激光切割机数控系统

课程设计说明书

题目：激光切割机数控系统指导老师：吴斌

撰写人：陆诩

目录

第一章绪论

1.1激光技术概述

1.2激光切割技术的应用

1.3设计任务

1.4总体设计方案分析

第二章机械部分XY工作台的基本结构设计2.1 XY工作台的设计

2.1.1主要设计参数及依据

2.1.2 XY工作台部件进给系统受力分析

2.1.3初步确定XY工作台尺寸及估算重量

第三章直线滚动导轨的选型

第四章步进电机及其传动机构的确定

4.1 步进电机的选用

4.1.1 脉冲当量和步距角

4.1.2步进电机上起动力矩的近似计算

4.1.3确定步进电机最高工作频率

4.2齿轮传动机构的确定

4.2.1传动比的确定

4.2.2齿轮的结构主要参数确定

4.3步进电机惯性负载的计算

第五章控统制系设计

5.1 确定机床控制系统方案

5.2 主要硬件配置

5.2.1主要芯片选择

5.2.2 主要管脚功能

5.2.3 EPROM的选用

5.2.4 RAM的选用

5.2.5 89C51存储器及I/O的扩展

5.2.6 8155工作方式查询

5.2.7状态查询

5.2.8 8155定时功能

5.2.9 芯片地址分配

5.3 总体程序控制

5.3.1流程图

5.3.2主程序

5.4 键盘设计

5.4.1键盘定义及功能

5.4.2 键盘程序设计

5.5 显示器设计

5.5.1显示器显示方式的选用

5.5.2显示器接口

5.5.3 8155扩展I/O端口的初始化5.6 插补原理

5.7光电隔离电路

5.8越界报警电路

第六章总结

参考文献

第一章绪论

1.1激光技术概述

激光被誉为二十世纪最重大的科学发现之一，它刚一问世就引起了材料科学家的高度重视。1971年11月，美国通用汽车公司率先使用一台250W CO2激光器进行利用激光辐射提高材料耐磨性能的试验研究，并于1974年成功地完成了汽车转向器壳内表面（可锻铸铁材质）激光淬火工艺研究，淬硬部位的耐磨性能比未处理之前提高了10倍。这是激光表面改性技术的首次工业应用。多年以来，世界各国投入了大量资金和人力进行激光器、激光加工设备和激光加工对材料学的研究，促使激光加工得到了飞速发展，并获得了巨大的经济效益和社会效益。如今在中国，激光技术已在工业、农业、医学、军工以及人们的现代生活中得到广泛的应用，并且正逐步实现激光技术产业化，国家也将其列为“九五”攻关重点项目之一。“十五”的主要工作是促进激光加工产业的发展，保持激光器年产值20％的平均增长率，实现年产值200亿元以上；在工业生产应用中普及和推广加工技术，重点完成电子、汽车、钢铁、石油、造船、航空等传统工业应用激光技术进行改造的示范工程；为信息、材料、生物、能源、空间、海洋等六大高科技领域提供崭新的激光设备和仪器。

数控化和综合化把激光器与计算机数控技术、先进的光学系统以及高精度和自动化的工件定位相结合，形成研制和生产加工中心，已成为激光加工发展的一个重要趋势。

1.2激光切割技术的应用

激光切割是用聚焦镜将CO2激光束聚焦在材料表面使材料熔化,同时用与激光束同轴的压缩气体吹走被熔化的材料,并使激光束与材料沿一定轨迹作相对运动,从而形成一定形状的切缝。从二十世纪七十年代以来随着CO2激光器及数控技术的不断完善和发展,目前已成为工业上板材切割的一种先进的加工方法。在五、六十年代作为板材下料切割的主要方法中：对于中厚板采用氧乙炔火焰切割；对于薄板采用剪床下料,成形复杂零件大批量的采用冲压,单件的采用振动剪。七十年代后,为了改善和提高火焰切割的切口质量,又推广了氧乙烷精密火焰切割和等离子切割。为了减少大型冲压模具的制造周期,又发展了数控步冲与电加工技术。各种切割下料方法都有其有缺点,在工业生产中有一定的适用范围。

激光切割机是光、机、电一体化高度集成设备，科技含量高，与传统机加工相比，激光切割机的加工精度更高、柔性化好，有利于提高材料的利用率，降低产品成本，减轻工人负担，对制造业来说，可以说是一场技术革命。

激光切割的适用对象主要是难切割材料，如高强度、高韧性、高硬度、高脆性、磁性材料，以及精密细小和形状复杂的零件。激光切割技术、激光切割机床正在各行各业中得到广

泛的应用。因此研究和设计数控激光切割有很强的现实意义。微机控制技术正在发挥出巨大的优越性。

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，

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