300215400数控激光切割机xy工作台部件及单片机控制设计毕业论文(编辑修改稿)

300215400数控激光切割机xy工作台部件及单片机控制设计毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

、横向进给脉冲当量。 工作台部件主要构件为滚珠丝杠副、滚动直线导轨副、步进电机、工作台等。 设计时应兼顾两方向的安装尺寸和装配工艺。 参考数控激光切割机的有关技术资料，确定总体方案如下： 采用 89C51 主控芯片对数据进行计算处理，由 I/O 接口输出控制信号给驱动器，来驱动步进电机，经齿轮机构减速后，带动滚珠丝杠转动，实现进给。 其原理示意图 11。 图 11 系统总体原理图 微机控制线路图参考 MCS－ 51 系列单片机控制 XY 工作台线路图。 步进电机参照 RORZE 株式会社的产品样本选取，以保证质量和运行精度 ,同时驱动器也选用 RORZE 的配套驱动器产品。 滚珠丝杠的生产厂家很多，本设计参照了汉江机床厂、南京工艺装备制造厂的样本资料，力求从技术性能、价格状况、通用互换性等各方面因素考虑，最后选用南京工艺装备厂的 FFZD系列滚珠丝杠，即内循环垫片预紧螺母式滚珠丝杠副。 本设计弃用 Z80，而选用单片机。 单片机体积小、抗干扰能力强，对环境要求不高，可 控 制 器 驱 动 器 驱 动 器 步进 电机 步进 电机 X 向工作台 Y 向工作台 无锡职业技术学院毕业设计说明书 7 靠性高，灵活性好，性价比大大超过了 Z80。 比较后选用 89C51 为主芯片。 在使用过程中 89C51虽有 4K 的 FLASH（ E2PROM），但考虑实际情况需配备 EPROM 和 RAM，并要求时序配备。 选晶体频率为 6MHz， 89C51 读取时间约为 3t，则 t＝ 480ns ,常用 EPROM 读取时间约为200~450ns。 89C51 的读取时间应大于 ROM 要求的读取时间。 89C51 的读写时间约为 4T，则TR＝ 660ns， TW=800ns，常用 RAM 读写 时间为 200ns 左右，均满足要求。 根据需要，扩展I/O 接口 8155，因显示数据主要为数字及部分功能字，为简化电路采用 LED 显示器。 键盘采用非编码式矩阵电路。 为防止强电干扰，采用光电隔离电路。 无锡职业技术学院毕业设计说明书 8 第二章 机械部分 XY 工作台及 Z 轴的基本结构设计 XY 工作台的设计 主要设计参数及依据 本设计的 XY 工作台的参数定为： ① 工作台行程：横向 320mm，纵向 450mm ② 工作台最大尺寸（ 长 宽 高）： 1100 900 300mm ③ 工作台最大承载重量： 120Kg ④ 脉冲当量： ⑤ 进给速度： 60 平方毫米 /min ⑥ 表面粗糙度： ～ ⑦ 设计寿命： 15 年 XY 工作台部件进给系统受力分析 因激光切割机床为激光加工 ,其激光器与工件之间不直接接触 ,因此可以认为在加工过程中没有外力负载作用。 其切削力为零。 XY 工作台部件由工作台、中间滑台、底座等零部件组成 ,各自之间均以滚动直线导轨副相联 ,以保证相对运动精度。 设下底座的传动系统为横向传动系统，即 X向，上导轨为纵向传动系统，即Y向。 一般来说 ,数控切割机床的滚动直线导轨的摩擦力可忽略不计 ,但滚珠丝杠副 ,以及齿轮之间的滑动摩擦不能忽略 ,这些摩擦力矩会影响电机的步距精度。 另外由于采取了一系列的消隙、预紧措施 ,其产生的负载波动应控制在很小的范围。 初步确定 XY 工作台尺寸及估算重量 初定工作台尺寸 (长 宽 高度 )为 :1200 950 70mm，材料为 HT200，估重为 625N (W1)。 设中托座尺寸 (长 宽 高度 )为 :1200 520 220mm，材料为 HT200，估重为 250N（ W2）。 另外估计其他零件的重量约为 250N (W3)。 加上工件最大重量约为 120Kg（ 1176N） (G)。 无锡职业技术学院毕业设计说明书 9 则下托座导轨副所承受的最大负载 W 为 : W=W1+W2+W3+G＝ 665+250+250+1176＝ 2301N 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 ：同时，随动速度应大于 5m/min。 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(如强磁场、 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 21)。 该方式重量轻、体积小、易安装，还可根据要求调整气缸的平衡力。 无锡。