目录 第一章绪论…………………………………………………………………… 1 1.1激光技术概述………………………………………………………………… 1 1.2激光切割机的应用…………………………………………………………… 1 1.3设计任务……………………………………………………………………… 1 1.4总体设计方案分析…………………………………………………………… 2 第二章机械部分XY工作台及Z轴的基本结构设计…………………………4 2.1 XY工作台的设计………………………………………………………………4 2.1.1主要设计参数及依据………………………………………………………4 2.1.2 XY工作台部件进给系统受力分析……………………………………… 4 2.1.3初步确定XY工作台尺寸及估算重量…………………………………… 4 2.2 Z轴随动系统设计………………………………………………………………5 第三章滚珠丝杠传动系统的设计计算………………………………………… 7 3.1滚珠丝杠副导程的确定……………………………………………………… 7 3.2滚珠丝杠副的传动效率……………………………………………………… 7 第四章直线滚动导轨的选型…………………………………………………… 9 第五章步进电机及其传动机构的确定………………………………………… 11 5.1步进电机的选用……………………………………………………………… 11 5.1.1脉冲当量和步距角……………………………………………………… 11 5.1.2步进电机上起动力矩的近似计算……………………………………… 11 5.1.3确定步进电机最高工作频率…………………………………………… 12 5.2齿轮传动机构的确定………………………………………………………… 12 5.2.1传动比的确定…………………………………………………………… 12 5.2.2齿轮结构主要参数的确定……………………………………………… 12 5.3步进电机惯性负载的计算…………………………………………………… 13 第六章传动系统刚度的确定…………………………………………………… 15 6.1根据工作台不出现爬行的条件来确定传动系统的刚度…………………… 15 6.2根据微量进给的灵敏度来确定传动系统刚度……………………………… 15 第七章消隙方法与预紧………………………………………………………… 17 7.1消隙方法……………………………………………………………………… 17 7.1.1偏心轴套调整法………………………………………………………… 17 7.1.2锥度齿轮调整法………………………………………………………… 18 7.1.3双片齿轮错齿调整法…………………………………………………… 18 7.2预紧…………………………………………………………………………… 19 第八章控制系统设计…………………………………………………………… 20 8.1确定机床控制系统方案……………………………………………………… 20 8.2主要硬件配置………………………………………………………………… 20 8.2.1主要芯片选择…………………………………………………………… 20 8.2.2主要管脚功能…………………………………………………………… 20 8.2.3 EPROM的选用…………………………………………………………… 21 8.2.4 RAM的选用……………………………………………………………… 22 8.2.5 89C51存储器及I/O的扩展……………………………………………… 22 8.2.6 8155工作方式查询……………………………………………………… 23 8.2.7状态查询………………………………………………………………… 24 8.2.8 8155定时功能…………………………………………………………… 25 8.2.9芯片地址分配…………………………………………………………… 26 8.3总体程序控制………………………………………………………………… 27 8.3.1流程图……………………………………………………………………… 27 8.3.2总程序……………………………………………………………………… 27 8.4键盘设计……………………………………………………………………… 28 8.4.1键盘定义及功能…………………………………………………………… 28 8.4.2键盘程序设计……………………………………………………………… 29 8.5显示器设计…………………………………………………………………… 33 8.5.1显示器显示方式的选用…………………………………………………… 33 8.5.2显示器接口………………………………………………………………… 34 8.5.3 8155扩展I/O端口的初始化……………………………………………… 34 8.6插补原理……………………………………………………………………… 35 8.7光电隔离电路………………………………………………………………… 35 8.8越界报警电路………………………………………………………………… 36 第九章步进电机接口电路及驱动……………………………………………… 39 第十章总结…………………………………………………………………… 40 致谢………………………………………………………………………………… 41 参考文献………………………………………………………………………………42 2.2 Z轴随动系统设计 激光切割机对Z轴随动机构要求非常高。在切割中需随时检测和控制切割表面的不平度，通过伺服电机和滚珠丝杆调整切割头的高度，以保证激光聚焦后的焦点在切割板材的表面位置。由于激光焦点至板面的距离将影响割缝宽窄及质量，因此，要求Z轴的检测精度高于0.010mm：同时，随动速度应大于5m/mi
n。随动速度太快会造成切割头上下震荡，太慢又造成切割头跟不上的现象。目前。对加工板材的检测主要有电容、电感、电阻、激光、红外等几种方式。电感式和电阻式属于传感器，激光、红外及电容式属于非接触式传感器。电容式传感器在运动检测过程中不发生摩擦阻力，最适于金属板材和高速切割加工，而激光和红外位移传感器对加工材料的反射率很敏感，仅适用于一些特殊场合的切割加工(如强磁尝强干扰环境)。所以在选择传感器时，应注意检测精度和对切割材料的适应性，同时安装时还需要注意采取抗干扰措施。 割头具有多种先进的智能和附加功能，如自动调整激光喷嘴距离、自动清洁喷嘴、同轴喷水机构、切割头转动、切割嘴摆动等。这些功能机构的增加,不可避免地增加了切割头的重量，成切割头的动态性能不好,随动机构反应不灵敏。一般来说，普通数控激光切割机Z轴拖动重量在5kg以上时，应采用重力平衡设施。而高性能数控激光切割机的Z轴拖动重量在2kg以上就必须施加重力平衡设施，特别是在高速飞行光路设计中,这一点尤为重要。目前Z轴上的重力平衡设施使用较多的是采用气缸托动方式(图2-1)。该方式重量轻、体积孝易安装，还可根据要求调整气缸的平衡力。