数控切割机结构与运动控制系统设计论文_学位论文.doc

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1、济南大学毕业设计1前言1.1课题背景在机械加工过程中，以往板材切割常用的方式有手工切割、半自动切割机切割及数控切割机切割。手工切割灵活方便，但手工切割质量差、尺寸误差大、材料浪费多、生产效率低。半自动切割机中仿形切割机，切割工件的质量较好，由于其使用切割模具，不适合于单件、小批量和大工件切割。其它类型半自动切割机虽然降低了工人劳动强度，但其功能简单，只适合一些较规则形状的零件切割。数控切割相对手动和半自动切割方式来说，可有效地提高板材切割地效率、切割质量，减轻操作者地劳动强度。数控切割机是数字程序控制(NumericalprogramControl)的自动化切割设备

2、，简称NC切割机，这种设备不但切割操作的自动化程度高，而且切割精度高、材料利用率高、生产效率。同时，随着时代的发展数控切割机控制系统已经在当初的简单功能、较低的自动化程度、复杂的编程和输入方式方面得到了很好的发展，形成了现在的具有功能完善、图形化、智能化、网络化的控制方式；驱动系统也从的步进驱动、模拟伺服驱动到今天的全数字式伺服驱动。激光是二十世纪最重大的科学发现之一，它刚一问世就引起了科学家们的高度重视。自此以来，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，促使激光加工在很短的时间内得到了飞速发展，并获得了巨大的经济效益和社会效益

3、。如今在中国，激光技术在工业、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。切割机的数控化以及激光器的应用在当今机加工过程中的地位越来越重，这种机光、机、电为一体的设备实现代科学技术的完美体现，在高强度、高韧性、高硬度等工件的加工过程中会得到广泛的运用。数控激光切割机是集光、机、电为一体的高度集成设备，是目前科技含量相对较高的机械设备，现对于传统的机加工，数控激光具有切割机的加工精度更高、柔性化好，有利于提高材料的利用率，降低产品成本，减轻工人负担等优点，对制造业来说，数控激光的出现是一场机加工技术的革命。数控激光切割的适用对象主要是难

4、切割材料，如高强度、高韧性、高硬度、高脆性、磁性材料，以及精密细小和形状复杂的零件。数控切割技术、数控切割机床正在各行各业中得到广泛的应用。因此研究和设计数控切割有很强的现实意义。微机控制技术正在发挥出巨大的优越性。-26-济南大学毕业设计1.2设计任务本次设计任务是设计一台由单片机控制的切割机床，主要设计对象是XY工作台部件及单片机控制原理图。单片机对XY工作台的纵、横向进给脉冲当量0.001mm/pluse。工作台部件主要构件为滚珠丝杠副、滚动直线导轨副、步进电机、工作台等。设计时应兼顾两方向的安装尺寸和装配工艺。1.3总体设计方案通过对数控切割机的整体设计，确

5、定一台合理的立式机床结构。数控切割机的主要组成部分有工作台、滚珠丝杠传动系统、直线导轨、步进电机及其传动机构、数控系统等。根据题目要求，设计出一个结构合理的XY轴工作台，同时对工作台进行受力分析、设计计算，对滚珠丝杠传动系统传动效率、强度等也进行相应的计算，对直线滚动导轨如何选型进行深度分析，确定步进电机及其传动机构并进行惯性负载计算、刚度讨论等，分别来验证其合理性。利用单片机，设计出一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XYZ方向的运动。在设计中对机床数控部分的I/O进行扩展，并对键盘和显示器进行相应的设计，对程序

6、进行初始化。采用单片机对数据进行计算处理，由I/O接口输出控制信号给驱动器，来驱动步进电机，经齿轮机构减速后，带动滚珠丝杠转动，实现进给。其原理示意图如图1：控制器驱动器驱动器步进电机步进电机X向工作台Y向工作台图1系统总体原理图根据机械系统方案的要求，可以看出：对机械部分的控制只有进给系统的步进电机的控制和工作台回转的步进电机控制。控制系统有微机的、有PLC的、也有单片机的，这里选择经济型的PLC-26-济南大学毕业设计控制系统。另外，居然要控制，就得有输入和输出设备才能对相应的运动进行控制。其控制系统框图如图2所示：显示器键盘驱动器存储器扩展驱动器I/O口扩展P

7、LC功率放大Z轴电机横向丝杠Y轴电机纵向丝杠X轴电机Z向丝杠图2控制系统框图通过这些过程基本完成经济型数控切割机的设计，按此设计的切割机可以满足生产的实际需要。-26-济南大学毕业设计2机械部分的基本结构设计2.1工作台的设计2.1.1主要设计参数及设计要求本次设计的是一台数控激光切割机床，主要应用于高硬度的板材加工。其主要设计参数规定如下：（1）工作台行程：横向350mm，纵向450mm（2）工作台最大尺寸（长×宽×高）：500×550×150mm（3）最大加工尺寸X×Y：300×400mm（4）工作台最大承载重量：100Kg（5）脉冲当量：0.001mm/p