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無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書
300×400數(shù)控激光切割機XY工作臺部件及單片機控制設(shè)計
摘要：激光切割的適用對象主要是難切割材料，如高強度、高韌性材料以及精密細小和形狀復(fù)雜的零件，因而數(shù)控激光切割在我國制造業(yè)中正發(fā)揮出巨大的優(yōu)越性。
本文設(shè)計了一臺單片機控制的數(shù)控激光切割機床，主要完成了：機床整體結(jié)構(gòu)設(shè)計，Z軸、XY軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計計算、滾珠絲杠、直線滾動導(dǎo)軌的選擇及其強度分析；以步進電機為進給驅(qū)動的驅(qū)動系統(tǒng)及其傳動機構(gòu)的分析設(shè)計計算；以89C51為主控芯片的數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計、系統(tǒng)初始化設(shè)計及系統(tǒng)軟件方案設(shè)計和步進電機的控制程序設(shè)計。
關(guān)鍵詞 CNC，激光切割機床，XY工作臺，單片機
300 × 400 CNC laser cutting machine XY
table parts and SCM control design
ABSTRACT：Laser cutting machine tool was usually used for the hard-cutting material, such as high-strength material, high precision ductile materials, and smart and complicated components. So, CNC laser cutting has been playing an important role in China's manufacturing industry.
This paper describes the design of a SCM-controlled CNC laser cutting machine tools. More attention was paid on the overall machine design, Z axis, XY axis in the design, ball-screw and the choice of linear motion guide and intensity analysis; the drive system into which stepper motor was put and the analysis of the drive system design; 89C51 chip was mainly used for the design of hardware circuit, the design of system initialization and the design of stepper motor’s controlling program.
Key words CNC, laser cutting machine tools, XY table ,Single chip microcomputer
目 錄
第一章 緒論…………………………………………………………………… 1
1.1激光技術(shù)概述………………………………………………………………… 1
1.2激光切割機的應(yīng)用…………………………………………………………… 1
1.3設(shè)計任務(wù)……………………………………………………………………… 1
1.4總體設(shè)計方案分析…………………………………………………………… 2
第二章 機械部分XY工作臺及Z軸的基本結(jié)構(gòu)設(shè)計…………………………4
2.1 XY工作臺的設(shè)計………………………………………………………………4
2.1.1主要設(shè)計參數(shù)及依據(jù)………………………………………………………4
2.1.2 XY工作臺部件進給系統(tǒng)受力分析……………………………………… 4
2.1.3初步確定XY工作臺尺寸及估算重量…………………………………… 4
2.2 Z軸隨動系統(tǒng)設(shè)計………………………………………………………………5
第三章 滾珠絲杠傳動系統(tǒng)的設(shè)計計算………………………………………… 7
3.1 滾珠絲杠副導(dǎo)程的確定……………………………………………………… 7
3.2 滾珠絲杠副的傳動效率……………………………………………………… 7
第四章 直線滾動導(dǎo)軌的選型…………………………………………………… 9
第五章 步進電機及其傳動機構(gòu)的確定………………………………………… 11
5.1 步進電機的選用……………………………………………………………… 11
5.1.1 脈沖當(dāng)量和步距角……………………………………………………… 11
5.1.2步進電機上起動力矩的近似計算……………………………………… 11
5.1.3確定步進電機最高工作頻率…………………………………………… 12
5.2齒輪傳動機構(gòu)的確定………………………………………………………… 12
5.2.1傳動比的確定…………………………………………………………… 12
5.2.2齒輪結(jié)構(gòu)主要參數(shù)的確定……………………………………………… 12
5.3步進電機慣性負載的計算…………………………………………………… 13
第六章 傳動系統(tǒng)剛度的確定…………………………………………………… 15
6.1 根據(jù)工作臺不出現(xiàn)爬行的條件來確定傳動系統(tǒng)的剛度…………………… 15
6.2根據(jù)微量進給的靈敏度來確定傳動系統(tǒng)剛度……………………………… 15
第七章 消隙方法與預(yù)緊………………………………………………………… 17
7.1消隙方法……………………………………………………………………… 17
7.1.1偏心軸套調(diào)整法………………………………………………………… 17
7.1.2錐度齒輪調(diào)整法………………………………………………………… 18
7.1.3雙片齒輪錯齒調(diào)整法…………………………………………………… 18
7.2預(yù)緊…………………………………………………………………………… 19
第八章 控制系統(tǒng)設(shè)計…………………………………………………………… 20
8.1 確定機床控制系統(tǒng)方案……………………………………………………… 20
8.2 主要硬件配置………………………………………………………………… 20
8.2.1主要芯片選擇…………………………………………………………… 20
8.2.2 主要管腳功能…………………………………………………………… 20
8.2.3 EPROM的選用…………………………………………………………… 21
8.2.4 RAM的選用……………………………………………………………… 22
8.2.5 89C51存儲器及I/O的擴展……………………………………………… 22
8.2.6 8155工作方式查詢……………………………………………………… 23
8.2.7狀態(tài)查詢………………………………………………………………… 24
8.2.8 8155定時功能…………………………………………………………… 25
8.2.9 芯片地址分配…………………………………………………………… 26
8.3總體程序控制………………………………………………………………… 27
8.3.1流程圖……………………………………………………………………… 27
8.3.2總程序……………………………………………………………………… 27
8.4 鍵盤設(shè)計……………………………………………………………………… 28
8.4.1鍵盤定義及功能…………………………………………………………… 28
8.4.2 鍵盤程序設(shè)計……………………………………………………………… 29
8.5 顯示器設(shè)計 …………………………………………………………………… 33
8.5.1顯示器顯示方式的選用…………………………………………………… 33
8.5.2顯示器接口………………………………………………………………… 34
8.5.3 8155擴展I/O端口的初始化……………………………………………… 34
8.6 插補原理 ……………………………………………………………………… 35
8.7光電隔離電路 ………………………………………………………………… 35
8.8越界報警電路 ………………………………………………………………… 36
第九章 步進電機接口電路及驅(qū)動……………………………………………… 39
第十章 總 結(jié) …………………………………………………………………… 40
致 謝………………………………………………………………………………… 41
參考文獻………………………………………………………………………………42
IV