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设计论文设计展接口，因显示数据主要为数字及部分功能字，为简化电路采用显示器。

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。

第二章机械部分工作台及轴的基本结构设计工作台的设计主要设计参数及依据本设计的工作台的参数定为工作台行程横向，纵向工作台最大尺寸长宽高工作台最大承载重量④脉冲当量进给速度平方毫米表面粗糙度设计寿命年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。

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，即向，上导轨为纵向传动系统，即向。

般来说，数控切割机床的滚动直线导轨的摩擦力可忽略不计，但滚珠丝杠副，以及齿轮之间的滑动摩擦不能忽略，这些摩擦力矩会影响电机的步距精度。

另外由于采取了系列的消隙预紧措施，其产生的负载波动应控制在很小的范围。

初步确定工作台尺寸及估算重量初定工作台尺寸长宽高度为，材料为，估重为。

设中托座尺寸长宽高度为，材料为，估重为。

另外估计其他零件的重量约为。

加上工件最大重量约为。

则下托座导轨副所承受的最大负载为济南工程职业技术学院毕业设计论文设计轴随动系统设计激光切割机对轴随动机构要求非常高。

在切割中需随时检测和控制切割表面的不平度，通过伺服电机和滚珠丝杆调整切割头的高度，以保证激光聚焦后的焦点在切割板材的表面位置。

由于激光焦点至板面的距离将影响割缝宽窄及质量，因此，要求轴的检测精度高于同时，随动速度应大于。

随动速度太快会造成切割头上下震荡，太慢又造成切割头跟不上的现象。

目前。

对加工板材的检测主要有电容电感电阻激光红外等几种方式。

电感式和电阻式属于传感器，激光红外及电容式属于非接触式传感器。

电容式传感器在运动检测过程中不发生摩擦阻力，最适于金属板材和高速切割加工，而激光和红外位移传感器对加工材料的反射率很敏感，仅适用于些特殊场合的切割加工如强磁场强干扰环境。

所以在选择传感器时，应注意检测精度和对切割材料的适应性，同时安装时还需要注意采取抗干扰措施。

割头具有多种先进的智能和附加功能，如自动调整激光喷嘴距离自动清洁喷嘴同轴喷水机构切割头转动切割嘴摆动等。

这些功能机构的增加，不可避免地增加了切割头的重量，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。

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济南工程职业技术学院毕业设计论文设计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。

强度计算轴向负荷计算公式式式中切削力，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。

所以因为式式中导程，丝杠公称直径，则根据式济南工程职业技术学院毕业设计论文设计则根据式得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济南工程职业技术学院毕业有式为内部预紧所产生的摩擦扭矩，有式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式η式中济南工程职业技术学院毕业设计论文设计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频率不超过。

根据以上讨论并参照样本，确定选取型步进电机，该电机的最大静止转矩为，转动惯量为齿轮传动机构的确定传动比的确定要实现脉冲当量的设计要求，必须通过齿轮机构进行分度，其传动比为式式中为滚珠丝杠导程为步距角为脉冲当量根据前面选定的几个参数，由式得根据结构要求，选用为，为齿轮结构主要参数的确定齿轮类型选择直齿加工方便。

模数选择本工作台负载相当轻，参考同类型的机床后，选择齿轮传动侧隙的消除。

中心距的计算式齿顶高为，齿根高为，齿宽为。

④齿轮材料及热处理小齿轮采用，齿面高频淬火大齿轮采用号钢，调质处理。

济南工程职业技术学院毕业设计论文设计步进电机惯性负载的计算由资料知，激光切割机的负载可以认为是惯性负载。

机械机构的惯量对运动特性有直接的影响。

不但对加速能力加速时驱动力矩及动态的快速反应有关，在开环系统中对运动的平稳性也有很大的影响，因此要计算惯性负载。

限于篇幅，在此仅对进给系统的负载进行计算。

惯性负载可由以下公式进行计算式式中为整个传动系统折算到电机轴上的惯性负载。

为步进电机转子轴的转动惯量为齿轮的转动惯量为齿轮的转动惯量为齿轮的转动惯量为系统工作台质量为工作台的最大移动速率为折算成单轴系统电动机轴角速度各项计算如下已知忽略不计，齿轮惯性转矩计算公式式其中为回转半径为转件的重量滚珠丝杠的惯性矩计算公式式最后计算可得故惯性负载根据式得济南工程职业技术学院毕业设计论文设计此值为近似值故此值小于所选电机的转动惯量。

