【溫馨提示】 dwg后綴的文件為CAD圖，可編輯，無水印，高清圖，壓縮包內文檔可直接點開預覽，需要原稿請自助充值下載，請見壓縮包內的文件及預覽，所見才能所得，請細心查看有疑問可以咨詢QQ：414951605或1304139763
畢業(yè)設計 目錄
目 錄
摘 要………………………………………………………………………………………Ⅰ
ABSTRACT…………………………………………………………………………………… Ⅱ
1 緒論 1
1.1課題背景 1
1.2現(xiàn)實意義 1
1.3設計任務 1
1.4總體設計方案分析 2
2 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(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)設計 5
3 滾珠絲杠傳動系統(tǒng)的設計計算 6
3.1 強度計算 6
3.2 滾珠絲杠副的傳動效率 6
4 直線滾動導軌的選型 8
5 步進電機及其傳動機構的確定 9
5.1 步進電機的選用 9
5.1.1 脈沖當量和步距角 9
5.1.2步進電機上起動力矩的近似計算 9
5.1.3確定步進電機最高工作頻率 10
5.2齒輪傳動機構的確定 10
5.2.1傳動比的確定 10
5.2.2齒輪結構主要參數的確定 11
5.3步進電機慣性負載的計算 11
6 傳動系統(tǒng)剛度的討論 13
6.1 根據工作臺不出現(xiàn)爬行的條件來確定傳動系統(tǒng)的剛度 13
6.2根據微量進給的靈敏度來確定傳動系統(tǒng)剛度 13
7 消隙方法與預緊 15
7.1消隙方法 15
7.1.1偏心軸套調整法 15
7.1.2錐度齒輪調整法 16
7.1.3雙片齒輪錯齒調整法 16
7.2預緊 17
8 數控系統(tǒng)設計 18
8.1 確定機床控制系統(tǒng)方案 18
8.2 主要芯片配置 18
8.2.1主要芯片選擇 18
8.2.2 主要管腳功能 18
8.2.3 EPROM的選用 19
8.2.4 RAM的選用 20
8.2.5 89C51存儲器及I/O的擴展 20
8.2.6 8155工作方式查詢 21
8.2.7狀態(tài)查詢 22
8.2.8 8155定時功能 22
8.2.9 芯片地址分配 23
8.3 鍵盤設計 24
8.3.1鍵盤定義及功能 24
8.3.2 鍵盤程序設計 24
8.4 顯示器設計 28
8.4.1顯示器顯示方式的選用 28
8.4.2顯示器接口 29
8.4.3 8155擴展I/O端口的初始化 29
8.5 插補原理 30
8.6光電隔離電路 31
8.7越界報警電路 31
8.8總體程序控制 32
8.8.1流程圖 32
8.8.2總程序 32
9 步進電機接口電路及驅動 34
結 論 38
參考文獻 39
致 謝 40
1 緒論
1.1課題背景
激光被譽為二十世紀最重大的科學發(fā)現(xiàn)之一，它剛一問世就引起了材料科學家的高度重視。1971年11月，美國通用汽車公司率先使用一臺250W CO2激光器進行利用激光輻射提高材料耐磨性能的試驗研究，并于1974年成功地完成了汽車轉向器殼內表面（可鍛鑄鐵材質）激光淬火工藝研究，淬硬部位的耐磨性能比未處理之前提高了10倍。這是激光表面改性技術的首次工業(yè)應用。多年以來，世界各國投入了大量資金和人力進行激光器、激光加工設備和激光加工對材料學的研究，促使激光加工得到了飛速發(fā)展，并獲得了巨大的經濟效益和社會效益。