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　　毕 业 设 计（论 文） 设计（论文）题目： 数控激光切割机设计 学 院 名 称： 专 业： 班 级： 姓 名： 指 导 教 师： 定稿日期：2012 年 5 月 3 日 摘 要 随着各种高强度、高韧性材料的诞生，材料加工领域迎来了新的挑战。一些普通的金属加工机床已经不能够满足现代加工需求。 本文设计了一台由89C51单片机控制的立式数控激光切割机。以实现对难切平板材料的切割为目标，对机床的整体结构、XY轴工作台的结构、89C51单片机为核心的控制管理系统进行了详细的设计和说明。此外，对滚珠丝杠、滚动直线导轨、步进电机的选择进行了说明。 应用本文设计的立式数控激光切割机能够基本实现对高强度、高韧性平板材料的切割。 关键字：激光切割机、工作台、结构、单片机 ABSTRACT With the birth of a variety of high strength , high toughness materials , the field of materials processing ushered in a new challenge . Ordinary metalworking machine can no longer meet modern processing needs . The paper designed a vertical CNC laser cutting machine which is controlled by an 89C51 micro -controller . In order to achieve the cutting of flat materials which are difficult to cut , the paper designed and described the overall structure of the machine ,the structure of the XY-axis table and the control system based on 89C51 micro-controller in detail . In addition ,the choice of the stepper motor , the ball screws , the linear rolling guide rail are described . The vertical CNC laser cutting machine designed in the paper can achieve the cutting of high strength , high toughness flat materials . Key words : Laser cutting machine tools；Table；Structural design；Micro-controller 目 录 1 引言 1 1.1 数控激光切割机的课题背景 1 1.2 数控激光切割机的国内外发展现状 1 1.3 论文主要设计任务 2 2 总体方案及主要部件的原理分析 3 2.1数控激光切割机的总体结构 3 2.2激光切割的原理 3 2.3 XY轴工作台的原理 4 2.4 Z轴随动机构的介绍 5 3 工作台的设计 7 3.1 主要设计参数 7 3.2 工作台进给部件的受力分析 7 3.3 工作台基本尺寸的初步确定和重量估算 7 3.4 滚珠丝杠传动机构的设计计算 8 3.4.1 滚珠丝杠特点 8 3.4.2 滚珠丝杠计算及选型 8 3.5 滚动直线步进电机基本概念 11 3.6.2 步进电机的选用 11 3.7 齿轮传动机构的设计 12 3.7.1 齿轮传动比的确定 