数控激光金属切削机床设计.docVIP

目 录 第一章 绪 论........................................................................................3 1.1课题背景 3 1.2现实意义 3 1.3设计任务 3 1.4总体设计方案分析……………………………………………….3 第二章 基础知识介绍……………………………………….……5 2.1激光的物理特性……………………………………………….5 2.2 激光器………………………………………………………….5 2.2.1 半导体激光器…………………………………………….7 2.2.2 固体激光器……………………………………………….8 2.3液压系统及液压元件……………………………………………8 2.3.1 液压缸主要尺寸的确定…………………………………..9 2.3.2 液压元件参数的选择与确定……………………………10 2.4 X Y工作台………………………………………………………13 2.5 滚珠丝杠传动系统…………………………………………….13 2.6 滚珠导轨………………………………………………………14 第三章 总体结构的选择与设计…………………………………16 3.1 总体框图介绍…………………………………………………16 3.2 机械系统设计…………………………………………………17 3.2.1 XY工作台及Z轴的基本结构设计……………………..17 3.2.2 滚珠丝杠传动系统的设计与计算………………………18 3.2.3 步进电机及其传动机构的确定…………………………19 3.2.4 消隙的方法与预紧………………………………………23 第四章 控制系统设计……………………………………………26 4.1 机床控制系统方案………………………………………….....26 4.2 主要芯片配置………………………………………………….26 4.3 主要的控制方式……………………………………………….32 4.3.1 键盘与显示………………………………………………32 4.3.2 报警………………………………………………………37 4.3.3 光电耦合电路……………………………………………37 第五章 总 结………………………………………...………….38 参考文献…………………………………………...……………...39 致谢………………………………………………………………..40 第一章 绪 论 1.1课题背景 自从20世纪60年代美国采用红宝石激光器在钻石上打孔以来，激光加工技术经过几十年的发展，已成为工业生产中的一项常用技术。在今天，几乎所有的重要工业部门都应用了激光器。 在国际范围内比较，激光加工的应用在各个地区的各个行业有所不同：在美国，激光加工主要应用于汽车业和金属加工业；在亚洲，电器工业和半导体工业则是激光器供应商的最大客户；在欧洲，金属加工业和汽车业中的激光加工应用较多，而在半导体工业中则相对应用较少。另外，在欧洲，激光器在其他行业中也有广泛应用。如切割占24%，打孔占3%，焊接占14%，热处理占14%，雕刻占12%，打标占24%，其他占9%。 1.2现实意义 激光加工是一种先进的和广泛应用的加工技术，它是利用高能量密度的激光束作为工具对材料进行热处理、表面熔覆、切割和焊接等。数控激光加工机床是集激光技术、机械、传感技术、自动检测、信息处理、计算机自动控制和伺服驱动等多项技术于一体，能完成三位平面和三维曲面的加工，在国防建设，航空航天，工程机械等领域获得了广泛的应用。 1.3设计任务 本次设计任务是设计一台单片机（89C51主控芯片）控制激光切割机床，主要设计对象是XY工作台部件及89C51单片机控制原理图。而对激光切割机其他部件如冷水机、激光器等不作为设计内容要求，只作一般了解。单片机对XY工作台的纵、横向进给脉冲当量0.001mm/ pluse。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。 1.4总体设计方案分析 参考数控激光金属切削机床的有关技术资料，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1.1。 图1.1 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