i摘 要激光切割的適用對(duì)象主要是難切割材料，如高強(qiáng)度、高韌性材料以及精密細(xì)小和形狀復(fù)雜的零件，因而數(shù)控激光切割在我國(guó)制造業(yè)中正發(fā)揮出巨大的優(yōu)性。本文設(shè)計(jì)了一臺(tái)單片機(jī)控制的數(shù)控激光切割機(jī)床，主要完成了：機(jī)床整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，Z 軸、XY 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算、滾珠絲杠、直線滾動(dòng)導(dǎo)軌的選擇及其強(qiáng)度分析；以步進(jìn)電機(jī)為進(jìn)給驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的分析設(shè)計(jì)計(jì)算。關(guān)鍵詞：CNC；激光切割機(jī)床；結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)iiABSTRACTLaser 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 ；esigniii目 錄第 1 章 緒論………………………………………………………………………11.1 課題背景…………………………………………………………………11.2 本課題主要研究?jī)?nèi)容……………………………………………………11.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀…………………………………………………………2第 2 章 總體方案的擬定………………………………………………………32.1 設(shè)計(jì)任務(wù)……………………………………………………………………32.2 總體方案的選擇和擬定……………………………………………………3第 3 章 激光切割系統(tǒng)的設(shè)計(jì)………………………………………………53.1 激光器……………………………………………………………………53.1.1 激光器的組成………………………………………………………53.1.2 激光切的分類………………………………………………………53.2 激光切割設(shè)備……………………………………………………………63.2.1 激光切割設(shè)備的組成………………………………………………63.2.2 激光切割用的激光器……………………………………………83.2.3 激光切割用割炬…………………………………………………93.3 激光切割頭設(shè)計(jì)…………………………………………………………10第 4 章 傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)………………………………………………………124.1 XY 工作臺(tái)設(shè)計(jì)…………………………………………………………124.1.1 主要設(shè)計(jì)參數(shù)及依據(jù)…………………………………………124.1.2XY 進(jìn)給系統(tǒng)手里分析……………………………………………124.1.3 初步確定工作臺(tái)尺寸及估算質(zhì)量………………………………124.2 Z 軸隨動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)………………………………………………………134.3 滾珠絲趕副設(shè)計(jì)計(jì)算………………………………………………… 144.3.1 滾珠絲桿的特點(diǎn)…………………………………………………144.3.2 主要參數(shù)…………………………………………………………144.3.3 導(dǎo)程計(jì)算…………………………………………………………154.3.4 確定當(dāng)量轉(zhuǎn)速與當(dāng)量載荷………………………………………164.3.5 初選滾珠絲桿副…………………………………………………17iv4.3.6 確定允許的最小螺紋底徑………………………………………174.3.7 確定滾珠絲桿副的規(guī)格代號(hào)……………………………………184.3.8 確定絲桿副的預(yù)緊力…………………………………………184.3.9 行程補(bǔ)償值與拉伸力…………………………………………184.3.10 確定滾珠絲桿副支承用的軸承代號(hào)，規(guī)格…………………194.3.11 滾珠絲桿副工作圖設(shè)計(jì)………………………………………204.3.12 傳動(dòng)系統(tǒng)剛度…………………………………………………204.3.13 剛度驗(yàn)算和精度選擇…………………………………………214.3.14 驗(yàn)算臨界壓縮載荷……………………………………………224.3.15 驗(yàn)算臨界轉(zhuǎn)速……………………………………………………234.3.16 效率驗(yàn)算………………………………………………………23第 5 章 導(dǎo)軌的選定…………………………………………………………255.1 主要要求及種類…………………………………………………………255.1.1 對(duì)導(dǎo)軌的基本要求………………………………………………255.1.2 導(dǎo)軌的技術(shù)要求…………………………………………………255.1.3 分類及特點(diǎn)………………………………………………………255.2 導(dǎo)軌的選用………………………………………………………………26第 6 章 步進(jìn)電機(jī)及其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的確定…………………………………286.1 步進(jìn)電機(jī)的選用………………………………………………………286.1.1 脈沖當(dāng)量和步距角………………………………………………286.1.2 步進(jìn)電機(jī)上起動(dòng)力矩的近似計(jì)算………………………………286.1.3 確定步進(jìn)電機(jī)最高工作頻率……………………………………296.2 齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的確定…………………………………………………296.2.1 傳動(dòng)比的確定……………………………………………………296.2.2 齒輪結(jié)構(gòu)主要參數(shù)的確定………………………………………306.3 步進(jìn)電機(jī)慣性負(fù)載的計(jì)算……………………………………………30第 7 章 傳動(dòng)系統(tǒng)剛度分析…………………………………………………337.1 根據(jù)工作臺(tái)不出現(xiàn)爬行的條件來確定傳動(dòng)系統(tǒng)剛度………………337.2 根據(jù)微量進(jìn)給的靈敏度來確定傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度……………………33第 8 章 消隙方法與預(yù)緊……………………………………………………358.1 消隙方法………………………………………………………………358.1.1 偏心軸套調(diào)整法…………………………………………………358.1.2 錐度齒輪調(diào)整法…………………………………………………35v8.1.3 雙片齒輪錯(cuò)齒調(diào)整法……………………………………………368.2 預(yù)緊……………………………………………………………………37第 9 章 結(jié)論……………………………………………………………………38參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………………39致謝…………………………………………………………………………………40