300215400數(shù)控激光切割機(jī)xy工作臺(tái)部件及單片機(jī)控制設(shè)計(jì)畢業(yè)論文(編輯修改稿)
2025-06-30 22:48 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 、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 11。 圖 11 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)境要求不高，可 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) X 向工作臺(tái) Y 向工作臺(tái) 無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 7 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。 無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 8 第二章 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) 主要設(shè)計(jì)參數(shù)及依據(jù) 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 450mm ② 工作臺(tái)最大尺寸（ 長(zhǎng) 寬 高）： 1100 900 300mm ③ 工作臺(tái)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(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。其切削力為零。 XY 工作臺(tái)部件由工作臺(tái)、中間滑臺(tái)、底座等零部件組成 ,各自之間均以滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副相聯(lián) ,以保證相對(duì)運(yùn)動(dòng)精度。 設(shè)下底座的傳動(dòng)系統(tǒng)為橫向傳動(dòng)系統(tǒng)，即 X向，上導(dǎo)軌為縱向傳動(dòng)系統(tǒng)，即Y向。 一般來說 ,數(shù)控切割機(jī)床的滾動(dòng)直線導(dǎo)軌的摩擦力可忽略不計(jì) ,但滾珠絲杠副 ,以及齒輪之間的滑動(dòng)摩擦不能忽略 ,這些摩擦力矩會(huì)影響電機(jī)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(dòng)應(yīng)控制在很小的范圍。 初步確定 XY 工作臺(tái)尺寸及估算重量 初定工作臺(tái)尺寸 (長(zhǎng) 寬 高度 )為 :1200 950 70mm，材料為 HT200，估重為 625N (W1)。 設(shè)中托座尺寸 (長(zhǎng) 寬 高度 )為 :1200 520 220mm，材料為 HT200，估重為 250N（ W2）。 另外估計(jì)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(jì)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(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 激光切割機(jī)對(duì) Z軸隨動(dòng)機(jī)構(gòu)要求非常高。在切割中需隨時(shí)檢測(cè)和控制切割表面的不平度，通過伺服電機(jī)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(diǎn)在切割板材的表面位置。由于激光焦點(diǎn)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(cè)精度高于 ：同時(shí)，隨動(dòng)速度應(yīng)大于 5m/min。隨動(dòng)速度太快會(huì)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(duì)加工板材的檢測(cè)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(yùn)動(dòng)檢測(cè)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(duì)加工材料的反射率很敏感，僅適用于一些特殊場(chǎng)合的切割加工(如強(qiáng)磁場(chǎng)、 強(qiáng)干擾環(huán)境 )。所以在選擇傳感器時(shí)，應(yīng)注意檢測(cè)精度和對(duì)切割材料的適應(yīng)性，同時(shí)安裝時(shí)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(dòng)調(diào)整激光噴嘴距離、自動(dòng)清潔噴嘴、同軸噴水機(jī)構(gòu)、切割頭轉(zhuǎn)動(dòng)、切割嘴擺動(dòng)等。這些功能機(jī)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(dòng)態(tài)性能不好 ,隨動(dòng)機(jī)構(gòu)反應(yīng)不靈敏。一般來說，普通數(shù)控激光切割機(jī) Z軸拖動(dòng)重量在 5kg 以上時(shí)，應(yīng)采用重力平衡設(shè)施。而高性能數(shù)控激光切割機(jī)的 Z軸拖動(dòng)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(jì)中 ,這一點(diǎn)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(dòng)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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