摘 要
激光切割的适用对象主要是难切割材料，如高强度、高韧性材料以及精密细小和形状复杂的零件，因而数控激光切割在我国制造业中正发挥出巨大的优越性。
本文设计了一台单片机控制的数控激光切割机床，主要完成了：机床整体结构设计，Z轴、XY轴的结构设计计算、滚珠丝杠、直线滚动导轨的选择及其强度分析；以步进电机为进给驱动的驱动系统及其传动机构的分析设计计算；以89C51为主控芯片的数控系统硬件电路设计、系统初始化设计及系统软件方案设计和步进电机的控制程序设计。
关键词 CNC，激光切割机床，结构，设计
目 录
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
850wYAG金属激光切割机有哪些优势?
激光切割机是目前切割行业最受欢迎的先进设备，购买激光切割机要根据企业切割工件的材质(如：材料类型、切割厚度)，来决定哪种设备更为合适，如果您加工的工件厚度在6mm以下并且对速度没有特别严格的要求的话，武汉高能建议您选购850wYAG激光切割机最为合适，因为YAG价格便宜，前期的成本投入相对较低，有利于成本尽快回收。并且850W金属激光切割机的切割精准和速度也是非常高的，比如用空气切割1mm不锈钢，可切4米/分钟，用氧气可切6米/分钟。下面武汉高能为大家详细介绍850wYAG金属激光切割机有哪些优势：
一、外观上，机身采用去热效果(消除和改善缺陷和内应力，半成品热处理，延迟使用寿命，保证稳定性和切割精度)，精度最科学，后期稳定不变形。扎实耐用，机身重量大于3吨，采用10mm方钢。
二、单腔850W更稳定(晶体面积，镜片反射率)(双腔功率不稳定，激光束是从两个腔体出来再合并。)
三、零配件的品牌，镜片的选型和位置(全反半反的距离)，最佳位置才有质量最好的激光。
四、自动供油系统，定期润滑丝杆导轨，保证各运动单位的使用寿命和运动精度。
五、采用的自动跟踪系统是上海柏楚(一万六千五)，其他公司3~4千。
六、空气穿孔，氧气切割。
七、1.5mm以上长期用空气切割容易爆镜片，我们公司可以长期用空气切割。
八、全腔冷水。
九、蛙跳功能，最大限度节约行程，加快切割速度。
十、全封闭的冷水机，三个月换一次水，节约成本，细节要求。
十一、自动上料和收料，人性化设计，才有支架和滚珠实现轻松自动上下料。
十二、切割头：法国技术，国内生产(磁吸防撞切割头)。
十三、采用日本进口的松下伺服电机，而不是国内品牌。
850wYAG金属激光切割机有哪些优势。850wYAG金属激光切割机作为国内高能设备独家专利产品，在同行业中有绝对的市场领先优势。
由整理提供，希望我的回答对你有所帮助！
1、精度高：适用于精密配件的切割和各种工艺字、画的精细切割。2、速度快：是线切割的100倍以上。3、热影响区小，不易变形。切缝平整、美观，无需后序处理。4、性价比极高：价格只有同类性能CO2激光切割机的1/3，及同等功效数控冲床的2/5。5、使用成本很低：仅为同类CO2激光激光切割机的1/8～1/10，每小时成本仅为18元左右，CO2激光切割机每小时成本为150～180元左右。6、后续维护费用很低：仅为同类CO2激光切割机的1/10～1/15，及同等功效数控冲床的1/3～1/4。7、性能稳定，保证持续生产。固体YAG激光器是激光领域最稳定最成熟产品之一。8、和数控冲床比较，YAG激光切割机具有以下优点：（1）能完成各种复杂结构的加工，只要能在电脑上画出任何图像，该机都能完成加工。（2）不需要开模，只在电脑上将图做出，产品马上就可以出来，即能快速开发新产品，又能节约成本。（3）YAG切割机有自动跟踪系统，所以即能完成平面切割，也能完成各种高低不平的曲面切割。（4）复杂的工艺要求数控冲床难以完成，激光切割都能做到。（5）表面非常光滑，产品档次很高，数控冲床难以做到。（6）成型的箱体（厚0.5米以内）需增加孔槽等处理，数控冲床无法处理，YAG数控金属激光切割机能解决
