300215400數(shù)控激光切割機xy工作臺部件及單片機控制設(shè)計畢業(yè)論文(編輯修改稿)
2025-06-30 22:48 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 、橫向進(jìn)給脈沖當(dāng)量。工作臺部件主要構(gòu)件為滾珠絲杠副、滾動直線導(dǎo)軌副、步進(jìn)電機、工作臺等。設(shè)計時應(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 主控芯片對數(shù)據(jù)進(jìn)行計算處理，由 I/O 接口輸出控制信號給驅(qū)動器，來驅(qū)動步進(jìn)電機，經(jīng)齒輪機構(gòu)減速后，帶動滾珠絲杠轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)進(jìn)給。其原理示意圖 11。 圖 11 系統(tǒng)總體原理圖 微機控制線路圖參考 MCS－ 51 系列單片機控制 XY 工作臺線路圖。 步進(jìn)電機參照 RORZE 株式會社的產(chǎn)品樣本選取，以保證質(zhì)量和運行精度 ,同時驅(qū)動器也選用 RORZE 的配套驅(qū)動器產(chǎn)品。 滾珠絲杠的生產(chǎn)廠家很多，本設(shè)計參照了漢江機床廠、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)計棄用 Z80，而選用單片機。單片機體積小、抗干擾能力強，對環(huán)境要求不高，可 控 制 器 驅(qū) 動 器 驅(qū) 動 器 步進(jìn) 電機 步進(jìn) 電機 X 向工作臺 Y 向工作臺 無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 7 靠性高，靈活性好，性價比大大超過了 Z80。比較后選用 89C51 為主芯片。在使用過程中 89C51雖有 4K 的 FLASH（ E2PROM），但考慮實際情況需配備 EPROM 和 RAM，并要求時序配備。選晶體頻率為 6MHz， 89C51 讀取時間約為 3t，則 t＝ 480ns ,常用 EPROM 讀取時間約為200~450ns。 89C51 的讀取時間應(yīng)大于 ROM 要求的讀取時間。 89C51 的讀寫時間約為 4T，則TR＝ 660ns， TW=800ns，常用 RAM 讀寫 時間為 200ns 左右，均滿足要求。根據(jù)需要，擴展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。為防止強電干擾，采用光電隔離電路。 無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 8 第二章 機械部分 XY 工作臺及 Z 軸的基本結(jié)構(gòu)設(shè)計 XY 工作臺的設(shè)計 主要設(shè)計參數(shù)及依據(jù) 本設(shè)計的 XY 工作臺的參數(shù)定為： ① 工作臺行程：橫向 320mm，縱向 450mm ② 工作臺最大尺寸（ 長 寬 高）： 1100 900 300mm ③ 工作臺最大承載重量： 120Kg ④ 脈沖當(dāng)量： ⑤ 進(jìn)給速度： 60 平方毫米 /min ⑥ 表面粗糙度： ～ ⑦ 設(shè)計壽命： 15 年 XY 工作臺部件進(jìn)給系統(tǒng)受力分析 因激光切割機床為激光加工 ,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。其切削力為零。 XY 工作臺部件由工作臺、中間滑臺、底座等零部件組成 ,各自之間均以滾動直線導(dǎo)軌副相聯(lián) ,以保證相對運動精度。 設(shè)下底座的傳動系統(tǒng)為橫向傳動系統(tǒng)，即 X向，上導(dǎo)軌為縱向傳動系統(tǒng)，即Y向。 一般來說 ,數(shù)控切割機床的滾動直線導(dǎo)軌的摩擦力可忽略不計 ,但滾珠絲杠副 ,以及齒輪之間的滑動摩擦不能忽略 ,這些摩擦力矩會影響電機的步距精度。另外由于采取了一系列的消隙、預(yù)緊措施 ,其產(chǎn)生的負(fù)載波動應(yīng)控制在很小的范圍。 初步確定 XY 工作臺尺寸及估算重量 初定工作臺尺寸 (長 寬 高度 )為 :1200 950 70mm，材料為 HT200，估重為 625N (W1)。 設(shè)中托座尺寸 (長 寬 高度 )為 :1200 520 220mm，材料為 HT200，估重為 250N（ W2）。 另外估計其他零件的重量約為 250N (W3)。 加上工件最大重量約為 120Kg（ 1176N） (G)。 無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 9 則下托座導(dǎo)軌副所承受的最大負(fù)載 W 為 : W=W1+W2+W3+G＝ 665+250+250+1176＝ 2301N Z 軸隨動系統(tǒng)設(shè)計 激光切割機對 Z軸隨動機構(gòu)要求非常高。在切割中需隨時檢測和控制切割表面的不平度，通過伺服電機和滾珠絲桿調(diào)整切割頭的高度，以保證激光聚焦后 的焦點在切割板材的表面位置。由于激光焦點至板面的距離將影響割縫寬窄及質(zhì)量，因此，要求 Z 軸的檢測精度高于 ：同時，隨動速度應(yīng)大于 5m/min。隨動速度太快會造成切割頭上下震蕩，太慢又造成切割頭跟不上的現(xiàn)象。目前。對加工板材的檢測主要有電容、電感、電阻、激光、紅外等幾種方式。電感式和電阻式屬于傳感器，激光、紅外及電容式屬于非接觸式傳感器。電容式傳感器在運動檢測過程中不發(fā)生摩擦阻力，最適于金屬板材和高速切割加工，而激光和紅外位移傳感器對加工材料的反射率很敏感，僅適用于一些特殊場合的切割加工(如強磁場、 強干擾環(huán)境 )。所以在選擇傳感器時，應(yīng)注意檢測精度和對切割材料的適應(yīng)性，同時安裝時還需要注意采取抗干擾措施。 割頭具有多種先進(jìn)的智能和附加功能，如自動調(diào)整激光噴嘴距離、自動清潔噴嘴、同軸噴水機構(gòu)、切割頭轉(zhuǎn)動、切割嘴擺動等。這些功能機構(gòu)的增加 ,不可避免地增加了切割頭的重量，成切割頭的動態(tài)性能不好 ,隨動機構(gòu)反應(yīng)不靈敏。一般來說，普通數(shù)控激光切割機 Z軸拖動重量在 5kg 以上時，應(yīng)采用重力平衡設(shè)施。而高性能數(shù)控激光切割機的 Z軸拖動重量在 2kg 以上就必須施加重力平衡設(shè)施，特別是在高速飛行光路設(shè)計中 ,這一點尤為重要 。目前 Z 軸上的重力平衡設(shè)施使用較多的是采用氣缸托動方式 (圖 21)。該方式重量輕、體積小、易安裝，還可根據(jù)要求調(diào)整氣缸的平衡力。 無錫
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