济南工程职业技术学院毕业设计论文设计第六章传动系统刚度的分析激光切割机工作台其实为进给传动系统，其传动系统的刚度可根据不出现摩擦自振或保证微量进给灵敏度的条件来确定。

根据工作台不出现爬行的条件来确定传动系统的刚度传动系统中的当量刚度或当扭转刚度主要由最后传动件的刚度或决定的，在估算时，取，对滚珠丝杠传动，其变形主要包括丝杠拉压变形扭转变形丝杠和螺母的螺纹接触变形及螺母座的变形。

④轴承和轴承座的变形。

在工程设计和近似计算时，般将丝杠的拉压变形刚度的三分之作为滚珠丝杠副的传动刚度，根据支承形式可得式式中则根据式得传动系统刚度较大，可以满足要求。

根据微量进给的灵敏度来确定传动系统刚度此时传动系统的刚度应满足式式中传动系统当量刚度部件运动时的静摩擦力正压力，静摩擦系数，取部件调整时，所需的最小进给量则济南工程职业技术学院毕业设计论文设计即满足微量进给要求的传动系统刚度为结合上述传动系统刚度的讨论可知满足微量进给灵敏度所需要的刚度较小，可以达到精度要求。

济南工程职业技术学院毕业设计论文设计第七章消隙方法与预紧消隙方法数控机床的机械进给装置中常采用齿轮传动副来达到定的降速比和转矩的要求。

由于齿轮在制造中总是存在着定的误差，不可能达到理想齿面的要求，因此对啮合的齿轮，总应有定的齿侧间隙才能正常地工作。

齿侧间隙会造成进给系统的反向动作落后于数控系统指令要求，形成跟随误差甚至是轮廓误差。

对闭环系统来说，齿侧间隙也会影响系统的稳定性。

因此，齿轮传动副常采用各种消除侧隙的措施，以尽量减小齿轮侧隙。

数控机床上常用的调整齿侧间隙的方法针对不同类型的齿轮传动副有不同的方法。

偏心轴套调整法如图，齿轮装在电动机轴上，调整偏心轴套可以改变齿轮和之间的中心距，从而消除齿侧间隙。

图偏心轴套调整法齿轮偏心套齿轮济南工程职业技术学院毕业设计论文设计锥度齿轮调整法如图所示将对齿轮和的轮齿沿齿宽方向制成小锥度，使齿厚在齿轮的轴向稍有变化。

调整时改变垫片的厚度就能改变齿轮和的轴向相对位置，从而消除齿侧间隙。

图锥度齿轮调整法双片齿轮错齿调整法图是另种双片齿轮周向弹簧错齿消隙结构，两片薄齿轮和套装起，每片齿轮各开有两条周向通槽，在齿轮的端面上装有短柱，用来安装弹簧。

装配时使弹簧具有足够的拉力，使两个薄齿轮的左右面分别与宽齿轮的左右面贴紧，以消除齿侧间隙。

对比三种方案第种需要经常的调整，对于本身就以提高效率为目标的数控机床而言肯定不合适。

第二种是很不错的方案，但在切割机上并不实用。

第三种方案相比较而言在数控切割机上适用，而且不需要人为经常调整，很适合数控机床的需要。

本设计方案选用第三种方法。

济南工程职业技术学院毕业设计论文设计图双片齿轮错齿调整法预紧滚珠丝杠副在工作台上的支承方式有两种。

种是单支承形式另种是两端支承形式，本设计选用两端支承形式中的双支点各单向固定的支承方式。

该形式夹紧对圆锥滚子轴承的外圈而预紧，提高轴承的旋转精度，增加轴承装置的刚性，减小机器工作时轴承的振动。

济南工程职业技术学院毕业设计论文设计结论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。

济南工程职业技术学院毕业设计论文设计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