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摘要………………………………………………………………………………………Ⅰ
ABSTRACT…………………………………………………………………………………… Ⅱ
1绪论1
1.1课题背景1
1.2现实意义1
1.3设计任务1
1.4总体设计方案分析2
2机械部分XY工作台及Z轴的基本结构设计4
2.1 XY工作台的设计4
2.1.1主要设计参数及依据4
2.1.2 XY工作台部件进给系统受力分析4
2.1.3初步确定XY工作台尺寸及估算重量4
2.2 Z轴随动系统设计5
3滚珠丝杠传动系统的设计计算6
3.1强度计算6
3.2滚珠丝杠副的传动效率6
4直线滚动导轨的选型8
5步进电机及其传动机构的确定9
5.1步进电机的选用9
5.1.1脉冲当量和步距角9
5.1.2步进电机上起动力矩的近似计算9
5.1.3确定步进电机最高工作频率10
5.2齿轮传动机构的确定10
5.2.1传动比的确定10
5.2.2齿轮结构主要参数的确定11
5.3步进电机惯性负载的计算11
6传动系统刚度的讨论13
6.1根据工作台不出现爬行的条件来确定传动系统的刚度13
6.2根据微量进给的灵敏度来确定传动系统刚度13
7消隙方法与预紧15
7.1消隙方法15
7.1.1偏心轴套调整法15
7.1.2锥度齿轮调整法16
7.1.3双片齿轮错齿调整法16
7.2预紧17
8数控系统设计18
8.1确定机床控制系统方案18
8.2主要芯片配置18
8.2.1主要芯片选择18
8.2.2主要管脚功能18
8.2.3 EPROM的选用19
8.2.4 RAM的选用20
8.2.5 89C51存储器及I/O的扩展20
8.2.6 8155工作方式查询21
8.2.7状态查询22
8.2.8 8155定时功能22
8.2.9芯片地址分配23
8.3键盘设计24
8.3.1键盘定义及功能24
8.3.2键盘程序设计24
8.4显示器设计28
8.4.1显示器显示方式的选用28
8.4.2显示器接口29
8.4.3 8155扩展I/O端口的初始化29
8.5插补原理30
8.6光电隔离电路31
8.7越界报警电路31
8.8总体程序控制32
8.8.1流程图32
8.8.2总程序32
9步进电机接口电路及驱动34
结论38
参考文献39
致谢40
1.3设计任务
本次设计任务是设计一台单片机（89C51主控芯片）控制激光切割机床，主要设计对象是XY工作台部件及89C51单片机控制原理图。而对激光切割机其他部件如冷水机、激光器等不作为设计内容要求，只作一般了解。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。
1.4总体设计方案分析
参考数控激光切割机的有关技术资料，确定总体方案如下：
采用89C51主控芯片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1.1。
微机控制线路图参考MCS－51系列单片机控制XY工作台线路图。
步进电机参照RORZE株式会社的产品样本选取，以保证质量和运行精度,同时驱动器也选用RORZE的配套驱动器产品。
滚珠丝杠的生产厂家很多，本设计参照了汉江机床厂、南京工艺装备制造厂的样本资料，力求从技术性能、价格状况、通用互换性等各方面因素考虑，最后选用南京工艺装备厂的FFZD系列滚珠丝杠，即内循环垫片预紧螺母式滚珠丝杠副。
本设计弃用Z80，而选用单片机。单片机体积孝抗干扰能力强，对环境要求不高，可靠性高，灵活性好，性价比大大超过了Z80。比较后选用89C51为主芯片。在使用过程中89C51虽有4K的FLASH（E2PROM），但考虑实际情况需配备EPROM和RAM，并要求时序配备。选晶体频率为6MHz，89C51读取时间约为3t，则t＝480ns ,常用EPROM读取时间约为200~450ns。89C51的读取时间应大于ROM要求的读取时间。89C51的读写时间约为4T，则TR＝660ns，TW=800ns，常用RAM读写时间为200ns左右，均满足要求。根据需要，扩展I/O接口8155，因显示数据主要为数字及部分功能字，为简化电路采用LED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。
机床总装配图
XY进给图
电气连接图及Z轴部件图
立柱零件图
