设计简介
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。
关键词：CNC；激光切割机床；结构；设计
ABSTRACT
Laser cutting machine tool was usually used for the hard-cutting material, such as high-strength material, high precision ductile materials, and smart and complicated components. So, CNC laser cutting has been playing an important role in China's manufacturing industry.
This paper describes the design of a SCM-controlled CNC laser cutting machine tools. More attention was paid on the overall machine design, Z axis, XY axis in the design, ball-screw and the choice of linear motion guide and intensity analysis; the drive system into which stepper motor was put and the analysis of the drive system design.
KeyWords：CNC；laser cutting machine tools；architectured；esign
目 录
第一章 绪论………………………………………………………………………1
1.1 课题背景…………………………………………………………………1
1.2 本课题主要研究内容……………………………………………………1
1.3 国内外研究现状…………………………………………………………2
第二章 总体方案的拟定………………………………………………………3
2.1设计任务……………………………………………………………………3
2.2总体方案的选择和拟定……………………………………………………3
第三章 激光切割系统的设计………………………………………………5
3.1 激光器……………………………………………………………………5
3.1.1激光器的组成………………………………………………………5
3.1.2激光切的分类………………………………………………………5
3.2 激光切割设备……………………………………………………………6
3.2.1激光切割设备的组成………………………………………………6
3.2.2激光切割用的激光器……………………………………………8
3.2.3激光切割用割炬…………………………………………………9
3.3激光切割头设计…………………………………………………………10
第四章 传动系统设计………………………………………………………12
4.1 XY工作台设计…………………………………………………………12
4.1.1主要设计参数及依据…………………………………………12
4.1.2XY进给系统手里分析……………………………………………12
4.1.3初步确定工作台尺寸及估算质量………………………………12
4.2 Z轴随动系统设计………………………………………………………13
4.3 滚珠丝赶副设计计算………………………………………………… 14
4.3.1滚珠丝杆的特点…………………………………………………14
4.3.2主要参数…………………………………………………………14
4.3.3导程计算…………………………………………………………15
4.3.4确定当量转速与当量载荷………………………………………16
4.3.5初选滚珠丝杆副…………………………………………………17
4.3.6确定允许的最小螺纹底径………………………………………17
4.3.7确定滚珠丝杆副的规格代号……………………………………18
4.3.8确定丝杆副的预紧力…………………………………………18
4.3.9行程补偿值与拉伸力…………………………………………18
4.3.10确定滚珠丝杆副支承用的轴承代号，规格…………………19
4.3.11滚珠丝杆副工作图设计………………………………………20
4.3.12传动系统刚度…………………………………………………20
4.3.13刚度验算和精度选择…………………………………………21
4.3.14验算临界压缩载荷……………………………………………22
4.3.15验算临界转速……………………………………………………23
4.3.16效率验算………………………………………………………23
第五章 导轨的选定…………………………………………………………25
5.1 主要要求及种类…………………………………………………………25
5.1.1对导轨的基本要求………………………………………………25
5.1.2导轨的技术要求…………………………………………………25
5.1.3分类及特点………………………………………………………25
5.2 导轨的选用………………………………………………………………26
第六章 步进电机及其传动机构的确定…………………………………28
6.1 步进电机的选用………………………………………………………28
6.1.1脉冲当量和步距角………………………………………………28
6.1.2步进电机上起动力矩的近似计算………………………………28
6.1.3确定步进电机最高工作频率……………………………………29
6.2 齿轮传动机构的确定…………………………………………………29
6.2.1传动比的确定……………………………………………………29
6.2.2齿轮结构主要参数的确定………………………………………30
6.3 步进电机惯性负载的计算……………………………………………30
第七章 传动系统刚度分析…………………………………………………33
7.1 根据工作台不出现爬行的条件来确定传动系统刚度………………33
7.2 根据微量进给的灵敏度来确定传动系统的刚度……………………33
第八章 消隙方法与预紧……………………………………………………35
8.1 消隙方法………………………………………………………………35
8.1.1偏心轴套调整法…………………………………………………35
8.1.2锥度齿轮调整法…………………………………………………35
8.1.3双片齿轮错齿调整法……………………………………………36
8.2 预紧……………………………………………………………………37
第九章 结论……………………………………………………………………38
参考文献…………………………………………………………………………39
致谢…………………………………………………………………………………40
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。
关键词：CNC；激光切割机床；结构；设计
ABSTRACT
Laser cutting machine tool was usually used for the hard-cutting material, such as high-strength material, high precision ductile materials, and smart and complicated components. So, CNC laser cutting has been playing an important role in China's manufacturing industry.
