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畢業(yè)設(shè)計(jì) 目錄
目 錄
摘 要………………………………………………………………………………………Ⅰ
ABSTRACT…………………………………………………………………………………… Ⅱ
1 緒論 1
1.1課題背景 1
1.2現(xiàn)實(shí)意義 1
1.3設(shè)計(jì)任務(wù) 1
1.4總體設(shè)計(jì)方案分析 2
2 機(jī)械部分XY工作臺及Z軸的基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 4
2.1 XY工作臺的設(shè)計(jì) 4
2.1.1主要設(shè)計(jì)參數(shù)及依據(jù) 4
2.1.2 XY工作臺部件進(jìn)給系統(tǒng)受力分析 4
2.1.3初步確定XY工作臺尺寸及估算重量 4
2.2 Z軸隨動系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5
3 滾珠絲杠傳動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 6
3.1 強(qiáng)度計(jì)算 6
3.2 滾珠絲杠副的傳動效率 6
4 直線滾動導(dǎo)軌的選型 8
5 步進(jìn)電機(jī)及其傳動機(jī)構(gòu)的確定 9
5.1 步進(jìn)電機(jī)的選用 9
5.1.1 脈沖當(dāng)量和步距角 9
5.1.2步進(jìn)電機(jī)上起動力矩的近似計(jì)算 9
5.1.3確定步進(jìn)電機(jī)最高工作頻率 10
5.2齒輪傳動機(jī)構(gòu)的確定 10
5.2.1傳動比的確定 10
5.2.2齒輪結(jié)構(gòu)主要參數(shù)的確定 11
5.3步進(jìn)電機(jī)慣性負(fù)載的計(jì)算 11
6 傳動系統(tǒng)剛度的討論 13
6.1 根據(jù)工作臺不出現(xiàn)爬行的條件來確定傳動系統(tǒng)的剛度 13
6.2根據(jù)微量進(jìn)給的靈敏度來確定傳動系統(tǒng)剛度 13
7 消隙方法與預(yù)緊 15
7.1消隙方法 15
7.1.1偏心軸套調(diào)整法 15
7.1.2錐度齒輪調(diào)整法 16
7.1.3雙片齒輪錯(cuò)齒調(diào)整法 16
7.2預(yù)緊 17
8 數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 18
8.1 確定機(jī)床控制系統(tǒng)方案 18
8.2 主要芯片配置 18
8.2.1主要芯片選擇 18
8.2.2 主要管腳功能 18
8.2.3 EPROM的選用 19
8.2.4 RAM的選用 20
8.2.5 89C51存儲器及I/O的擴(kuò)展 20
8.2.6 8155工作方式查詢 21
8.2.7狀態(tài)查詢 22
8.2.8 8155定時(shí)功能 22
8.2.9 芯片地址分配 23
8.3 鍵盤設(shè)計(jì) 24
8.3.1鍵盤定義及功能 24
8.3.2 鍵盤程序設(shè)計(jì) 24
8.4 顯示器設(shè)計(jì) 28
8.4.1顯示器顯示方式的選用 28
8.4.2顯示器接口 29
8.4.3 8155擴(kuò)展I/O端口的初始化 29
8.5 插補(bǔ)原理 30
8.6光電隔離電路 31
8.7越界報(bào)警電路 31
8.8總體程序控制 32
8.8.1流程圖 32
8.8.2總程序 32
9 步進(jìn)電機(jī)接口電路及驅(qū)動 34
結(jié) 論 38
參考文獻(xiàn) 39
致 謝 40
1 緒論
1.1課題背景
激光被譽(yù)為二十世紀(jì)最重大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)之一，它剛一問世就引起了材料科學(xué)家的高度重視。1971年11月，美國通用汽車公司率先使用一臺250W CO2激光器進(jìn)行利用激光輻射提高材料耐磨性能的試驗(yàn)研究，并于1974年成功地完成了汽車轉(zhuǎn)向器殼內(nèi)表面（可鍛鑄鐵材質(zhì)）激光淬火工藝研究，淬硬部位的耐磨性能比未處理之前提高了10倍。這是激光表面改性技術(shù)的首次工業(yè)應(yīng)用。多年以來，世界各國投入了大量資金和人力進(jìn)行激光器、激光加工設(shè)備和激光加工對材料學(xué)的研究，促使激光加工得到了飛速發(fā)展，并獲得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。如今在中國，激光技術(shù)已在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)、軍工以及人們的現(xiàn)代生活中得到廣泛的應(yīng)用，并且正逐步實(shí)現(xiàn)激光技術(shù)產(chǎn)業(yè)化，國家也將其列為“九五”攻關(guān)重點(diǎn)項(xiàng)目之一?！笆濉钡闹饕ぷ魇谴龠M(jìn)激光加工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，保持激光器年產(chǎn)值20％的平均增長率，實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)值200億元以上；在工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用中普及和推廣加工技術(shù)，重點(diǎn)完成電子、汽車、鋼鐵、石油、造船、航空等傳統(tǒng)工業(yè)應(yīng)用激光技術(shù)進(jìn)行改造的示范工程；為信息、材料、生物、能源、空間、海洋等六大高科技領(lǐng)域提供嶄新的激光設(shè)備和儀器。
