300X400数控激光切割机设计-机电一体化

摘  要

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，结构，设计

目   录

摘  要………………………………………………………………………………………Ⅰ

ABSTRACT…………………………………………………………………………………… Ⅱ

1 绪论 1

1.1课题背景 1

1.2现实意义 1

1.3设计任务 1

1.4总体设计方案分析 2

2 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

3 滚珠丝杠传动系统的设计计算 6

3.1 强度计算 6

3.2 滚珠丝杠副的传动效率 6

4 直线滚动导轨的选型 8

5 步进电机及其传动机构的确定 9

5.1 步进电机的选用 9

5.1.1 脉冲当量和步距角 9

5.1.2步进电机上起动力矩的近似计算 9

5.1.3确定步进电机最高工作频率 10

5.2齿轮传动机构的确定 10

5.2.1传动比的确定 10

5.2.2齿轮结构主要参数的确定 11

5.3步进电机惯性负载的计算 11

6 传动系统刚度的讨论 13

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 13

6.2根据微量进给的灵敏度来确定传动系统刚度 13

7 消隙方法与预紧 15

7.1消隙方法 15

7.1.1偏心轴套调整法 15

7.1.2锥度齿轮调整法 16

7.1.3双片齿轮错齿调整法 16

7.2预紧 17

8 数控系统设计 18

8.1 确定机床控制系统方案 18

8.2 主要芯片配置 18

8.2.1主要芯片选择 18

8.2.2 主要管脚功能 18

8.2.3 EPROM的选用 19

8.2.4 RAM的选用 20

8.2.5 89C51存储器及I/O的扩展 20

8.2.6 8155工作方式查询 21

8.2.7状态查询 22

8.2.8 8155定时功能 22

8.2.9 芯片地址分配 23

8.3 键盘设计 24

8.3.1键盘定义及功能 24

8.3.2 键盘程序设计 24

8.4 显示器设计 28

8.4.1显示器显示方式的选用 28

8.4.2显示器接口 29

8.4.3 8155扩展I/O端口的初始化 29

8.5 插补原理 30

8.6光电隔离电路 31

8.7越界报警电路 31

8.8总体程序控制 32

8.8.1流程图 32

8.8.2总程序 32

9 步进电机接口电路及驱动 34

结  论 38

参考文献 39