【毕业设计】数控激光切割机的整体设计 ㊣ 精品文档 值得下载

成切割头的动态性能不好，随动机构反应不灵敏。

般来说，普通数控激光切割机轴拖动重量在以上时，应采用重力平衡设施。

而高性能数控激光切割机的轴拖动重量在以上就必须施加重力平衡设施，特别是在高速飞行光路设计中，这点尤为重要。

目前轴上的重力平衡设施使用较多的是采用气缸托动方式图。

该方式重量轻体积小易安装，还可根据要求调整气缸的平衡力。

无锡职业技术学院毕业设计说明书反光镜平衡气缸直线导轨切割头轴丝杆轴电机图轴随动机构无锡职业技术学院毕业设计说明书第三章滚珠丝杠传动系统的设计计算根据机床的受力情况及结构尺寸，参照南京工艺装备厂的产品系列，选用内循环垫片预紧螺母式滚珠丝杆，具体型号如下向向二因向的滚珠丝杆比向的滚珠丝杆所受的负载大，现只计算向丝杆的相关数据，向根据向的结果相同选用即可满足要求。

三具体计算如下。

滚珠丝杠副导程的确定轴向负荷计算公式式中切削力，工件重量加工作台重量滚动导轨上的滚动摩擦系数约为，取则根据式激光切割机滚珠丝杠是在低速条件下工作的。

故本处的，。

对照样本参数，这里的非常小，选定导程为的滚珠丝杠副。

滚珠丝杠副的传动效率滚珠丝杠副的传动效率为式中滚珠丝杠的螺纹升角当量摩擦角根据当量摩擦系数和当量摩擦角关系见表，前面已经定，材料选择灰铸铁。

所以因为无锡职业技术学院毕业设计说明书式中导程，丝杠公称直径，则根据式则根据式得η。

表当量摩擦系数和当量摩擦角齿圈材料锡青铜无锡青铜灰铸铁齿面硬度其它其它相对速度无锡职业技术学院毕业设计说明书第四章直线滚动导轨的选型导轨主要分为滚动导轨和滑动导轨两种，直线滚动导轨在数控机床中有广泛的应用。

相对普通机床所用的滑动导轨而言，它有以下几方面的优点定位精度高直线滚动导轨可使摩擦系数减小到滑动导轨的。

由于动摩擦与静摩擦系数相差很小，运动灵活，可使驱动扭矩减少，因此，可将机床定位精度设定到超微米级。

降低机床造价并大幅度节约电力采用直线滚动导轨的机床由于摩擦阻力小，特别适用于反复进行起动停止的往复运动，可使所需的动力源及动力传递机构小型化，减轻了重量，使机床所需电力降低，具有大幅度节能的效果。

可提高机床的运动速度直线滚动导轨由于摩擦阻力小，因此发热少，可实现机床的高速运动，提高机床的工作效率。

④可长期维持机床的高精度对于滑动导轨面的流体润滑，由于油膜的浮动，产生的运动精度的误差是无法避免的。

在绝大多数情况下，流体润滑只限于边界区域，由金属接触而产生的直接摩擦是无法避免的，在这种摩擦中，大量的能量以摩擦损耗被浪费掉了。

与之相反，滚动接触由于摩擦耗能小滚动面的摩擦损耗也相应减少，故能使直线滚动导轨系统长期处于高精度状态。

同时，由于使用润滑油也很少，大多数情况下只需脂润滑就足够了，这使得在机床的润滑系统设计及使用维护方面都变的非常容易了。

所以在结构上选用开式直线滚动导轨。

参照南京工艺装备厂的产品系列。

型号选用型四方向等载荷型滚动直线导轨副，如图。

具体型号向选用，向选用，无锡职业技术学院毕业设计说明书图直线滚动导轨无锡职业技术学院毕业设计说明书第五章步进电机及其传动机构的确定步进电机的选用脉冲当量和步距角已知脉冲当量为，而步距角越小，则加工精度越高。

初选为二倍细分。

步进电机上起动力矩的近似计算电机起动力矩式中为滚珠丝杠所受总扭矩为外部负载产生的摩擦扭矩，有为内部预紧所产生的摩擦扭矩，有式中预紧时的摩擦系数，导程，预紧力，有取为轴承的预紧力，轴承型号为轻系列，预紧力为。

