毕业设计(论文)龙门式火焰切割机传动及控制设计 THE DESIGN OF TYANSMISSION AND CONTYOL IN THE GANTRY FLAME CUTTING MACHINE 学生姓名学院名称专业名称指导教师20*年5月27日徐州工程学院毕业设计(论文)摘要本课题针对龙门式火焰切割机的横梁及火焰切割头的控制进行了设计。横梁的机构设计主要对其结构的确定，之后对传动装置进行了选择及计算检验，最后对主要传动的零部件进行选择校核。其中主要对滑动丝杠和滚动丝杠的强度及传动效率等进行了计算校核。并对横梁设计中存在的结构部件的联接问题进行了改进。火焰切割头是在传动装置的基础上运用丝杠的转速控制运动，用单片机控制电机的转速来达到效果。对控制电路设计也做了系统的详解，主要对所涉及的键盘、显示器、主要芯片做了选取应用。关键词 火焰切割机；电气控制；横梁设计；单片机AbstractThis essay analyzes that the design of the beam and the control of flame cutting head of the gantry flame cutting machine.The design of the beam of mechanism main determining its structure of the transmission device, then the selection and operation of the main transmission inspection, finally the choose of the parts inspection. The major of sliding screw and rolling ball screws strength and transmission efficiency is calculated respectively.And problems existing in the connect of parts, in the design of structure of the beam ,are also improved. Flame cutting in the head is based on transmission device using screw speed control movement, with single-chip microcomputer control motor speed to achieve results. I also make a system explanation of the control of circuit design, involved mainly to make the selection and applications of the keyboard, display, main chip. Keywords flame cutting machine electrical control the design of the beam microcontroller II徐州工程学院毕业设计(论文)目 录摘要IAbstractII1 绪论11.1 课题的意义、目的、研究范围及要达到的技术要求11.1.1 课题的意义和目的11.1.2 研究范围和技术要求11.2 龙门式火焰切割机的简介和特点11.2.1 简介11.2.2 特点21.3国内外的现状21.4 发展前景32 总体方案设计52.1 总体方案的设计52.1.1 功能与技术参数的分析52.1.2 横梁机构设计简介52.1.3双切割头横向移动电气控制设计简介52.2 立柱的设计52.2.1 机架的设计准则及要求52.2.2 立柱结构63 横梁机械机构设计93.1 龙门式横梁结构设计93.1.1 确定龙门式火焰切割机横梁结构93.1.2 传动装置类型的选用93.1.3 传动方案的选取103.2 机床零部件的设计103.2.1 丝杠副的选取113.2.2导轨的选型及计算153.2.3联轴器的选取163.2.4 轴承的选取183.2.5立柱底座横向进给的滚动丝杠的计算193.2.6 步进电机的选取214 电气控制设计254.1拟定机床控制系统方案254.2组成元件的介绍254.2.1主要芯片的选取254.2.2 键盘接口原理254.3 控制电路设计264.3.1 使用多片EPROM的扩展电路264.3.2 89C51主要管脚功能274.3.3 静态RAM芯片的选用274.3.4 8155工作方式查询284.3.5 89C51的存储器及I/O的扩展294.3.6 8155状态查询304.3.7 8155内部定时电路304.3.8 89C51地址分配314.3.9 8155扩展I/O端口的初始化程序设计324.4 键盘电路设计334.4.1键盘功能334.4.2 键盘程序设计334.5闪光报警电路364.6 显示器设计364.6.1显示器显示方式的选取364.6.2显示器接口电路364.7光电隔离电路选用36结论38致谢39参考文献40401 绪论1.1 课题的意义、目的、研究范围及要达到的技术要求1.1.1 课题的意义和目的火焰切割机是工程中金属板材切割的常用设备，可以根据要求在板材上切割出不同形状。采用数控技术的多点火焰切割机可以同时进行多种切割加工。龙门式火焰切割机是一种针对大型板材的火焰切割设备。