300×400數控激光切割機XY工作臺部件及單片機控制設計
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- 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雜的零件，因而數控激光切割在我國制造業中正發揮出巨大的優越性。
本文設計了一臺單片機控制的數控激光切割機床，主要完成了：機床整體結構設計，Z軸、XY軸的結構設計計算、滾珠絲杠、直線滾動導軌的選擇及其強度分析；以步進電機為進給驅動的驅動系統及其傳動機構的分析設計計算；以89C51為主控芯片的數控系統硬件電路設計、系統初始化設計及系統軟件方案設計和步進電機的控制程序設計。
關鍵詞 CNC，激光切割機床，XY工作臺，單片機
目 錄
第一章 緒論…………………………………………………………………… 1
1.1激光技術概述………………………………………………………………… 1
1.2激光切割機的應用…………………………………………………………… 1
1.3設計任務……………………………………………………………………… 1
1.4總體設計方案分析…………………………………………………………… 2
第二章 機械部分XY工作臺及Z軸的基本結構設計…………………………4
2.1 XY工作臺的設計………………………………………………………………4
2.1.1主要設計參數及依據………………………………………………………4
2.1.2 XY工作臺部件進給系統受力分析……………………………………… 4
2.1.3初步確定XY工作臺尺寸及估算重量…………………………………… 4
2.2 Z軸隨動系統設計………………………………………………………………5
第三章 滾珠絲杠傳動系統的設計計算………………………………………… 7
3.1 滾珠絲杠副導程的確定……………………………………………………… 7
3.2 滾珠絲杠副的傳動效率……………………………………………………… 7
第四章 直線滾動導軌的選型…………………………………………………… 9
第五章 步進電機及其傳動機構的確定………………………………………… 11
5.1 步進電機的選用……………………………………………………………… 11
5.1.1 脈沖當量和步距角……………………………………………………… 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齒輪傳動機構的確定………………………………………………………… 12
5.2.1傳動比的確定…………………………………………………………… 12
5.2.2齒輪結構主要參數的確定……………………………………………… 12
5.3步進電機慣性負載的計算…………………………………………………… 13
第六章 傳動系統剛度的確定…………………………………………………… 15
6.1 根據工作臺不出現爬行的條件來確定傳動系統的剛度…………………… 15
6.2根據微量進給的靈敏度來確定傳動系統剛度……………………………… 15
第七章 消隙方法與預緊………………………………………………………… 17
7.1消隙方法……………………………………………………………………… 17
7.1.1偏心軸套調整法………………………………………………………… 17
7.1.2錐度齒輪調整法………………………………………………………… 18
7.1.3雙片齒輪錯齒調整法…………………………………………………… 18
7.2預緊…………………………………………………………………………… 19
第八章 控制系統設計…………………………………………………………… 20
8.1 確定機床控制系統方案……………………………………………………… 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 鍵盤設計……………………………………………………………………… 28
8.4.1鍵盤定義及功能…………………………………………………………… 28
8.4.2 鍵盤程序設計……………………………………………………………… 29
8.5 顯示器設計 …………………………………………………………………… 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動……………………………………………… 39
第十章 總 結 …………………………………………………………………… 40
致 謝………………………………………………………………………………… 41
參考文獻………………………………………………………………………………42
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