12 3.7.2 齿轮结构主要参数的确定 13 3.8 消隙方法 13 3.8.1 偏心套调整 13 3.8.2 轴向垫片调整 14 3.8.3 双齿轮错齿调整 15 3.8.4 周向拉弹簧调整法 16 4 控制管理系统设计 18 4.1 机床控制管理系统总体方案 18 4.2 芯片的选用与配置 18 4.2.1 主芯片的选用和引脚功能 18 4.2.2 程序存储器EPROM的选用及引脚功能 19 4.2.3 数据存储器RAM的选用及引脚功能 19 4.2.4 存储器及I/O的扩展 20 4.2.5 81C55的定时功能 20 4.2.6 芯片地址分配 21 4.3 键盘的设计 21 4.3.1 键盘版面设计 21 4.3.2 键盘程序设计 22 4.4 总体程序控制 25 结论 27 致谢 28 参考文献 29 全套图纸加Q 401339828 1 引 言 1.1 数控激光切割机的课题背景 激光这一科学发明，自从它一问世就被人们格外的重视，作为20世纪的伟大发明注定会被大范围的应用于工业加工当中。就目前来说，激光切割技术已被大范围的应用于金属和非金属材料的切割加工当中，激光已经成了人们梦寐以求的“削铁如泥”的宝剑。它不仅能减少加工时间，减少相关成本，还大幅度的提升了工件的加工质量。其中脉冲激光一般适用于切割金属材料，连续激光则适用于加工非金属材料，而连续激光对非金属材料的加工则是激光切割技术在工业领域的重要应用。 世界第一台CO2激光切割机诞生于二十世纪七十年代的澳大利亚farley larlab公司。1971年11月，美国通用汽车公司使用CO2激光器进行了一次研究。这项研究主要是利用激光辐射来提高材料的耐磨性能。在那之后，于1974年成功完成了铸铁表面的激光淬火工艺研究，值得一提的是，淬火后的耐磨性比之前未处理的表面提高了10倍之多。这是激光在工业领域的首次应用。四十多年来，激光加工技术的应用领域在逐步扩大当中，激光加工设施在一直在改进当中，目前国内外已有数家公司在从事CO2激光加工设施的生产，以满足市场的需求。 激光加工技术是涉及到包括机、电、光以及检测等诸多学科在内的复合型先进制造技术。它的研究领域一般可分为：1，激光加工系统 2，激光加工工艺 3，激光焊接 4，激光切割 5，激光打标 6，激光打孔 7，激光热处理 8，激光快速成型 9，激光涂敷。激光加工技术与现代数控技术相结合构成了高效的数控激光加工设施，能够实现一些传统机械制造加工方法所没办法完成的任务。当前，在动力，交通运输，钢铁冶金，船舶，汽车制造，航空航天等支柱产业发挥了至关重要的作用。 目前，国际上德国通快 TRUMPF公司、瑞士百超BYSTRONIC和意大利PRIMA等国际知名公司已开发出大功率、大幅面、高速、飞行光路、多维立体、数控自动的激光切割机。在高端激光切割系统领域，我国与国际领先水平存在比较大差距，产品基本依赖进口，每年不得不花费数十亿元从国外引进有关技术与设备。如船舶制造业中厚钢板的激光切割设备、三维立体激光切割设备、有色金属激光切割设备等，引进价格昂贵、订货周期长、售后服务无法及时保证，严重制约了我围困民经济的发展。因此我国急需突破该项技术。 1.2 数控激光切割机的国内外发展现状 1994年国内第一台析架式折叠准封离型切割与焊接激光器于湖南大学激光研究所研制成功，并获得国家发明专利。 2003年3月，中科院长春光机与物理研究所研制的“数控激光管材加工设施”，改变了我国石业依赖进口设备加工管材的局面。这标志着我国制造先进装备的能力已达到国际领先水平。 2004年9月，华工科技成功推出第一台国产化高性能激光切割机。 日本目前已拥有CO2激光加工机2万台，约占全球激光加工机总量的1/3，其中80%为激光切割机设备。日本自1995年以来，年生产激光加工机已超过500台左右，其中YAG激光切割机100多台。