故根据式齿轮传动比公式为，故步进电机输出轴上起动矩近似地可估算为η式中无锡职业技术学院毕业设计说明书η则根据式因因为电机为五相运行。

则步进电机最大静转矩确定步进电机最高工作频率参考有关数控激光切割机床的资料，可以知道步进电机最高工作把整条指令内容全显示出来很不经济。

采用段显示法，即依次显示等数据，条指令显示完，再显示下条指令。

以减少数量。

系统分辨率为，最大控制长度为，需位显示器才能满足要求，再加上位符号位，须位，为清晰显示符号，符号位用位米字显示。

无锡职业技术学院毕业设计说明书显示器显示方式有静态动态两种。

本设计采用动态扫描法，即逐个点亮各位显示器，因视觉残留效应，效果与全部显示器持续点亮样。

显示器接口为实现显示器动态扫描，对显示器提供字形代码输入及显示位控制，因此显示器接口需有字形和字位控制。

口输出码，通过驱动器锁存器输出字形到，构成传送电路。

显示电路见附图扩展端口的初始化由上图的硬件连接得到初始化程序有关地址寄存器端口地址为命令字寄存器定时器低字节定时器高字节相应初始化程序为，„„因为接行程开关，处于高优先级，所以初始化为初始化，无锡职业技术学院毕业设计说明书工作在方式，所以初始化为，插补原理插补是对直线圆弧等低次方程曲线的种逼近方式。

通过计算使沿坐标方向的折线所构成的图形与加工图形间的误差保持在允许的范围内。

常用的方法有逐点比较法积分法。

本设计选用逐点比较法。

逐点比较法工作原理在控制过程中，逐步计算，判别折线运动与要求轨迹之间的偏差，决定下步的进给方向。

用步进电机控制工作台沿方向进给步。

个插补由四个节拍组成，即偏差判别，进给，偏差计算，终点计算。

无论是直线插补顺圆插补逆圆插补都遵守这样的四步原则。

光电隔离电路在实际电路中，模拟信号与数字信号之间有个强电干扰的问题。

光电隔离电路的作用是在电隔离的情况下，以光为煤介传送信号，对输入和输出电路可以进行隔离因而能有效地抑制系统噪声，消除接地回路的干扰，有响应速度较快寿命长体积小耐冲击等好处，使其在强弱电接口，特别是在微机系统的前向和后向通道中获得广泛应用。

故在系统电路设计时，应该注意输入信号电路与单片机连接时的隔离。

在这里，采用光电耦合是最常用的方法。

光电耦合器具有三个特点信号传递采取电光电的形式，发光部分和受光部分不接触，能够避免输出端对输入端可能产生的反馈和干扰，抑制噪声干扰能力强具有耐用可靠性高和速度快等优点，响应时间般为数以内，高速型光电耦合器的响应时间有的甚至小于。

在系统图示中，模拟地用表示，而数字地用表示，以示区别。

光耦电路原理图。

无锡职业技术学院毕业设计说明书图光耦电路原理图越界报警电路为防止工作台行程越界，设置限位开关，本设计中有四个限位开关，对应于四种越界可能。

，旦越界，立即发出越界信号，启动中断方式，停止工作台的移动。

等待处理。

并发出红灯报警。

在正常工作时，则是绿灯亮。

两灯均由口控制。

无锡职业技术学院毕业设计说明书第九章步进电机接口电路及驱动本设计选用五相步进电机，工作方式为细分工作方式，并选择输入工作方式。

步进电机由驱动器驱动。

而单片机控制驱动器启动和停止及正反转。

驱动步进电机的脉冲按顺序供给电机各相，脉冲发生由驱动器内部自动产生，并且具有各种系统保护。

驱动器的主要控制端有顺时方向控制端逆时方向控制端运行方式控制端，所需联接控制信号由口控制。

向步进电机各用个驱动器控制，电机以五相方式工作。

由于驱动器具有良好的工作性能，并且又具有较强的保护功能，所以系统工作比较稳定。

单片机控制工作时有个脉冲电流的要求，故在两者之间加了控制三极管。

以满足控制要求。

硬件布置见附图单片机实现步进电机控制主要在于脉冲分配，实现脉冲分配也就是通电换相控制的方法有两种软件法和硬件法。

这里通过单片机发出信号经过环形分配器驱动放大直接控制，需要采用软件实现脉冲分配。

横向进给采用五相十拍步进电机，五相十拍工作方式通电换相的正序为，共有个通电状态。

如果输出的控制信号中，代表使绕组通电，代表使绕组断电，三相六拍步进电机，设为即五相十拍步进电机工作，三相六拍步进电机不工作，控制则可用个控制字来对应这个通电状态。