如今在中國，激光技術已在工業(yè)、農業(yè)、醫(yī)學、軍工以及人們的現(xiàn)代生活中得到廣泛的應用，并且正逐步實現(xiàn)激光技術產業(yè)化，國家也將其列為“九五”攻關重點項目之一。“十五”的主要工作是促進激光加工產業(yè)的發(fā)展，保持激光器年產值20％的平均增長率，實現(xiàn)年產值200億元以上；在工業(yè)生產應用中普及和推廣加工技術，重點完成電子、汽車、鋼鐵、石油、造船、航空等傳統(tǒng)工業(yè)應用激光技術進行改造的示范工程；為信息、材料、生物、能源、空間、海洋等六大高科技領域提供嶄新的激光設備和儀器。
數控化和綜合化把激光器與計算機數控技術、先進的光學系統(tǒng)以及高精度和自動化的工件定位相結合，形成研制和生產加工中心，已成為激光加工發(fā)展的一個重要趨勢。
1.2現(xiàn)實意義
激光切割機是光、機、電一體化高度集成設備，科技含量高，與傳統(tǒng)機加工相比，激光切割機的加工精度更高、柔性化好，有利于提高材料的利用率，降低產品成本，減輕工人負擔，對制造業(yè)來說，可以說是一場技術革命。
激光切割的適用對象主要是難切割材料，如高強度、高韌性、高硬度、高脆性、磁性材料，以及精密細小和形狀復雜的零件。激光切割技術、激光切割機床正在各行各業(yè)中得到廣泛的應用。因此研究和設計數控激光切割有很強的現(xiàn)實意義。微機控制技術正在發(fā)揮出巨大的優(yōu)越性。
1.3設計任務
本次設計任務是設計一臺單片機（89C51主控芯片）控制激光切割機床，主要設計對象是XY工作臺部件及89C51單片機控制原理圖。而對激光切割機其他部件如冷水機、激光器等不作為設計內容要求，只作一般了解。單片機對XY工作臺的縱、橫向進給脈沖當量0.001mm/ pluse。工作臺部件主要構件為滾珠絲杠副、滾動直線導軌副、步進電機、工作臺等。設計時應兼顧兩方向的安裝尺寸和裝配工藝。
1.4總體設計方案分析
參考數控激光切割機的有關技術資料，確定總體方案如下：
采用89C51主控芯片對數據進行計算處理，由I/O接口輸出控制信號給驅動器，來驅動步進電機，經齒輪機構減速后，帶動滾珠絲杠轉動，實現(xiàn)進給。其原理示意圖1.1。
X向工作臺
控
制
器
驅
動
器
步進
電機
步進
電機
驅
動
器
Y向工作臺
圖1.1 系統(tǒng)總體原理圖
微機控制線路圖參考MCS－51系列單片機控制XY工作臺線路圖。
步進電機參照RORZE株式會社的產品樣本選取，以保證質量和運行精度,同時驅動器也選用RORZE的配套驅動器產品。
滾珠絲杠的生產廠家很多，本設計參照了漢江機床廠、南京工藝裝備制造廠的樣本資料，力求從技術性能、價格狀況、通用互換性等各方面因素考慮，最后選用南京工藝裝備廠的FFZD系列滾珠絲杠，即內循環(huán)墊片預緊螺母式滾珠絲杠副。
本設計棄用Z80，而選用單片機。單片機體積小、抗干擾能力強，對環(huán)境要求不高，可靠性高，靈活性好，性價比大大超過了Z80。比較后選用89C51為主芯片。在使用過程中89C51雖有4K的FLASH（E2PROM），但考慮實際情況需配備EPROM和RAM，并要求時序配備。選晶體頻率為6MHz，89C51讀取時間約為3t，則t＝480ns ,常用EPROM讀取時間約為200~450ns。89C51的讀取時間應大于ROM要求的讀取時間。89C51的讀寫時間約為4T，則TR＝660ns，TW=800ns，常用RAM讀寫時間為200ns左右，均滿足要求。根據需要，擴展I/O接口8155，因顯示數據主要為數字及部分功能字，為簡化電路采用LED顯示器。鍵盤采用非編碼式矩陣電路。為防止強電干擾，采用光電隔離電路。