【正文】 400600數(shù)控激光切割機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文1 緒論激光被譽(yù)為二十世紀(jì)最重大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)之一，它剛一問世就引起了材料科學(xué)家的高度重視。 1971年 11月，美國(guó)通用汽車公司率先使用一臺(tái) 250W CO2激光器進(jìn)行利用激光輻射提高材料耐磨性能的試驗(yàn)研究，并于 1974年成功地完成了汽車轉(zhuǎn)向器殼內(nèi)表面（可鍛鑄鐵材質(zhì)）激光淬火工藝研究，淬硬部位的耐磨性能比未處理之前提高了 10倍。這是激光表面改性技術(shù)的首次工業(yè)應(yīng)用。多年以來，世界各國(guó)投入了大量資金和人力進(jìn)行激光器、激光加工設(shè)備和激光加工對(duì)材料學(xué)的研究，促使激光加工得到了飛速發(fā)展，并獲得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。如今在中國(guó)，激光技術(shù)已在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)、軍工以及人們的現(xiàn)代生活中得到廣泛的應(yīng)用，并且正逐步實(shí)現(xiàn)激光技術(shù)產(chǎn)業(yè)化，國(guó)家也將其列為 “九五”攻關(guān)重點(diǎn)項(xiàng)目之一。 “十五”的主要工作是促進(jìn)激光加工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，保持激光器年產(chǎn)值 20％的平均增長(zhǎng)率，實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)值 200億元以上；在工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用中普及和推廣加工技術(shù)，重點(diǎn)完成電子、汽車、鋼鐵、石油、造船、航空等傳統(tǒng)工業(yè)應(yīng)用激光技術(shù)進(jìn)行改造的示范工程；為信息、材料、生物、能源、空間、海洋等六大高科技領(lǐng)域提供嶄新的激光設(shè)備和儀器。數(shù)控化和綜合化把激光器與計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)、先進(jìn)的光學(xué)系統(tǒng)以及高精度和自動(dòng)化的工件定位相結(jié)合，形成研制和生產(chǎn)加工中心，已成為激光加工發(fā)展的一個(gè)重要趨勢(shì)。激光切割機(jī)是光、機(jī)、電一體化高度集成設(shè)備，科技含量高，與傳統(tǒng)機(jī)加工相比，激光切割機(jī)的加工精度更高、柔性化好，有利于提高材料的利用率，降低產(chǎn)品成本，減輕工人負(fù)擔(dān)，對(duì)制造業(yè)來說，可以說是一場(chǎng)技術(shù)革命。激光切割的適用對(duì)象主要是難切割材料，如高強(qiáng)度、高韌性、高硬度、高脆性、磁性材料，以及精密細(xì)小和形狀復(fù)雜的零件。激光切割技術(shù)、激光切割機(jī)床正在各行各業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。因此研究和設(shè)計(jì)數(shù)控激光切割有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。微機(jī)控制技術(shù)正在發(fā)揮出巨大的優(yōu)越性。本次設(shè)計(jì)任務(wù)是設(shè)計(jì)一臺(tái)單片機(jī)（ 89C51主控芯片）控制激光切割機(jī)床，主畢業(yè)設(shè)計(jì)目錄要設(shè)計(jì)對(duì)象是 XY工作臺(tái)部件及 89C51單片機(jī)控制原理圖。而對(duì)激光切割機(jī)其他部件如冷水機(jī)、激光器等不作為設(shè)計(jì)內(nèi)容要求，只作一般了解。單片機(jī)對(duì) XY工作臺(tái)的縱、橫向進(jìn)給脈沖當(dāng)量 。工作臺(tái)部件主要構(gòu)件為滾珠絲杠副、滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副、步進(jìn)電機(jī)、工作臺(tái)等。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)兼顧兩方向的安裝尺寸和裝配工藝。參考數(shù)控激光切割機(jī)的有關(guān)技術(shù)資料，確定總體方案如下：采用 89C51主控芯片對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理，由 I/O接口輸出控制信號(hào)給驅(qū)動(dòng)器，來驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，經(jīng)齒輪機(jī)構(gòu)減速后，帶動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)進(jìn)給。其原理示意圖 。