300X400數(shù)控激光切割機設(shè)計

時間：2020-09-01 16:57:02 其他畢業(yè)論文我要投稿

激光被譽為二十世紀(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)重點項目之一�！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算機數(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)展的一個重要趨勢。

1.2現(xiàn)實意義
激光切割機是光、機、電一體化高度集成設(shè)備，科技含量高，與傳統(tǒng)機加工相比，激光切割機的加工精度更高、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)計數(shù)控激光切割有很強的現(xiàn)實意義。微機控制技術(shù)正在發(fā)揮出巨大的優(yōu)越性。

1.3設(shè)計任務(wù)
本次設(shè)計任務(wù)是設(shè)計一臺單片機（89C51主控芯片）控制激光切割機床，主要設(shè)計對象是XY工作臺部件及89C51單片機控制原理圖。而對激光切割機其他部件如冷水機、激光器等不作為設(shè)計內(nèi)容要求，只作一般了解。單片機對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、工作臺等。設(shè)計時應(yīng)兼顧兩方向的安裝尺寸和裝配工藝。

1.4總體設(shè)計方案分析
參考數(shù)控激光切割機的有關(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，經(jīng)齒輪機構(gòu)減速后，帶動滾珠絲杠轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)進(jìn)給。

2 機械部分XY工作臺及Z軸的基本結(jié)構(gòu)設(shè)計
激光切割機對Z軸隨動機構(gòu)要求非常高。在切割中需隨時檢測和控制切割表面的不平度，通過伺服電機和滾珠絲桿調(diào)整切割頭的高度，以保證激光聚焦后的焦點在切割板材的表面位置。由于激光焦點至板面的距離將影響割縫寬窄及質(zhì)量，因此，要求Z軸的檢測精度高于0.010mm：同時，隨動速度應(yīng)大于5m/min。隨動速度太快會造成切割頭上下震蕩，太慢又造成切割頭跟不上的現(xiàn)象。目前。對加工板材的檢測主要有電容、電感、電阻、激光、紅外等幾種方式。電感式和電阻式屬于傳感器，激光、紅外及電容式屬于非接觸式傳感器。電容式傳感器在運動檢測過程中不發(fā)生摩擦阻力，最適于金屬板材和高速切割加工，而激光和紅外位移傳感器對加工材料的反射率很敏感，僅適用于一些特殊場合的切割加工(如強磁場、強干擾環(huán)境)。所以在選擇傳感器時，應(yīng)注意檢測精度和對切割材料的適應(yīng)性，同時安裝時還需要注意采取抗干擾措施。

割頭具有多種先進(jìn)的智能和附加功能，如自動調(diào)整激光噴嘴距離、自動清潔噴嘴、同軸噴水機構(gòu)、切割頭轉(zhuǎn)動、切割嘴擺動等。這些功能機構(gòu)的增加,不可避免地增加了切割頭的重量，成切割頭的動態(tài)性能不好,隨動機構(gòu)反應(yīng)不靈敏。一般來說，普通數(shù)控激光切割機Z軸拖動重量在5kg以上時，應(yīng)采用重力平衡設(shè)施。而高性能數(shù)控激光切割機的Z軸拖動重量在2kg以上就必須施加重力平衡設(shè)施，特別是在高速飛行光路設(shè)計中,這一點尤為重要。目前Z軸上的重力平衡設(shè)施使用較多的是采用氣缸托動方式(圖2.1)。該方式重量輕、體積小、易安裝，還可根據(jù)要求調(diào)整氣缸的平衡力。
6傳動系統(tǒng)剛度的分析
激光切割機XY工作臺其實為一進(jìn)給傳動系統(tǒng)，其傳動系統(tǒng)的剛度可根據(jù)不出現(xiàn)摩擦自振或保證微量進(jìn)給靈敏度的條件來確定。

結(jié) 論
通過對數(shù)控激光切割機的整體設(shè)計，確定了一臺合理的立式機床結(jié)構(gòu)。

1、根據(jù)題目要求，設(shè)計出了一個結(jié)構(gòu)合理的XY軸工作臺，同時對工作臺進(jìn)行了受力分析、設(shè)計計算，對滾珠絲杠傳動系統(tǒng)傳動效率、強度等也進(jìn)行了相應(yīng)的計算，對直線滾動導(dǎo)軌如何選型進(jìn)行了深度分析，確定步進(jìn)電機及其傳動機構(gòu)并進(jìn)行了慣性負(fù)載計算、剛度討論等，分別來驗證了其合理性。

2、利用單片機（本設(shè)計采用了89C51為主控芯片），設(shè)計出了一個比較合理的數(shù)控硬件電路與步進(jìn)電機驅(qū)動相匹配的數(shù)控軟件連接，由單片機控制步進(jìn)電機來實現(xiàn)XYZ方向的運動。

3、在設(shè)計中對機床數(shù)控部分的`I/O進(jìn)行了擴展，并對鍵盤和顯示器進(jìn)行了相應(yīng)的設(shè)計，對程序進(jìn)行了初始化。

4、基本完成了經(jīng)濟型數(shù)控激光切割機的設(shè)計，按此設(shè)計的切割機可以滿足生產(chǎn)的實際需要。

經(jīng)過3個月的忙碌和工作，本次畢業(yè)設(shè)計已經(jīng)接近尾聲，由于經(jīng)驗的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有指導(dǎo)教師的督促指導(dǎo)以及同學(xué)們的支持，想要完成這個設(shè)計是難以想象的。
我要感謝所有的老師，為我們打下機械專業(yè)知識的基礎(chǔ)；同時還要感謝所有的同學(xué)們，正是因為有了你們的支持和鼓勵。此次畢業(yè)設(shè)計才會順利完成。
最后無錫交通學(xué)校對我的栽培。

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