文档介绍：第一章绪论
激光被誉为二十世纪最重大的科学发现之一,它刚一问世就引起了材料科学家的高度重视。1971年11月,美国通用汽车公司率先使用一台250W CO2激光器进行利用激光辐射提高材料耐磨性能的试验研究,并于1974年成功地完成了汽车转向器壳内表面(可锻铸铁材质)激光淬火工艺研究,淬硬部位的耐磨性能比未处理之前提高了10倍。这是激光表面改性技术的首次工业应用。多年以来,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,促使激光加工得到了飞速发展,并获得了巨大的经济效益和社会效益。如今在中国,激光技术已在工业、农业、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,国家也将其列为“九五”攻关重点项目之一。“十五”的主要工作是促进激光加工产业的发展,保持激光器年产值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。
数控化和综合化把激光器与计算机数控技术、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,已成为激光加工发展的一个重要趋势。
激光切割是用聚焦镜将CO2激光束聚焦在材料表面使材料熔化,同时用与激光束同轴的压缩气体吹走被熔化的材料,并使激光束与材料沿一定轨迹作相对运动,从而形成一定形状的切缝。从二十世纪七十年代以来随着CO2激光器及数控技术的不断完善和发展,目前已成为工业上板材切割的一种先进的加工方法。在五、六十年代作为板材下料切割的主要方法中:对于中厚板采用氧乙炔火焰切割;对于薄板采用剪床下料,成形复杂零件大批量的采用冲压,单件的采用振动剪。七十年代后,为了改善和提高火焰切割的切口质量,又推广了氧乙烷精密火焰切割和等离子切割。为了减少大型冲压模具的制造周期,又发展了数控步冲与电加工技术。各种切割下料方法都有其有缺点,在工业生产中有一定的适用范围。
激光切割机是光、机、电一体化高度集成设备,科技含量高,与传统机加工相比,激光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,对制造业来说,可以说是一场技术革命。
激光切割的适用对象主要是难切割材料,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。激光切割技术、激光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激光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。
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、/ 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。
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。
X向工作台
控
制
器
驱
动
器
步进
电机
步进
电机
驱
动
器
Y向工作台
图1-1 系统总体原理图
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。单片机体积小、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