X向工作臺(tái)Y向工作臺(tái)圖 系統(tǒng)總體原理圖微機(jī)控制線路圖參考 MCS－51系列單片機(jī)控制 XY工作臺(tái)線路圖。步進(jìn)電機(jī)參照 RORZE株式會(huì)社的產(chǎn)品樣本選取，以保證質(zhì)量和運(yùn)行精度 ,同時(shí)驅(qū)動(dòng)器也選用 RORZE的配套驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)品。滾珠絲杠的生產(chǎn)廠家很多，本設(shè)計(jì)參照了漢江機(jī)床廠、南京工藝裝備制造廠的樣本資料，力求從技術(shù)性能、價(jià)格狀況、通用互換性等各方面因素考慮，最后選用南京工藝裝備廠的 FFZD系列滾珠絲杠，即內(nèi)循環(huán)墊片預(yù)緊螺母式滾珠絲杠副。本設(shè)計(jì)棄用 Z80，而選用單片機(jī)。單片機(jī)體積小、抗干擾能力強(qiáng)，對(duì)環(huán)境要畢業(yè)設(shè)計(jì)目錄求不高，可靠性高，靈活性好，性價(jià)比大大超過了.. Z80。比較后選用.. 89C51為主芯片。在使用過程中.. 89C51雖有.. 4K的.. FLASH（E2PROM），但考慮實(shí)際情況需配備.. EPROM和.. RAM，并要求時(shí)序配備。選晶體頻率為.. 6MHz，89C51讀取時(shí)間約為.. 3t，則.. t＝480ns ,常用.. EPROM讀取時(shí)間約為.. 200~450ns。89C51的讀取時(shí)間應(yīng)大于.. ROM要求的讀取時(shí)間。.. 89C51的讀寫時(shí)間約為.. 4T，則.. TR＝660ns，.. TW=800ns，常用.. RAM讀寫時(shí)間為.. 200ns左右，均滿足要求。根據(jù)需要，擴(kuò)展.. I/O接口.. 8155，因顯示數(shù)據(jù)主要為數(shù)字及部分功能字，為簡(jiǎn)化電路采用.. LED顯示器。鍵盤采用非編碼式矩陣電路。為防止強(qiáng)電干擾，采用光電隔離電路。1 緒論激光被譽(yù)為二十世紀(jì)最重大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)之一，它剛一問世就引起了材料科學(xué)家的高度重視。 1971年 11月，美國(guó)通用汽車公司率先使用一臺(tái) 250W CO2激光器進(jìn)行利用激光輻射提高材料耐磨性能的試驗(yàn)研究，并于 1974年成功地完成了汽車轉(zhuǎn)向器殼內(nèi)表面（可鍛鑄鐵材質(zhì)）激光淬火工藝研究，淬硬部位的耐磨性能比未處理之前提高了 10倍。這是激光表面改性技術(shù)的首次工業(yè)應(yīng)用。多年以來，世界各國(guó)投入了大量資金和人力進(jìn)行激光器、激光加工設(shè)備和激光加工對(duì)材料學(xué)的研究，促使激光加工得到了飛速發(fā)展，并獲得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。如今在中國(guó)，激光技術(shù)已在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)、軍工以及人們的現(xiàn)代生活中得到廣泛的應(yīng)用，并且正逐步實(shí)現(xiàn)激光技術(shù)產(chǎn)業(yè)化，國(guó)家也將其列為 “九五”攻關(guān)重點(diǎn)項(xiàng)目之一。 “十五”的主要工作是促進(jìn)激光加工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，保持激光器年產(chǎn)值 20％的平均增長(zhǎng)率，實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)值 200億元以上；在工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用中普及和推廣加工技術(shù)，重點(diǎn)完成電子、汽車、鋼鐵、石油、造船、航空等傳統(tǒng)工業(yè)應(yīng)用激光技術(shù)進(jìn)行改造的示范工程；為信息、材料、生物、能源、空間、海洋等六大高科技領(lǐng)域提供嶄新的激光設(shè)備和儀器。數(shù)控化和綜合化把激光器與計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)、先進(jìn)的光學(xué)系統(tǒng)以及高精度和自動(dòng)化的工件定位相結(jié)合，形成研制和生產(chǎn)加工中心，已成為激光加工發(fā)展的一個(gè)重要趨勢(shì)。激光切割機(jī)是光、機(jī)、電一體化高度集成設(shè)備，科技含量高，與傳統(tǒng)機(jī)加工相比，激光切割機(jī)的加工精度更高、柔性化好，有利于提高材料的利用率，降低產(chǎn)品成本，減輕工人負(fù)擔(dān)，對(duì)制造業(yè)來說，可以說是一場(chǎng)技術(shù)革命。激光切割的適用對(duì)象主要是難切割材料，如高強(qiáng)度、高韌性、高硬度、高脆性、磁性材料，以及精密細(xì)小和形狀復(fù)雜的零件。激光切割技術(shù)、激光切割機(jī)床正在各行各業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。