机械5

激光切割的适用对象主要是难切割材料，如高强度、高韧性材料以及精密细小和形状复杂的零件，因而数控激光切割在我国制造业中正发挥出巨大的优越性。 本文设计了一台单片机控制的数控激光切割机床，主要完成了：机床整体结构设计，Z轴、XY轴的结构设计计算、滚珠丝杠、直线滚动导轨的选择及其强度分析；以步进电机为进给驱动的驱动系统及其传动机构的分析设计计算；以89C51为主控芯片的数控系统硬件电路设计、系统初始化设计及系统软件方案设计和步进电机的控制程序设计。 关键词CNC，激光切割机床，XY工作台，单片机 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