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数控十字工作台设计 目 录第一章 绪论…………………………………………………………………… 11.1 数控十字工作台概述……………………………………………………………11.2 数控十字工作台的应用……………………………………………………… 11.3 设计任务……………………………………………………………………… 11.4 总体设计方案分析…………………………………………………………… 2第二章 机械部分 XY 工作台及 Z 轴的基本结构设计…………………………42.1 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…………………………………… 42.2 Z 轴随动系统设计………………………………………………………………5第三章 滚珠丝杠传动系统的设计计算………………………………………… 73.1 滚珠丝杠副导程的确定……………………………………………………… 73.2 滚珠丝杠副的传动效率……………………………………………………… 7第四章 直线滚动导轨的选型…………………………………………………… 9第五章 步进电机及其传动机构的确定………………………………………… 115.1 步进电机的选用……………………………………………………………… 11 5.1.1 脉冲当量和步距角……………………………………………………… 11 5.1.2 步进电机上起动力矩的近似计算……………………………………… 11 5.1.3 确定步进电机最高工作频率…………………………………………… 125.2 齿轮传动机构的确定………………………………………………………… 12 5.2.1 传动比的确定…………………………………………………………… 12 5.2.2 齿轮结构主要参数的确定……………………………………………… 125.3 步进电机惯性负载的计算…………………………………………………… 13第六章 传动系统刚度的确定…………………………………………………… 156.1 根据工作台不出现爬行的条件来确定传动系统的刚度…………………… 156.2 根据微量进给的灵敏度来确定传动系统刚度……………………………… 15第七章 消隙方法与预紧………………………………………………………… 177.1 消隙方法……………………………………………………………………… 17 7.1.1 偏心轴套调整法………………………………………………………… 17 7.1.2 锥度齿轮调整法………………………………………………………… 18 7.1.3 双片齿轮错齿调整法…………………………………………………… 187.2 预紧…………………………………………………………………………… 19第八章 控制系统设计…………………………………………………………… 208.1 确定机床控制系统方案……………………………………………………… 208.2 主要硬件配置………………………………………………………………… 20 8.2.1 主要芯片选择…………………………………………………………… 20 8.2.2 主要管脚功能…………………………………………………………… 20 8.2.3 EPROM 的选用…………………………………………………………… 21 8.2.4 RAM 的选用……………………………………………………………… 22 8.2.5 89C51 存储器及 I/O 的扩展……………………………………………… 22 8.2.6 8155 工作方式查询……………………………………………………… 23 8.2.7 状态查询………………………………………………………………… 24 8.2.8 8155 定时功能…………………………………………………………… 25 8.2.9 芯片地址分配…………………………………………………………… 268.3 总体程序控制………………………………………………………………… 27 8.3.1 流程图……………………………………………………………………… 27 8.3.2 总程序……………………………………………………………………… 278.4 键盘设计……………………………………………………………………… 28 8.4.1 键盘定义及功能…………………………………………………………… 28 8.4.2 键盘程序设计……………………………………………………………… 298.5 显示器设计 …………………………………………………………………… 33 8.5.1 显示器显示方式的选用…………………………………………………… 33 8.5.2 显示器接口………………………………………………………………… 34 8.5.3 8155 扩展 I/O 端口的初始化……………………………………………… 348.6 插补原理 ……………………………………………………………………… 358.7 光电隔离电路 ………………………………………………………………… 358.8 越界报警电路 ………………………………………………………………… 36第九章 步进电机接口电路及驱动……………………………………………… 39第十章 总 结 …………………………………………………………………… 40致 谢………………………………………………………………………………… 41参考文献………………………………………………………………………………42 第一章 绪论1.1 数控十字工作台概述 数控十字工作台, “十五”的主要工作是促进加工产业的发展,保持年产值 20%的平均增长率,实现年产值 200 亿元以上;在工业生产应用中普及和推广加工技术,重点完成电子、汽车、钢铁、石油、造船、航空等传统工业应用激光技术进行改造的示范工程;为信息、材料、生物、能源、空间、海洋等六大高科技领域提供崭新的激光设备和仪器。
数控化与计算机数控技术、先进的光学系统以及高精度和自动化的工件定位相结合,形成研制和生产加工中心,已成为发展的一个重要趋势。
1.2 数控十字工作台的应用 数控十字工作台是光、机、电一体化高度集成设备,科技含量高,与传统机加工相比,数控十字工作台的加工精度更高、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,对制造业来说,可以说是一场技术革命。
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)控制数控十字工作台床,主要设计对象是 XY 工作台部件及 89C51 单片机控制原理图。
而对数控十字工作台其他部件如冷水机、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 参考数控数控十字工作台的有关技术资料,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。
X 向工作台 驱 步进 动 电机 控 器 制 器 驱 动 Y 向工作台 器 图
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