重量.42.2Z軸隨動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì).53滾珠絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算.63.1強(qiáng)度計(jì)算.63.2滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率.64直線滾動(dòng)導(dǎo)軌的選型.85步進(jìn)電機(jī)及其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的確定.95.1步進(jìn)電機(jī)的選用.95.1.1脈沖當(dāng)量和步距角.95.1.2步進(jìn)電機(jī)上起動(dòng)力矩的近似計(jì)算.95.1.3確定步進(jìn)電機(jī)最高工作頻率.105.2齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的確定.105.2.1傳動(dòng)比的確定.105.2.2齒輪結(jié)構(gòu)主要參數(shù)的確定.105.3步進(jìn)電機(jī)慣性負(fù)載的計(jì)算.116傳動(dòng)系統(tǒng)剛度的討論.136.1根據(jù)工作臺(tái)不出現(xiàn)爬行的條件來確定傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度.136.2根據(jù)微量進(jìn)給的靈敏度來確定傳動(dòng)系統(tǒng)剛度.137消隙方法與預(yù)緊.15攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)目錄7.1消隙方法.157.1.1偏心軸套調(diào)整法.157.1.2錐度齒輪調(diào)整法.167.1.3雙片齒輪錯(cuò)齒調(diào)整法.167.2預(yù)緊.178數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì).188.1確定機(jī)床控制系統(tǒng)方案.188.2主要芯片配置.188.2.1主要芯片選擇.188.2.2主要管腳功能.188.2.3EPROM的選用.198.2.4RAM的選用.208.2.589C51存儲(chǔ)器及I/O的擴(kuò)展.208.2.68155工作方式查詢.218.2.7狀態(tài)查詢.228.2.88155定時(shí)功能.228.2.9芯片地址分配.238.3鍵盤設(shè)計(jì).248.3.1鍵盤定義及功能.248.3.2鍵盤程序設(shè)計(jì).248.4顯示器設(shè)計(jì).288.4.1顯示器顯示方式的選用.288.4.2顯示器接口.298.4.38155擴(kuò)展I/O端口的初始化.298.5插補(bǔ)原理.308.6光電隔離電路.318.7越界報(bào)警電路.318.8總體程序控制.318.8.1流程圖.308.8.2總程序.309步進(jìn)電機(jī)接口電路及驅(qū)動(dòng).34結(jié)論.38參考文獻(xiàn).39致謝.40攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)1緒論11緒論1.1課題背景激光被譽(yù)為二十世紀(jì)最重大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)之一，它剛一問世就引起了材料科學(xué)家的高度重視。1971年11月，美國(guó)通用汽車公司率先使用一臺(tái)250WCO2激光器進(jìn)行利用激光輻射提高材料耐磨性能的試驗(yàn)研究，并于1974年成功地完成了汽車轉(zhuǎn)向器殼內(nèi)表面（可鍛鑄鐵材質(zhì)）激光淬火工藝研究，淬硬部位的耐磨性能比未處理之前提高了10倍。這是激光表面改性技術(shù)的首次工業(yè)應(yīng)用。多年以來，世界各國(guó)投入了大量資金和人力進(jìn)行激光器、激光加工設(shè)備和激光加工對(duì)材料學(xué)的研究，促使激光加工得到了飛速發(fā)展，并獲得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。如今在中國(guó)，激光技術(shù)已在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)、軍工以及人們的現(xiàn)代生活中得到廣泛的應(yīng)用，并且正逐步實(shí)現(xiàn)激光技術(shù)產(chǎn)業(yè)化，國(guó)家也將其列為“九五”攻關(guān)重點(diǎn)項(xiàng)目之一?！笆濉钡闹饕ぷ魇谴龠M(jìn)激光加工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，保持激光器年產(chǎn)值20的平均增長(zhǎng)率，實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)值200億元以上；在工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用中普及和推廣加工技術(shù)，重點(diǎn)完成電子、汽車、鋼鐵、石油、造船、航空等傳統(tǒng)工業(yè)應(yīng)用激光技術(shù)進(jìn)行改造的示范工程；為信息、材料、生物、能源、空間、海洋等六大高科技領(lǐng)域提供嶄新的激光設(shè)備和儀器。數(shù)控化和綜合化把激光器與計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)、先進(jìn)的光學(xué)系統(tǒng)以及高精度和自動(dòng)化的工件定位相結(jié)合，形成研制和生產(chǎn)加工中心，已成為激光加工發(fā)展的一個(gè)重要趨勢(shì)。1.2現(xiàn)實(shí)意義激光切割機(jī)是光、機(jī)、電一體化高度集成設(shè)備，科技含量高，與傳統(tǒng)機(jī)加工相比，激光切割機(jī)的加工精度更高、柔性化好，有利于提高材料的利用率，降低產(chǎn)品成本，減輕工人負(fù)擔(dān)，對(duì)制造業(yè)來說，可以說是一場(chǎng)技術(shù)革命。激光切割的適用對(duì)象主要是難切割材料，如高強(qiáng)度、高韌性、高硬度、高脆性、磁性材料，以及精密細(xì)小和形狀復(fù)雜的零件。激光切割技術(shù)、激光切割機(jī)床正在各行各業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。因此研究和設(shè)計(jì)數(shù)控激光切割有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。微機(jī)控制技術(shù)正在發(fā)揮出巨大的優(yōu)越性。1.3設(shè)計(jì)任務(wù)本次設(shè)計(jì)任務(wù)是設(shè)計(jì)一臺(tái)單片機(jī)（89C51主控芯片）控制激光切割機(jī)床，主攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)1緒論2要設(shè)計(jì)對(duì)象是XY工作臺(tái)部件及89C51單片機(jī)控制原理圖。而對(duì)激光切割機(jī)其他部件如冷水機(jī)、激光器等不作為設(shè)計(jì)內(nèi)容要求，只作一般了解。單片機(jī)對(duì)XY工作臺(tái)的縱、橫向進(jìn)給脈沖當(dāng)量0.001mm/pluse。工作臺(tái)部件主要構(gòu)件為滾珠絲杠副、滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副、步進(jìn)電機(jī)、工作臺(tái)等。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)兼顧兩方向的安裝尺寸和裝配工藝。1.4總體設(shè)計(jì)方案分析參考數(shù)控激光切割機(jī)的有關(guān)技術(shù)資料，確定總體方案如下：采用89C51主控芯片對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理，由I/O接口輸出控制信號(hào)給驅(qū)動(dòng)器，來驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，經(jīng)齒輪機(jī)構(gòu)減速后，帶動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)進(jìn)給。其原理示意圖1.1。圖1.1系統(tǒng)總體原理圖微機(jī)控制線路圖參考MCS51系列單片機(jī)控制XY工作臺(tái)線路圖。步進(jìn)電機(jī)參照RORZE株式會(huì)社的產(chǎn)品樣本選取，以保證質(zhì)量和運(yùn)行精度,同時(shí)驅(qū)動(dòng)器也選用RORZE的配套驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)品。滾珠絲杠的生產(chǎn)廠家很多，本設(shè)計(jì)參照了漢江機(jī)床廠、南京工藝裝備制造廠的樣本資料，力求從技術(shù)性能、價(jià)格狀況、