摘要:本课题针对数控激光切割机进行了设计。主要完成了XY工作台的机械结构设计和单片机的控制系统的设计。设计过程中，对于XY工作台的机械结构进行了具体的设计分析，选用了精度相对高的滚珠丝杠副传动系统方案，具体对传动系统中的滚珠丝杠、直线滚动导轨、齿轮进行了计算和选型；为验证系统的可行性，对系统的刚度进行了分析；根据系统的要求和载荷，对步进电机进行了分析和选型。对以89C51为主控芯片的数控系统进行了硬件说明和控制程序设计。

关键词 CNC；数控激光切割机；XY工作台；单片机

目录

摘要

Abstract

1 绪论-1

1.1激光技术概述-1

1.2激光切割技术的应用-1

1.3设计任务-2

1.4总体设计方案分析-2

2 工作台机械结构设计-5

2.1 XY工作台的设计-5

2.1.1 X-Y工作台结构设计总述-5

2.1.2主要设计参数及依据-5

2.1.3 XY工作台部件进给系统受力分析-6

2.1.4初步确定XY工作台尺寸及估算重量-6

2.2 Z轴随动系统设计-6

2.3 机座的设计-7

2.3.1 机座的结构设计-7

2.3.2机座材料的选择-8

3 传动系统的设计-9

3.1丝杠的选型-9

3.1.1 丝杠的介绍-9

3.1.2丝杠螺母副的选择-10

3.1.3丝杠的校核-11

3.2 滚珠丝杠支承的选择-13

3.2.1 支承方式的选择-13

3.2.2 轴承的选择-13

3.3导轨的选型及计算-13

3.3.1 导轨的组成种类及其应满足的要求-13

3.3.2导轨材料的选择及热处理-13

3.3.3导轨的选型及长度估算-14

3.3.4导轨副的额定寿命计算-15

3.3.5滚动导轨副的技术要求-17

3.4 步进电机的选择-17

3.4.1步进电机的特点-17

3.4.2 步进电机的选型-17

3.4.3步进电机惯性负载的确定-19

3.4.4 步进电机接口及电路驱动-20

3.5齿轮传动机构的确定-23

3.5.1传动比的确定-23

3.5.2齿轮结构主要参数的确定-23

3.6传动系统刚度的确定-23

4 消隙方法与预紧-25

4.1 消隙方法-25

4.2预紧-26

5 控制系统设计-28

5.1 确定机床控制系统方案-28

5.2 主要硬件配置-28

5.2.1主要芯片选择-28

5.2.2 主要管脚功能-28

5.2.3 EPROM的选用-29

5.2.4 RAM的选用-30

5.2.5 89C51存储器及I/O的扩展-30

5.2.6 8155工作方式查询-31

5.2.7状态查询-32

5.2.8 8155定时功能-32

5.2.9 芯片地址分配-33

5.3 总体程序控制-34

5.3.1流程图-34

5.3.2主程序-34

5.4 键盘设计-35

5.4.1键盘定义及功能-35

5.4.2 键盘程序设计-36

5.5 显示器设计-37

5.5.1显示器显示方式的选用-37

5.5.2显示器接口-37

5.5.3 8155扩展I/O端口的初始化-37

5.6 插补说明-38

5.7光电隔离电路-40

5.8越界报警电路-41

结论-42

致谢-43

参考文献-44

附录-45