本课题要求对龙门式火焰切割机的横梁机械机构进行设计，并设计切割头的横移控制系统。1.1.2 研究范围和技术要求本次设计任务是设计一台单片机（89C51主控芯片）控制火焰切割机床，主要设计对象是横梁及89C51单片机控制切割头的原理图。单片机对纵、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、滑动丝杠副、滚动直线导轨副、步进电机等。设计时应兼顾两方向的安装尺寸和装配工艺。要求切割头横向移动距离2.5米，其横向最大移动速度0.3米秒，且双切割头可以同时做相同或相反移动。1.2 龙门式火焰切割机的简介和特点1.2.1 简介在机械加工过程中，板材切割常用的方式有手工切割、半自动切割机切割及数控切割机切割。手工切割较为灵活方便，但手工切割的质量差、尺寸误差大、材料浪费大、后续加工的工作量又大，同时劳动条件非常恶劣，生产效率很低。半自动切割机中的仿形切割机，切割工件的质量比较好，由于其使用切割模具，不适合于单件、小批量和大工件的切割。其它类型半自动切割机虽然降低了工人的劳动强度，但其功能比较简单，只适合一些较为规则形状的零件切割。数控切割相对手动和半自动切割方式来说，可以有效地提高板材切割地效率、切割质量，而且能减轻操作者的劳动强度。目前在我国的一些中小企业甚至在一些大型企业中使用手工切割和半自动切割方式还是较为普遍的。龙门式数控火焰/等离子切割机采用双边驱动，即双切割头，运行稳定，配置好，工作效率很高，可以用于各种异形碳钢、锰钢、不锈钢等金属材料的大、中、小型钢板下料。还可根据用户的要求配置多把割炬。见下图1-1图1-1龙门式数控火焰/等离子切割机1.2.2 特点1.横梁：采用方管对焊的结构，具有刚性好，精度高，自重轻，惯量小的特点。所有的焊接件均采用振动时效去应力处理，有效的防止了结构变形；2.纵、横向驱动：横向导轨则采用了台湾进口的直线式导轨，纵向导轨是由精密加工的特质钢轨制成的，保证了切割机的运行平稳，精度高，且经久耐用，清洁美观；3纵向驱动架（端架）：两端装有水平的导向轮，可调整其驱动架底部偏心轮对导轨的压紧程度，使整机在运动中能够保持稳定的导向；4驱动系统选用步进电机和驱动技术，使整机运行平稳，速度变速范围宽，加速时间短；5简单易用的自动编程系统，使编程不再那么的复杂，轻而易举；6电气系统具有优良稳定性和超强抗干扰；1.3国内外的现状目前来说切割机应用在金属及非金属行业上，一般来说，非金属行业分得比较细致，比如有切割石材的石材切割机、水切割机、锯齿切割机，切割布料、塑料及化纤制品用的激光切割机、刀片式切割机，切割金属材料的则有火焰切割机（火焰切割机又分数控火焰切割机和手动火焰切割机。而手动的又有小跑车、半自动、纯手动的；数控的有龙门式数控切割机、悬臂式数控切割机、台式数控切割机、相贯线数控切割机等等）、等离子切割机。切割成本方面来说，激光切割机是最昂贵的，也是精度和效率最高的一种切割设备，水刀切割机次之，然后就是火焰切割机，等离子切割机是最便宜的。（见下图1-2）图1-2激光切割机经过了几十年的发展，数控切割机在切割能源和数控控制系统两方面均取得了长足的发展，譬如切割能源已经由单一的火焰能源切割发展为目前的多种能源(火焰、等离子、激光、高压水射流等等)切割方式；数控切割机控制系统已由当初的简单功能、复杂编程和输入方式及自动化程度不高已经发展到具有功能完善的、智能化的、图形化的、网络化的控制方式； 驱动系统也从的步进驱动、模拟伺服驱动到今天的全数字式的伺服驱动。1.4 发展前景随着现代化的机械加工业的发展，人们对切割的质量、精度要求的不断提高，并对生产效率的提高、生产成本的降低、高智能化地自动切割的功能要求也在不断的提升。数控切割机必须要去适应现代化机械加工发展的要求。1.数控切割机的发展从现在几种通用的数控切割及应用情况来看，数控火焰切割机的功能及性能已经比较完善了，但是对切割材料有局限性（只能切割碳钢板），其切割速度也慢，生产效率低，适用范围逐渐在缩小，市场不可能有大的增加。等离子切割机具有切割范围广（可以切割所有的金属材料），切割速度快，工作效率高等特点，未来的发展方向在于等离子的电源技术的提高、数控系统与离子切割配合的问题，比如电源功率的提升就能切割更厚的板材；完善和提高精细等离子技术也能提高切割速度、切面质量和切割精度；通过完善和提高数控系统来实现对等离子切割效率和切割质量的提升。激光切割机的切割速度快，精度和切割质量好等特点。在国家指定的长期发展规划时，又是将激光切割列入了关键支撑技术。因其涉及国家安全、国防建设及高新技术的产业化和科技前沿的发展，所以要对激光切割有很高的重视程度，这就将激光切割机的制造和升级带来很大的商机。随着用户对激光切割技术特点的逐步了解和采用的示范性地深入，这就带动了国内企业开发、生产激光切割机。2.专用数控切割机的发展数控管材切割机适用于各种管材上的切割，如切割圆柱正交、斜交、偏心交等相贯线孔、方孔、椭圆孔，并能在管子的端部切割与之相交的相贯线。这种类型的设备已经广泛运用在金属结构件的生产，电力设备、锅炉业、石油业、化工等部门。它是行业内比较高端的产品之一，此类的设备切割功能可以满足焊接工艺众不同的板材开不同角度的坡口要求。随着造船业地发展，船厂在国内率先引进和使用数控等离子切割机。随着技术的发展，目前国内外的船厂纷纷配备了具有回转坡口功能的等离子切割机，为了满足其高技术、高附加值船的建造要求。2 总体方案设计