數(shù)控化和綜合化把激光器與計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)、先進(jìn)的光學(xué)系統(tǒng)以及高精度和自動化的工件定位相結(jié)合，形成研制和生產(chǎn)加工中心，已成為激光加工發(fā)展的一個(gè)重要趨勢。
1.2現(xiàn)實(shí)意義
激光切割機(jī)是光、機(jī)、電一體化高度集成設(shè)備，科技含量高，與傳統(tǒng)機(jī)加工相比，激光切割機(jī)的加工精度更高、柔性化好，有利于提高材料的利用率，降低產(chǎn)品成本，減輕工人負(fù)擔(dān)，對制造業(yè)來說，可以說是一場技術(shù)革命。
激光切割的適用對象主要是難切割材料，如高強(qiáng)度、高韌性、高硬度、高脆性、磁性材料，以及精密細(xì)小和形狀復(fù)雜的零件。激光切割技術(shù)、激光切割機(jī)床正在各行各業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。因此研究和設(shè)計(jì)數(shù)控激光切割有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。微機(jī)控制技術(shù)正在發(fā)揮出巨大的優(yōu)越性。
1.3設(shè)計(jì)任務(wù)
本次設(shè)計(jì)任務(wù)是設(shè)計(jì)一臺單片機(jī)（89C51主控芯片）控制激光切割機(jī)床，主要設(shè)計(jì)對象是XY工作臺部件及89C51單片機(jī)控制原理圖。而對激光切割機(jī)其他部件如冷水機(jī)、激光器等不作為設(shè)計(jì)內(nèi)容要求，只作一般了解。單片機(jī)對XY工作臺的縱、橫向進(jìn)給脈沖當(dāng)量0.001mm/ pluse。工作臺部件主要構(gòu)件為滾珠絲杠副、滾動直線導(dǎo)軌副、步進(jìn)電機(jī)、工作臺等。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)兼顧兩方向的安裝尺寸和裝配工藝。
1.4總體設(shè)計(jì)方案分析
參考數(shù)控激光切割機(jī)的有關(guān)技術(shù)資料，確定總體方案如下：
采用89C51主控芯片對數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理，由I/O接口輸出控制信號給驅(qū)動器，來驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)，經(jīng)齒輪機(jī)構(gòu)減速后，帶動滾珠絲杠轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)進(jìn)給。其原理示意圖1.1。
X向工作臺
控
制
器
驅(qū)
動
器
步進(jìn)
電機(jī)
步進(jìn)
電機(jī)
驅(qū)
動
器
Y向工作臺
圖1.1 系統(tǒng)總體原理圖
微機(jī)控制線路圖參考MCS－51系列單片機(jī)控制XY工作臺線路圖。
步進(jìn)電機(jī)參照RORZE株式會社的產(chǎn)品樣本選取，以保證質(zhì)量和運(yùn)行精度,同時(shí)驅(qū)動器也選用RORZE的配套驅(qū)動器產(chǎn)品。
滾珠絲杠的生產(chǎn)廠家很多，本設(shè)計(jì)參照了漢江機(jī)床廠、南京工藝裝備制造廠的樣本資料，力求從技術(shù)性能、價(jià)格狀況、通用互換性等各方面因素考慮，最后選用南京工藝裝備廠的FFZD系列滾珠絲杠，即內(nèi)循環(huán)墊片預(yù)緊螺母式滾珠絲杠副。
本設(shè)計(jì)棄用Z80，而選用單片機(jī)。單片機(jī)體積小、抗干擾能力強(qiáng)，對環(huán)境要求不高，可靠性高，靈活性好，性價(jià)比大大超過了Z80。比較后選用89C51為主芯片。在使用過程中89C51雖有4K的FLASH（E2PROM），但考慮實(shí)際情況需配備EPROM和RAM，并要求時(shí)序配備。選晶體頻率為6MHz，89C51讀取時(shí)間約為3t，則t＝480ns ,常用EPROM讀取時(shí)間約為200~450ns。89C51的讀取時(shí)間應(yīng)大于ROM要求的讀取時(shí)間。89C51的讀寫時(shí)間約為4T，則TR＝660ns，TW=800ns，常用RAM讀寫時(shí)間為200ns左右，均滿足要求。根據(jù)需要，擴(kuò)展I/O接口8155，因顯示數(shù)據(jù)主要為數(shù)字及部分功能字，為簡化電路采用LED顯示器。鍵盤采用非編碼式矩陣電路。為防止強(qiáng)電干擾，采用光電隔離電路。