数控激光切割设计论文

济南工程职业技术学院

毕业论文

论文题目数控激光切割机设计

姓名仇立志

学号 ************

专业数控技术

班级09级数控2班

指导老师李尚波

完成时间 2012年5月8号

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。

本文设计了一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程序设计。

关键词CNC，激光切割机床，结构，设计

ABSTRACT

Laser cutting machine tool was usually used for the hard-cutting material, such as high-strength material, high precision ductile materials, and smart and complicated components. So, CNC laser cutting has been playing an important role in China's manufacturing industry.

This paper describes the design of a SCM-controlled CNC laser cutting machine tools. More attention was paid on the overall machine design, Z axis, XY axis in the design, ball-screw and the choice of linear motion guide and intensity analysis; the drive system into which stepper motor was put and the analysis of the drive system design; 89C51 chip was mainly used for the design of hardware circuit, the design of system initialization and the design of stepper motor’s controlling program.

Key words CNC, laser cutting machine tools, architecture, design

目录

摘要 (Ⅰ)

ABSTRACT (Ⅱ)

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 (4)

第二章机械部分XY工作台及Z轴的基本结构设计 (5)

2.1 XY工作台的设计 (5)

2.1.1主要设计参数及依据 (5)

2.1.2 XY工作台部件进给系统受力分析 (5)

2.1.3初步确定XY工作台尺寸及估算重量 (5)

2.2 Z轴随动系统设计 (6)

第三章滚珠丝杠传动系统的设计计算 (7)

3.1 强度计算 (7)

3.2 滚珠丝杠副的传动效率 (7)

第四章直线滚动导轨的选型 (9)

第五章步进电机及其传动机构的确定 (10)

5.1 步进电机的选用 (10)

5.1.1 脉冲当量和步距角 (10)

5.1.2步进电机上起动力矩的近似计算 (10)

5.1.3确定步进电机最高工作频率 (11)

5.2齿轮传动机构的确定 (11)

5.2.1传动比的确定 (11)

5.2.2齿轮结构主要参数的确定 (11)

5.3步进电机惯性负载的计算 (12)

第六章传动系统刚度的分析 (14)

6.1 根据工作台不出现爬行的条件来确定传动系统的刚度 (14)

6.2根据微量进给的灵敏度来确定传动系统刚度 (14)

第七章消隙方法与预紧 (16)

7.1消隙方法 (16)

7.1.1偏心轴套调整法 (16)

7.1.2锥度齿轮调整法 (17)

7.1.3双片齿轮错齿调整法 (17)

7.2预紧 (18)

结论 (19)

参考文献 (20)

致谢 (21)

第一章绪论

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现实意义

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