全球的高功率数控激光切割成套设备累计拥有量达35000台（套）左右，而我国目前高功率数控激光切割成套设备的拥有量为1500台左右。国产数控激光切割机的主要特征是：价格较低，约是进口价格的1/3，激光器功率较低，一般为1.5KW以下。与国外机相比表现为切缝宽，表面上的质量、机械精度、整机的稳定性、柔性较差。 2007年国内大型激光切割设备的销售额达到15亿元，在中低端产品方面基本占领国内市场，并有部分产品出口。但与美国、欧盟、日本等发达国家相比，我国的激光切割设备仍然停留在低端产品阶段，而且高功率激光器、激光专用控制管理系统、激光光束传输控制、激光切割专有技术等绝大部分核心技术还依赖进口。 1.3 论文主要设计任务 本文主要是设计一台由单片机控制的激光切割机，设计任务是完成激光切割机的机械部分的整体设计及89C51单片机的控制管理系统设计，其中机械部分的主要任务是完成机床XY轴的工作台的设计。对于激光切割机的一些其他部件，例如冷水机，激光器等不要求设计，但要了解其基本工作原理。 2 总体方案及主要部件的原理分析 经过阅读激光切割以及数控机床的相关文献，将总体设计方案确定如下： 2.1数控激光切割机的总体结构 数控激光切割机主要由两大部分构成，即数控部分和机械部分。图2-1是一种典型的激光切割机的基本构成： 图2-1 一种典型的CO2激光切割机的基本构成 1.冷却水装置 2.激光气瓶 3.辅助气瓶 4.空气干燥器 5.数控装置 6.操作盘 7.伺服电机 8.切割工作台 9.割炬 10.聚焦透镜 11.丝杆 12.反射镜 13.激光束 14.反射镜 15.激光震荡器 16.激光电源 17.伺服电机和割炬驱动装置。 本次设计借鉴这种激光切割机的基本构成，在其基础上做了些许改进。图2-1的机构运动形式主要适用于龙门型和大型台式数控激光切割机，而本次设计的是一种小型的激光切割机，因此不适合设计成由激光器来实现上下和水平的运动。故进行的主要改动是将机床的XYZ轴的运动分配做了些许改进，以适用于小型机床。本文设计由工作台来实现XY轴的运动，激光器只做Z轴的上下运动。 2.2激光切割的原理 如图2-2所示，激光切割是由激光器所发出的水平激光束经45°全反射镜变为垂直向下的激光束，后经透镜聚焦，在焦点处聚成一极小的光斑，在光斑处会焦的激光功率密度高达。处于其焦点处的工件受到高功率密度的激光光斑照射，会产生10000°C以上的局部高温，使工件瞬间汽化，再配合辅助切割气体将汽化的金属吹走，从而将工件切穿成一个很小的孔，随着数控机床的移动，无数个小孔连接起来就成了要切的外形。由于激光切割的频率非常高所以每个小孔连接处非常光滑，切割出来的产品光洁度很高。 图2-2 激光切割原理示意图 2.3 XY轴工作台的原理 工作台基本原理为：控制系统输出信号给驱动器，再由驱动器来驱动步进电机运转，经过一级齿轮减速带动滚珠丝杆转动，从而实现工作台的XY轴方向上的运动。如图2-3所示。 图2-3 工作台原理图 工作台的主要构件为滚珠丝杆螺母副，滚动直线导轨副，步进电机，工作台等。控制系统对XY工作台的进给脉冲当量为。 2.4 Z轴随动机构的介绍 Z轴随动机构是数控激光切割机各部件中要求最高的[9]。为了确保激光聚焦的焦点始终在被加工工件的表面，必须保证切割头与工件表面的距离保持一个恒定值，但由于工件表面存在不平度，因此必须在切割过程中随时对切割表面的不平度进行检测，然后通过步进电机带动滚珠丝杠对切割头的高度进行调整。此外，必须保证检测精度高于，这样才不会因为切割头与工件表面的距离而影响加工质量。随动速度太慢显然会造成切割头延迟现象，因此随动速度应不小于。目前，对被加工件的不平度检测主要有以下几种方式：电感、电容、电阻、激光、红外线。 现代的激光切割头具有多种附加功能，而这些功能机构的增加，必然会增加切割头的重量，从而导致切割头的反应迟钝，随动性能下降。