(数控加工)数控激光切割机精编

（数控加工）数控激光切割机

摘要

激光切割的适用对象主要是难切割材料，如高强度、高韧性材料以及精密细小和形状复杂的零件，因而数控激光切割在我国制造业中正发挥出巨大的优越性。

本文设计了壹台单片机控制的数控激光切割机床，主要完成了：机床整体结构设计，Z轴、XY轴的结构设计计算、滚珠丝杠、直线滚动导轨的选择及其强度分析；以步进电机为进给驱动的驱动系统及其传动机构的分析设计计算；以89C51为主控芯片的数控系统硬件电路设计、系统初始化设计及系统软件方案设计和步进电机的控制流程设计。

关键词:CNC激光切割机床结构设计

ABSTRACT

Lasercuttingmachinetoolwasusuallyusedforthehard-cuttingmaterial,s uchashigh-strengthmaterial,highprecisionductilematerials,andsmartandc omplicatedcomponents.So,CNClasercuttinghasbeenplayinganimportantr oleinChina'smanufacturingindustry.

ThispaperdescribesthedesignofaSCM-controlledCNClasercuttingmac hinetools.Moreattentionwaspaidontheoverallmachinedesign,Zaxis,XYaxisi nthedesign,ball-screwandthechoiceoflinearmotionguideandintensityanal ysis;thedrivesystemintowhichsteppermotorwasputandtheanalysisofthedri vesystemdesign;89C51chipwasmainlyusedforthedesignofhardwarecircuit, thedesignofsysteminitialization andthedesignofsteppermotor’scontrollin gprogram.

Keywords:CNC;lasercuttingmachinetools;architecture;design

目录

摘要I

ABSTRACTII

目录III

第壹章绪论1

1.1课题背景1

1.2课题研究的目的和意义1

1.3国内外现状2

1.4存在的主要问题3

1.5设计任务3

1.6总体设计方案4

第二章机械部分设计5

2.1机械部分XY工作台及Z轴的基本结构设计5

2.1.1XY工作台设计5

2.1.2.Z轴随动系统5

2.2滚珠丝杠传动系统的设计计算6

2.2.1滚珠丝杠的选型6

2.2.2丝杠的校核7

2.3直线滚动导轨的选型8

2.4步进电机及其传动机构的确定9

2.4.1 步进电机的特点优点9

2.5齿轮传动机构的确定10

2.5.1传动比确定10

2.5.2消隙方法11

2.6轴承的选择11

第三章数控系统设计12

3.1确定机床控制系统方案12

3.2主要芯片配置13

3.2.1主要芯片选择13

3.2.2 主要管脚功能13

3.2.3 EPROM的选用14

3.2.4 RAM的选用14

3.2.5 89C51存储器及I/O的扩展15

3.2.6 8155工作方式查询16

3.2.7状态查询17

3.2.8 8155定时功能17

3.3键盘设计18

3.3.1键盘定义及功能18

3.3.2 键盘程序设计18

3.4显示器设计20

3.4.1显示器显示方式的选用20

3.4.2显示器接口20

3.5步进电机的驱动23

3.6光电隔离电路24

3.7越界报警电路25结论26

致谢27

参考文献28

第壹章绪论

1.1课题背景

激光被誉为二十世纪最重大的科学发现之壹，它刚壹问世就引起了材料科学家子、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和计算机数控技术、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壹个重要趋势。的高度重视。1971年11月，美国通用汽车X公司率先使用壹台250WCO2激光器进行利用激光辐射提高材料耐磨性能的试验研究，且于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，且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，且且正逐步实现激光技术产业化，国家也将其列为“九五”攻关重点项目之壹。“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200亿元之上。

1.2课题研究的目的和意义

激光切割机是光、机、电壹体化高度集成设备，科技含量高，和传统机加工相比，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，能够说是壹场技术革命。

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。

在高功率数控激光切割成套设备开发及制造方面，经过十几年的发展，我国激光切割技术及装备从无到有，已逐步形成壹定产业规模。2007年国内大型激光切割设备的销售额达到15亿元，在中低端产品方面基本占领国内市场，且有部分产品出口。但和美国、欧盟、日本等发达国家相比，我国的激光切割设备仍然停留在低端产品阶段，而且高功率激光器、激光专用控制系统、激光光束传输控制、激光切割专有技术等绝大部分核心技术仍依赖进口。目前，国际上德国通快TRUMPFX公司、瑞士百超BYSTRONIC和意大利PRIMA等国际知名X公司已经开发出大功率、大幅面、高速、飞行光路、多维立体、数控自动的激光切割机。在高端激光切割系统领域，我国和国际先进水平存在较大差距，产品基本依赖进口，每年不得不花费数十亿元从国外引进相关技术和设备。如船舶制造业中厚钢板的激光切割设备、三维立体激光切割设备、有色金属激光切割设备等，引进价格昂贵、订货周期长、售后服务无法及时保证，严重制约了我围困民经济的发展。且且由于国外在该领域出口对我国有明确的限制，采用许可证制度，严格