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单片机(89C51主控芯片)控制激光切割机床设计说明书.doc

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单片机(89C51主控芯片)控制激光切割机床设计说明书.doc

目录单片机(89C51主控芯片)控制激光切割机床设计说明书目录摘要ⅠABSTRACTⅡ1绪论............................................................................................................................21.1课题背景..............................................................................................................21.2现实意义..............................................................................................................31.3设计任务..............................................................................................................31.4总体设计方案分析................................................................................................32机械部分XY工作台及Z轴的基本结构设计.........................................................62.1XY工作台的设计..................................................................................................62.1.1主要设计参数及依据.....................................................................................62.1.2XY工作台部件进给系统受力分析..................................................................62.1.3初步确定XY工作台尺寸及估算重量...............................................................62.2Z轴随动系统设计................................................................................................73滚珠丝杠传动系统的设计计算..............................................................................83.1强度计算.............................................................................................................83.2滚珠丝杠副的传动效率........................................................................................84直线滚动导轨的选型.............................................................................................105步进电机及其传动机构的确定..............................................................................115.1步进电机的选用..................................................................................................115.1.1脉冲当量和步距角.......................................................................................115.1.2步进电机上起动力矩的近似计算...................................................................115.1.3确定步进电机最高工作频率.........................................................................125.2齿轮传动机构的确定...........................................................................................125.2.1传动比的确定..............................................................................................125.2.2齿轮结构主要参数的确定............................................................................125.3步进电机惯性负载的计算....................................................................................136传动系统刚度的讨论.............................................................................................156.1根据工作台不出现爬行的条件来确定传动系统的刚度........................................156.2根据微量进给的灵敏度来确定传动系统刚度.......................................................157消隙方法与预紧.....................................................................................................17目录7.1消隙方法............................................................................................................177.1.1偏心轴套调整法..........................................................................................177.1.2锥度齿轮调整法..........................................................................................187.1.3双片齿轮错齿调整法...................................................................................187.2预紧...................................................................................................................198数控系统设计.........................................................................................................208.1确定机床控制系统方案......................................................................................208.2主要芯片配置....................................................................................................208.2.1主要芯片选择..............................................................................................208.2.2主要管脚功能.............................................................................................208.2.3EPROM的选用..............................................................................................218.2.4RAM的选用.................................................................................................228.2.589C51存储器及I/O的扩展.........................................................................228.2.68155工作方式查询.....................................................................................238.2.7状态查询.....................................................................................................248.2.88155定时功能............................................................................................248.2.9芯片地址分配.............................................................................................258.3键盘设计...........................................................................................................268.3.1键盘定义及功能..........................................................................................268.3.2键盘程序设计.............................................................................................268.4显示器设计........................................................................................................308.4.1显示器显示方式的选用................................................................................308.4.2显示器接口.................................................................................................318.4.38155扩展I/O端口的初始化.......................................................................318.5插补原理...........................................................................................................328.6光电隔离电路.....................................................................................................338.7越界报警电路.....................................................................................................338.8总体程序控制.....................................................................................................338.8.1流程图........................................................................................................328.8.2总程序........................................................................................................329步进电机接口电路及驱动.....................................................................................36结论..........................................................................................................................40参考文献......................................................................................................................41致谢..........................................................................................................................401绪论1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1绪论2ABSTRACTLasercuttingmachinetoolwasusuallyusedforthehardcuttingmaterial,suchashighstrengthmaterial,highprecisionductilematerials,andsmartandcomplicatedcomponents.So,CNClasercuttinghasbeenplayinganimportantroleinChinasmanufacturingindustry.ThispaperdescribesthedesignofaSCMcontrolledCNClasercuttingmachinetools.Moreattentionwaspaidontheoverallmachinedesign,Zaxis,XYaxisinthedesign,ballscrewandthechoiceoflinearmotionguideandintensityanalysisthedrivesystemintowhichsteppermotorwasputandtheanalysisofthedrivesystemdesign89C51chipwasmainlyusedforthedesignofhardwarecircuit,thedesignofsysteminitializationandthedesignofsteppermotorscontrollingprogram.KeywordsCNC,lasercuttingmachinetools,architecture,design1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250WCO2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

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