一般情况下，普通数控激光切割机的Z轴机构重量在5kg以上时，就应当采用重力平衡设施来减少丝杠的轴向负载。 此次设计采用重物平衡的方式来平衡激光切割器的重量。如图2-4所示，通过钢索连接平衡重物和激光器，使Z轴方向的滚珠丝杠所受轴向力减小，提高随动灵敏度。 图2-4 Z轴激光切割器 3 工作台的设计 3.1 主要设计参数 本次设计的激光切割机的工作范围为300X400，XY工作台的主要参数定为： ①工作台的行程：X轴方向400mm，Y轴方向500mm； ②工作台最大承载重量：100kg； ③进给速度： ④脉冲当量： ⑤表面粗糙度：Ra 0.8~1.6 ⑥预计设计寿命：10年 3.2 工作台进给部件的受力分析 本次设计的激光切割机加工工件时的动作与立式铣床相似，激光器相当于其他普通机床的刀具，但由于激光切割机是应用激光来进行加工的，其激光器与工件之间并不直接接触，因此可以认为激光切割过程中不存在外载荷，无摩擦力，切削力为零。 XY工作台的主要部件分为工作台、中间滑台、底座，各部件之间均以滚动直线导轨副连接，从而保证各自的相对运动精度，用滚珠丝杆带动其运动。 现设上导轨为横向传动机构，即为X向；下底座的传动机构为纵向传动机构，即为Y向。 一般来说，数控机床的滚珠直线导轨的摩擦力可忽略不计，但是齿轮之间的摩擦力和滚珠丝杆副之间的摩擦力却不能忽略不计，因为这些摩擦力所产生的摩擦力矩会影响步进电机的步距精度，除此之外因为采用了一些消隙和预紧措施，还必须保证其产生的负载波动控制在一定范围内。 3.3 工作台基本尺寸的初步确定和重量估算 初步确定工作台的尺寸为：（长X宽X高），材料为HT200，HT200的材料密度为，故估计重量为57kg，约为570N，记为W1. 中间滑台的尺寸为：（长X宽X高），材料为HT200，估计重量为119kg，约为1190N，记为W2. 其他零件的重量约为200N，记为W3. 工件的最大重量为100kg，约为1000N，记为W4。 因此下底座滚动直线导轨副所受的最大载荷W为： 3.4 滚珠丝杠传动机构的设计计算 3.4.1 滚珠丝杠特点 滚珠丝杠是将回转运动转化成直线运动的理想机构，它由螺杆、螺母和滚珠组成。滚珠丝杠螺母副是一种低摩擦、高精度、高效率的机构，在数控机床上得到了广泛应用。 图3-1 滚珠丝杠螺母副 在传动时，滚珠与丝杠、螺母之间基本上是滚动摩擦，所以具有很多优点[1]： ①传动效率高。滚珠丝杠的传动效率最高可达到92%-98%，要比滑动丝杠的传动效率高出2-4倍。 ②摩擦力小。由于滚珠滚动时的动、静摩擦系数相差很小，因此传动灵敏，运动平稳、低速运动不易产生爬行，随动精度和定位精度高。 ③使用寿命长。滚珠丝杠副采用优质合金钢制成，其滚道表面经淬火热处理后硬度高达HRC60-62，表面粗糙度很小，另外，因为是滚动摩擦，故磨损很小。 ④刚度高。滚珠丝杠副经预紧后可以消除轴向间隙，提高系统刚度。 ⑤运动精度高。由于反向运动时无空行程，可以提高轴向运动精度。 由于滚珠丝杠副具有以上这些优点，所以在各类中小型数控机床的直线进给系统普遍采用滚珠丝杠。 3.4.2 滚珠丝杠计算及选型 XY工作台需要两对滚珠丝杠副，分别用于横向和纵向进给。由于Y向的滚珠丝杠用于带动下滑台的运动，所承载的重量是滑台和工作台之和，而X向的滚珠丝杠只承载工作台的重量，因此只需计算Y向丝杠的相关数据使其满足要求，X轴向可根据Y向的结果选用相同的丝杠即可满足要求。 已知条件：工作台与下滑台及其他零部件的最大重量为W=2960N； 行程： 脉冲当量： 滚珠丝杠的轴向载荷计算公式： (3-1) 式中，F为切削力，激光切割的切削力F=0N； 为导轨的摩擦系数，滚动导轨的摩擦系数=0.003-0.004，现取=0.004 W为工作台与下滑台及其他零部件的最大重量，W=2960N 则根据式3-1得 根据激光切割机的机构尺寸及受力情况，参照南京工艺装备制作有限公司滚珠丝杠样本，选用FFZD内循环垫片预紧螺母式滚珠丝杠，型号为FFZD2504-3。