因此研究和設(shè)計(jì)數(shù)控激光切割有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。微機(jī)控制技術(shù)正在發(fā)揮出巨大的優(yōu)越性。本次設(shè)計(jì)任務(wù)是設(shè)計(jì)一臺(tái)單片機(jī)（ 89C51主控芯片）控制激光切割機(jī)床，主1 畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 緒論 要設(shè)計(jì)對(duì)象是 XY工作臺(tái)部件及 89C51單片機(jī)控制原理圖。而對(duì)激光切割機(jī)其他部件如冷水機(jī)、激光器等不作為設(shè)計(jì)內(nèi)容要求，只作一般了解。單片機(jī)對(duì) XY工作臺(tái)的縱、橫向進(jìn)給脈沖當(dāng)量 。工作臺(tái)部件主要構(gòu)件為滾珠絲杠副、滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副、步進(jìn)電機(jī)、工作臺(tái)等。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)兼顧兩方向的安裝尺寸和裝配工藝。參考數(shù)控激光切割機(jī)的有關(guān)技術(shù)資料，確定總體方案如下：采用 89C51主控芯片對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理，由 I/O接口輸出控制信號(hào)給驅(qū)動(dòng)器，來驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，經(jīng)齒輪機(jī)構(gòu)減速后，帶動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)進(jìn)給。其原理示意圖 。X向工作臺(tái)控制器驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)器步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)Y向工作臺(tái)圖 系統(tǒng)總體原理圖微機(jī)控制線路圖參考 MCS－51系列單片機(jī)控制 XY工作臺(tái)線路圖。步進(jìn)電機(jī)參照 RORZE株式會(huì)社的產(chǎn)品樣本選取，以保證質(zhì)量和運(yùn)行精度 ,同時(shí)驅(qū)動(dòng)器也選用 RORZE的配套驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)品。滾珠絲杠的生產(chǎn)廠家很多，本設(shè)計(jì)參照了漢江機(jī)床廠、南京工藝裝備制造廠的樣本資料，力求從技術(shù)性能、價(jià)格狀況、通用互換性等各方面因素考慮，最后選用南京工藝裝備廠的 FFZD系列滾珠絲杠，即內(nèi)循環(huán)墊片預(yù)緊螺母式滾珠絲杠副。本設(shè)計(jì)棄用 Z80，而選用單片機(jī)。單片機(jī)體積小、抗干擾能力強(qiáng)，對(duì)環(huán)境要2畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 緒論 求不高，可靠性高，靈活性好，性價(jià)比大大超過了 Z80。比較后選用 89C51為主芯片。在使用過程中 89C51雖有 4K的 FLASH（E2PROM），但考慮實(shí)際情況需配備 EPROM和 RAM，并要求時(shí)序配備。選晶體頻率為 6MHz，89C51讀取時(shí)間約為 3t，則 t＝480ns ,常用 EPROM讀取時(shí)間約為 200~450ns。89C51的讀取時(shí)間應(yīng)大于 ROM要求的讀取時(shí)間。 89C51的讀寫時(shí)間約為 4T，則 TR＝660ns， TW=800ns，常用 RAM讀寫時(shí)間為 200ns左右，均滿足要求。根據(jù)需要，擴(kuò)展 I/O接口 8155，因顯示數(shù)據(jù)主要為數(shù)字及部分功能字，為簡(jiǎn)化電路采用 LED顯示器。鍵盤采用非編碼式矩陣電路。為防止強(qiáng)電干擾，采用光電隔離電路。3畢業(yè)設(shè)計(jì) 2機(jī)械部分.. XY工作臺(tái)及.. Z軸的基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).. 2 機(jī)械部分XY工作臺(tái)及Z軸的基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) XY工作臺(tái)的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)的.. XY工作臺(tái)的參數(shù)定為：①工作臺(tái)行程：橫向.. 320mm，縱向.. 450mm②工作臺(tái)最大尺寸（長(zhǎng)寬高）：.. 1100900300mm③工作臺(tái)最大承載重量：.. 120Kg④脈沖當(dāng)量：.. ⑤進(jìn)給速度：.. 60平方毫米/min⑥表面粗糙度：.. ～⑦設(shè)計(jì)壽命：.. 15年 XY工作臺(tái)部件進(jìn)給系統(tǒng)受力分析因激光切割機(jī)床為激光加工,其激光器與工件之間不直接接觸,因此可以認(rèn)為在加工過程中沒有外力負(fù)載作用。其