这个控制字如表所列。

无锡职业技术学院毕业设计说明书表状态控制字通电状态控制字软件脉冲分配子程序正转程序为，反转程序为，纵向进给采用三相六拍步进电机，三相六拍工作方式通电换相的正序为无锡职业技术学院毕业设计说明书，共有个通电状态。

如果输出的控制信号中，代表使绕组通电，代表使绕组断电，五相十拍步进电机，设为即三相六拍步进电机工作，五相十拍步进电机不工作，控制则可用个控制字来对应这个通电状态。

这个控制字如表所列。

表状态控制字通电状态控制字软件脉冲分配子程序正转程序为反转程序为，无锡职业技术学院毕业设计说明书第十章总结通过对数控激光切割机的整体设计，确定了台合理的立式机床结构。

根据题目要求，设计出了个结构合理的轴工作台，同时对工作台进行了受力分析设计计算，对滚珠丝杠传动系统传动效率强度等也进行了相应的计算，对直线滚动导轨如何选型进行了深度分析，确定步进电机及其传动机构并进行了惯性负载计算刚度讨论等，分别来验证了其合理性。

利用单片机本设计采用了为主控芯片，设计出了个比较合理的数控硬件电路与步进电机驱动相匹配的数控软件连接，由单片机控制步进电机来实现方向的运动。

在设计中对机床数控部分的进行了扩展，并对键盘和显示器进行了相应的设计，对程序进行了初始化。

基本完成了经济型数控激光切割机的设计，按此设计的切割机可以满足生产的实际需要。

无锡职业技术学院毕业设计说明书致谢经过个月的忙碌和工作，本次毕业设计已经接近尾声，作为个专科生，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有指导教师的督促指导以及同学们的支持，想要完成这个设计是难以想象的。

在这里首先要感谢曾老师，她平日里工作繁多，但在我做毕业设计的每个阶段，从外出实习到查阅资料，设计草案的确定和修改，中期检查，后期详细设计，装配草图等整个过程中都给予了我悉心的指导，她严谨的治学态度平易近人的作风和认真负责的工作态度也是我永远学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作。

其次要感谢大学三年来所有的老师，为我们打下机械专业知识的基础同时还要感谢所有的同学们，正是因为有了你们的支持和鼓励。

此次毕业设计才会顺利完成。

最后感谢无锡职业技术学院三年来对我的栽培。

无锡职业技术学院毕业设计说明书参考文献张学仁数控电火花线切割加工技术哈尔滨哈尔滨工业出版社，李广弟单片机基础北京北京航空航天大学出版社出版，郑玉华典型机械电产品构造北京北京科学出版社，陈婵娟数控机床设计北京化学工业出版社，李秉操等单片机原理及其在工业控制中的应用陕西陕西电子编辑部，文秀兰等超精密加工技术与设备北京化学工业出版社，株式会社综合手册胡传昕特种加工手册北京北京出版社，林其俊机床数控系统北京中国科学技术出版社，王爱玲现代数控机床结构与设计北京兵器工业出版社，赵万生电火花加工技术哈尔滨哈尔滨工业出版社，徐灏新编机械设计师手册北京机械工业出版社版，余承业等特种加工新技术北京北京国防工业出版社，冯辛安机械制造装备设计北京机械工业出版社，刘书华数控机床与编程北京机械工业出版社，卡尔帕基安，施密德制造工程与技术机加工英文版及学习辅导上册北京机械工业出版社无锡职业技术学院毕业设计说明书第章绪论激光技术概述激光被誉为二十世纪最重大的科学发现之，它刚问世就引起了材料科学家的高