基本参数：公称直径为，基本导程为。 滚珠丝杠副的传动效率公式： (3-2) 式中--------滚珠丝杠的螺纹升角 --------当量摩擦角 根据当量摩擦系数和当量摩擦角的关系，已知相对速度，材料选用灰铸铁HRC45，故 ， 又由公式 (3-3) 式中：--------导程，=4mm --------基本公称直径，=25mm 得： 最后，由式3-2得： 3.5 滚动直线导轨的选型 导轨是机床的基本结构要素之一，导轨的质量很大程度上决定了机床的加工精度和使用寿命，而加工精度较高的数控机床对导轨有着更高的要求，例如导向精度高，灵敏度高，高速进给时不振动，低速进给时不爬行，耐磨性好，能在高速重载条件下长期连续工作，精度保持性好[1]。 相对普通机床所用的滑动导轨而言，滚动直线导轨副具有以下的性能特点： 1.定位精度高 滚动直线导轨的运动借助钢球滚动实现，导轨副摩擦阻力小，动静摩擦阻力差值小，低速时不易产生爬行。重复定位精度高，适合作频繁启动或换向的运动部件。可将机床定位精度设定到超微米级。同时根据需要，适当增加预载荷，确保钢球不发生滑动，实现平稳运动，减小了运动的冲击和振动。 2.磨损小 对于滑动导轨面的流体润滑，由于油膜的浮动，产生的运动精度误差是无法避免的。在绝大多数情况下，流体润滑只限于边界区域，由金属接触而产生的直接摩擦也是无法避免的，在这种摩擦中，大量的能量以摩擦损耗被浪费掉了。与之相反，滚动接触由于摩擦耗能小，滚动面的摩擦损耗也相应减少，故能使滚动直线导轨系统长期处于高精度状态。同时，由于使用润滑油也很少，这使得在机床的润滑系统模块设计及使用维护方面都变的非常容易。 3.适应高速运动且大幅降低驱动功率 采用滚动直线导轨的机床由于摩擦阻力小，可使所需的动力源及动力传递机构小型化，使驱动扭矩大大减少，使机床所需电力降低80%，节能效果明显。可实现机床的高速运动，提高机床的工作效率20~30%。 4.承载能力强 滚动直线导轨副具有较好的承载性能，可以承受不同方向的力和力矩载荷，如承受上下左右方向的力,以及颠簸力矩、摇动力矩和摆动力矩。因此，具有很好的载荷适应性。在设计制造中加以适当的预加载荷可以增加阻尼，以提高抗振性，同时可以消除高频振动现象。而滑动导轨在平行接触面方向可承受的侧向负荷较小，易造成机床运行精度不良。 5.组装容易并具互换性 传统的滑动导轨必须对导轨面进行刮研，既费事又费时，且一旦机床精度不良，必须再刮研一次。滚动导轨具有互换性，只要更换滑块或导轨或整个滚动导轨副，机床即可重新获得高精度。 由于滚动直线导轨的以上诸多优点，故决定选用开式滚动直线导轨。查阅机械设计手册软件版，最后选用GGBAA、 GGBAAL四方向等载荷型滚动直线 滚动直线步进电机基本概念 步进电机是开环伺服系统的驱动元件。步进电机盛行于20世纪70年代，其控制系统的结构简单、控制容易、维修方便，控制为全数字化，即数字化的输入指令脉冲对应着数字化的位置输出，随着计算机技术的发展，除了功率驱动电路之外，其他硬件电路均可由软件实现，从而简化了系统结构，降低了成本，提高了系统的可靠性[4]。 步进电机用电脉冲信号进行控制，并将电脉冲信号转换成相应的机械角位移。每给步进电机输入一个电脉冲信号，其转子轴就转过一个角度，称为步距角，转子轴的角位移量与电脉冲数成正比，其转速与电脉冲信号输入的频率成正比，通过改变频率就可以调节电机的转速。如果步进电机的各相绕组保持某种通电状态，则其具有自锁能力。步进电机每转一周都有固定的步数，从理论上说其步距误差不会累积[4]。 考虑到此次设计的激光切割机是小负载及低速进给，步进电机不容易产生失步，而步进电机相比三相异步电机的控制精度要高的多，且价格便宜。 3.6.2 步进电机的选用 已经确定脉冲当量为0.001mm/step 。