激光切割机床总体结构方案.docx

激光切割机床总体结构方案
一、课题要求:
(长×宽×高):700×620×50mm
:5mm厚金属、非金属()
20m/min
二、课题背景
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。
三、总体设计方案分析
考数控激光切割机的有关技术资料,确定总体方案如下:
采用89C51主控芯片对数据进行计算处理,由I/O接口输出控制信号给驱动器,来驱动步进电机,经齿轮机构减速后,带动滚珠丝杠转动,实现进给。其原理示意图1-1。
X向工作台
控
制
器
驱
动
器
步进
电机
步进
电机
驱
动
器
Y向工作台

图1-1 系统总体原理图
微机控制线路图参考MCS-51系列单片机控制XY工作台线路图。
步进电机参照RORZE株式会社的产品样本选取,以保证质量和运行精度,同时驱动器也选用RORZE的配套驱动器产品。
滚珠丝杠的生产厂家很多,本设计参照了汉江机床厂、南京工艺装备制造厂的样本资料,力求从技术性能、价格状况、通用互换性等各方面因素考虑,最后选用南京工艺装备厂的FFZD系列滚珠丝杠,即内循环垫片预紧螺母式滚珠丝杠副。
本设计弃用Z80,而选用单片机。单片机体积小、抗干扰能力强,对环境要求不高,可靠性高,灵活性好,性价比大大超过了Z80。比较后选用89C51为主芯片。在使用过程中89C51虽有4K的FLASH(E2PROM),但考虑实际情况需配备EPROM和RAM,并要求时序配备。选晶体频率为6MHz,89C51读取时间约为3t,则t=480ns ,常用EPROM读取时间约为200~450ns。89C51的读取时间应大于ROM要求的读取时间。89C51的读写时间约为4T,则TR=660ns,TW=800ns,常用RAM读写时间为200ns左右,均满足要求。根据需要,扩展I/O接口8155,因显示数据主要为数字及部分功能字,为简化电路采用LED显示器。键盘采用非编码式矩阵电路。为防止强电干扰,采用光电隔离电路。
四、工作台的设计

本设计的XY工作台的参数定为:
①工作台行程:横向320mm,纵向450mm
②工作台最大尺寸(长×宽×高):1100×900×300mm
③工作台最大承载重量:120Kg
④脉冲当量:
⑤进给速度:60平方毫米/min
⑥表面粗糙度:~
⑦设计寿命:15年
2. XY工作台部件进给系统受力分析
因激光切割机床为激光加工,其激光器与工件之间不直接接触,因此可以认为在加工过程中没有外力负载作用。其切削力为零。
XY工作台部件由工作台、中间滑台、底座等零部件组成,各自之间均以滚动直线导轨副相联,以保证相对运动精度。
设下底座的传动系统为横向传动系统,