This paper describes the design of a SCM-controlled CNC laser cutting machine tools. More attention was paid on the overall machine design, Z axis, XY axis in the design, ball-screw and the choice of linear motion guide and intensity analysis; the drive system into which stepper motor was put and the analysis of the drive system design.
KeyWords：CNC；laser cutting machine tools；architectured；esign
目 录
第一章 绪论………………………………………………………………………1
1.1 课题背景…………………………………………………………………1
1.2 本课题主要研究内容……………………………………………………1
1.3 国内外研究现状…………………………………………………………2
第二章 总体方案的拟定………………………………………………………3
2.1设计任务……………………………………………………………………3
2.2总体方案的选择和拟定……………………………………………………3
第三章 激光切割系统的设计………………………………………………5
3.1 激光器……………………………………………………………………5
3.1.1激光器的组成………………………………………………………5
3.1.2激光切的分类………………………………………………………5
3.2 激光切割设备……………………………………………………………6
3.2.1激光切割设备的组成………………………………………………6
3.2.2激光切割用的激光器……………………………………………8
3.2.3激光切割用割炬…………………………………………………9
3.3激光切割头设计…………………………………………………………10
第四章 传动系统设计………………………………………………………12
4.1 XY工作台设计…………………………………………………………12
4.1.1主要设计参数及依据…………………………………………12
4.1.2XY进给系统手里分析……………………………………………12
4.1.3初步确定工作台尺寸及估算质量………………………………12
4.2 Z轴随动系统设计………………………………………………………13
4.3 滚珠丝赶副设计计算………………………………………………… 14
4.3.1滚珠丝杆的特点…………………………………………………14
4.3.2主要参数…………………………………………………………14
4.3.3导程计算…………………………………………………………15
4.3.4确定当量转速与当量载荷………………………………………16
4.3.5初选滚珠丝杆副…………………………………………………17
4.3.6确定允许的最小螺纹底径………………………………………17
4.3.7确定滚珠丝杆副的规格代号……………………………………18
4.3.8确定丝杆副的预紧力…………………………………………18
4.3.9行程补偿值与拉伸力…………………………………………18
4.3.10确定滚珠丝杆副支承用的轴承代号，规格…………………19
4.3.11滚珠丝杆副工作图设计………………………………………20
4.3.12传动系统刚度…………………………………………………20
4.3.13刚度验算和精度选择…………………………………………21
4.3.14验算临界压缩载荷……………………………………………22
4.3.15验算临界转速……………………………………………………23
4.3.16效率验算………………………………………………………23
第五章 导轨的选定…………………………………………………………25
5.1 主要要求及种类…………………………………………………………25
5.1.1对导轨的基本要求………………………………………………25
5.1.2导轨的技术要求…………………………………………………25
5.1.3分类及特点………………………………………………………25
5.2 导轨的选用………………………………………………………………26
第六章 步进电机及其传动机构的确定…………………………………28
6.1 步进电机的选用………………………………………………………28
6.1.1脉冲当量和步距角………………………………………………28
6.1.2步进电机上起动力矩的近似计算………………………………28
6.1.3确定步进电机最高工作频率……………………………………29
6.2 齿轮传动机构的确定…………………………………………………29
6.2.1传动比的确定……………………………………………………29
6.2.2齿轮结构主要参数的确定………………………………………30
6.3 步进电机惯性负载的计算……………………………………………30
第七章 传动系统刚度分析…………………………………………………33
7.1 根据工作台不出现爬行的条件来确定传动系统刚度………………33
7.2 根据微量进给的灵敏度来确定传动系统的刚度……………………33
第八章 消隙方法与预紧……………………………………………………35
8.1 消隙方法………………………………………………………………35
8.1.1偏心轴套调整法…………………………………………………35
8.1.2锥度齿轮调整法…………………………………………………35
8.1.3双片齿轮错齿调整法……………………………………………36
8.2 预紧……………………………………………………………………37
第九章 结论……………………………………………………………………38
参考文献…………………………………………………………………………39
致谢…………………………………………………………………………………40