步进电机没走一步的步距角应是圆周的等分值，数字控制机床所采用的步进电机的步距角一般都很小，如/、/、/。因为步距角越小，加工精度越高，所以初步选定步距角为。 滚珠丝杠的力矩计算公式： (3-4) 式中：M为滚珠丝杠所受的总扭矩 为外部载荷所产生的摩擦扭矩 为内部预紧力所产生的摩擦扭矩 其中 (3-5) (3-6) 式中：K为预紧时的摩擦系数，K=0.1~0.3 为滚珠丝杠基本导程，=4mm 为预紧力 其中， = 为轴承的预紧力，轴承选用滚动轴承，型号为6004轻系列，预紧力为=130N。 因此，根据式(3-6)有 故，滚珠丝杠所受的力矩M=M1+M2=0.018+0.025=0.043 由于滚珠丝杠与步进电机之间是经过一级齿轮减速，故步进电机所受的扭矩与齿轮传动比有关。 齿轮传动比公式： (3-7) 式中：为脉冲当量， 为步距角， 为滚珠丝杠导程， 故， 因此，步进电机输出轴上的起步转矩可近似计算为： (3-8) 为滚珠丝杠的传动效率，前面已经计算得出=0.953，则 根据以上计算，查阅相关资料后确定选取M56853S/D型五相步进电机，该电机的最大静止转矩为0.8 N·m，转动惯量为。 3.7 齿轮传动机构的设计 3.7.1 齿轮传动比的确定 之前已经计算得出一级减速齿轮的传动比为=，根据结构要求，选取=30，=120。 3.7.2 齿轮结构主要参数的确定 ①齿轮类型：选择直齿加工方便。 ②模数选择：本工作台负载相当轻,参考同类型的机床后,选择m＝1齿轮传动侧隙的消除。 ③中心距的计算： A=m×（Z1+ Z2） (3-9) =1×(30+120)/2 =75mm ④齿轮材料及热处理： 小齿轮Z1采用40Cr，齿面高频淬火; 大齿轮Z2采用45号钢，调质处理。 3.8 消隙方法 数控机床的机械进给装置中常采用齿轮传动副来达到一定的降速比和转矩的要求。由于齿轮在制造中总是存在着一定的误差，不可能达到理想齿面的要求，因此一对啮合的齿轮，总应有一定的齿侧间隙才能正常地工作。 齿侧间隙会造成进给系统的反向动作落后于数控系统指令要求，形成跟随误差甚至是轮廓误差。 对闭环系统来说，齿侧间隙也会影响系统的稳定性。因此，齿轮传动副常采用各种消除侧隙的措施，以尽量减小齿轮侧隙。数控机床上常用的调整齿侧间隙的方法针对不同类型的齿轮传动副有不同的方法。 3.8.1 偏心套调整 采用偏心套来调整和消除齿侧间隙是最简单的方法[1]，如图3-3所示，电机通过偏心套2装到壳体上，通过转动偏心套就能够使电动机的中心轴线的位置上移，而从动齿轮轴线位置不变，所以相互啮合的两个齿轮的中心距减小，从而方便地消除齿侧间隙。 图3-3 偏心套消除齿侧间隙 1---齿轮；2---偏心套；3---齿轮 3.8.2 轴向垫片调整 图3-4所示是用轴向垫片来消除间隙的结构[1]。在加工相互啮合的两个齿轮1、2时，将分度圆柱面制成带有小锥度的圆锥面，时齿轮齿厚在轴向稍有变化，装配时，两个齿轮按齿厚相反变化走向啮合。调整时，只需改变垫片3的厚度，使齿轮2做轴向移动，使两齿轮沿轴向产生相对移动，即可达到消除齿侧间隙的目的。 图3-4轴向垫片调整 1,2---齿轮；3---垫片 上述两种方法的特点是结构简单、传动刚度好，能传递较大的动力，但齿轮磨损后齿侧间隙不能自动补偿，因此加工时对齿轮的齿厚及齿轮公差要求较严，否则传动的灵活性将受到影响。 3.8.3 双齿轮错齿调整 如图3-5所示，两个齿数相同的薄片齿轮1、2与另外一个宽齿轮啮合[1]。薄片齿轮1、2套装在一起，并可作相对回转运动。每个薄片齿轮上分别开有周向圆弧槽，并在齿轮1、2的槽内压有装弹簧的短圆柱销3，由于弹簧4的作用使齿轮1、2错位，分别与宽齿轮的齿槽左右侧贴紧，消除了齿侧间隙。 