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ABSTRACT1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2ABSTRACTLasercuttingmachinetoolwasusuallyusedforthehard-cuttingmaterial,suchashigh-strengthmaterial,highprecisionductilematerials,andsmartandcomplicatedcomponents.So,CNClasercuttinghasbeenplayinganimportantroleinChinasmanufacturingindustry.ThispaperdescribesthedesignofaSCM-controlledCNClasercuttingmachinetools.Moreattentionwaspaidontheoverallmachinedesign,Zaxis,XYaxisinthedesign,ball-screwandthechoiceoflinearmotionguideandintensityanalysis；thedrivesystemintowhichsteppermotorwasputandtheanalysisofthedrivesystemdesign；89C51chipwasmainlyusedforthedesignofhardwarecircuit,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