图3-5双齿轮错齿调整 1,2---薄片齿轮；3---短圆柱销；4---弹簧 3.8.4 周向拉弹簧调整法 图3-6所示为周向拉弹簧调整法，用于消除直齿轮的齿侧间隙[3]。两个相同齿数的薄片齿轮1、2与另一个宽齿轮啮合，两薄片齿轮可相对回转。两个薄片齿轮的端面分别均布四个螺孔，齿轮1端面的螺孔安装凸耳4，齿轮2端面的螺孔安装凸耳8，凸耳8上安装调节螺钉5.齿轮1端面上与凸耳8安装位置对应处还有另外四个通孔，使凸耳8可以从中穿过。弹簧3的两端分别钩在调节螺钉5和凸耳4上。旋转螺母6可以调整弹簧3的拉力，调整完毕用螺母7锁紧。弹簧拉力使薄片齿轮错位，从而使两个薄片齿轮1,2的左右齿面分别与宽齿轮的左右齿面贴紧，以消除齿侧间隙。 图3-6周向弹簧式调整机构 1,2---薄片齿轮；4,8---凸耳；3---弹簧；6,7---旋转螺母；5---调节螺钉 对比四种方案： 第一种需要经常的调整，对于本身就以提高效率为目标的数控机床而言肯定不合适。 第二种是很不错的方案，但在切割机上并不实用。 第三种方案传动刚度低，不宜传递大扭矩。 第四种方案相比较而言在数控切割机上适用，而且不需要人为经常调整，很适合数控机床的需要。 本设计的具体方案选用第四种方法。 4 控制系统设计 4.1 机床控制管理系统总体方案 从机械系统部分可以看出，要实现对工件的激光加工就必须对机床XYZ轴的运动进行控制。而控制管理系统有很多，现决定选用经济实用的单片机控制系统。既然是控制系统，就一定会有输入和输出设备。其控制系统总体方案如图4.1 。 图4.1 控制系统总体方案 4.2 芯片的选用与配置 4.2.1 主芯片的选用和引脚功能 89C51芯片的性价比较高，故决定选用89C51作为主芯片。 89C51是双列直插式芯片，一共有40个引脚，40个引脚按其功能可分为3类： 电源及时钟引脚——Vcc 、Vss 、XTAL1 、XTAL2 。 控制引脚—— 、ALE/、/Vpp 、RESET。 I/O口引脚——P0、P1、P2、P3。 其主要引脚功能[7]: ①——外部程序存储器访问允许控制端。为了方便接线和各程序的存放，现不使用内有4K的FLASH，使接地，这样只读取外部存储器中的内容，内部存储器不起作用。 ②——片外程序存储器的读选通信号，低电平有效。 ③ALE——地址锁存控制端,系统扩展时，ALE控制P0口输出的低八位地址送锁存器储存，以实现数据和地址隔离。 ④RESET——复位信号输入端,当输入的复位信号延续二个周期以上高电平，完成复位初始化操作。 ⑤89C51中I/O口的介绍 P0口——外接存储器时，P0口作为地址总线及数据总线的分时复用端口； Pl口——专门为用户使用的I/O口； P2口——外接存储器时,作扩展电路高八位的地址总线口——双重功能口； ⑥XTAL1和XTAL2——时钟引脚，使用内部时钟时，二端接石英和微调电路；使用外部时钟时，接外部时钟脉冲信号。 89C51三总线结构： 地址总线AB——地址总线用于传送单片机单向发出的地址信号，以便进行存储单元和I/O接口芯片中的寄存器单元的选择。地址总线口经地址锁存器，提供低八位A0-A7，高八位A8—A15由P2口直接提供。 数据总线DB——数据总线用于单片机与外部存储器之间或I/O接口之间传送数据，数据总线口直接提供。, 控制总线CB——控制总线是单片机发出的各种控制信号线口第二功能控制线、、ALE、RESET组成。 4.2.2 程序存储器EPROM的选用及引脚功能 本设计选用二片2764EPROM，用于存放监控程序、功能模块程序、常用零件加工程序。 2764芯片的主要引脚功能: ①A0~A12 ——13位地址线——数据输出线引脚 ③ ——数据输出允许控制端 ④ ——编程脉冲输入端 ⑤ ——片选控制端 4.2.3 数据存储器RAM的选用及引脚功能 数据存储器RAM可

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