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激光切割机器人的设计

一、选题简介、意义

新世纪以来国家经济建设不断突破，取得良好的发展状态随之建筑市场呈现出令人惊喜的状况。而钢被广泛用于建筑,钢筋混凝土和钢筋,等。要做到这一点,我们需要更加规格的精细的钢筋切割机。市场上现在的钢筋切割机虽然可以完成基本的切断动作，但还没有达到人们的要求对市场有很大影响。现有的切割效率低因此我们改进工艺，更新设计，以此设计性能更加优秀的钢筋切割机

这次的毕业设计是在老师的指导下完成的，课题是数控激光切割与焊接装备设计。对我来说，这一课题很有挑战性，因为激光方面的知识非常欠缺，而且还涉及到机械﹑激光﹑光学及电学特别是单片机等多种知识的综合，而我的基础知识又掌握的不是很好。因此，对我而言，独立完成这样的设计比较困难。为此，我们成立了设计小组，根据各人的特长及兴趣来确定任务，集多人力量协同完成课题。我主要负责活动工作台的设计，并协同小组其他成员共同完成总体设计和数控硬件电路设计。

经过这次设计，一方面使我对以前所学的知识做了一次总结性的回顾，孔子言“温故而知新”，这样的回顾大大深化了所学；另一方面，设计的过程对我们而言也是一个创新的过程，因为我们做设计虽然是纸上谈兵，但也要有一定的实用性和创新性，尤其是光﹑机﹑电等知识的综合运用，需要我们去做很多尝试与探索。这次毕业设计还锻炼了我们在工程计算、计算机绘图、产品总体设计、资料搜集、文字处理、外文翻译等多方面的能力，为即将来临的就业打下了一个较好的基础，从思想上、工作上做了一次很好的铺垫。

二、课题综述（课题研究，主要研究的内容，要解决的问题，预期目标，研究步骤、方法及措施等）

（一）主要内容：

此次主要是将单片机芯片作为机器人的主要控制元件，配合外围元器件构成一个激光切割控制系统。根据确定的功能需求来进行整个系统的总体设计，然后设计系统的功能拓展以及各部分设计功能的实现。

（二）拟解决的主要问题：

1. 激光切割机器人控制系统总体设计；

2. 激光切割机器人系统硬件选型及控制电路设计；

3. 激光切割机器人系统软件设计及调试；

（三）预期目标：

根据项目需求，完成激光切割控制系统总体设计与系统硬件电路图、系统软件设计，必须实现程序编译和Proteus的仿真，实现激光切割的三个模式控制，手动模式通过键盘的开关按钮来控制窗帘开关，时间模式是利用定时开关窗帘来控制窗帘开关，联动模式通过光敏和雨滴传感器的检测来控制窗帘开关。

（四）研究步骤

本课题的工作步骤分为六个阶段：

第一阶段：查阅文献，收集资料、确定课题方案，完成开题报告；

第二阶段：完成激光切割系统总体设计；

第三阶段：进行激光切割系统硬件设计；

第四阶段：进行激光切割控制系统软件设计，并完成程序调试；

第五阶段：利用Protues软件进行激光切割系统软、硬件联合；

第六阶段：整理技术资料，完成毕业设计论文及答辩。

（五）工作方法及措施：

1.参考各种设计手册及文献资料；

2.充分利用网络，查阅激光切割系统相关资料；

3.在设计过程中遇到问题及时向指导老师请教，

 

目录

摘要 1

关键词 1

1  前言 1

2  设计任务及主要参数 2

2.2  主要参数 2

3  激光加工焊接技术特点及发展 2

3.1  激光加工的特点 2

3.2  激光加工的发展 4

4  总体设计方案的选择和拟订 5

4.1  数控激光焊接机床用激光器的选择 6

4.1.1  二氧化碳激光器的工作原理和特点 7

 4.1.2   二氧化碳激光器的结构 7

4.2  数控激光焊接机床光路原理图 8

5  活动工作台及导轨的设计 8

5.1  工作台的设计 9

5.2  导轨的功用 10

     5.2.1  导轨应满足的要求 11

     5.2.2  预紧 12

     5.2.3  增强导轨的磨性 12

     5.2.4  导轨的正常寿命 13

6  设计及其计算 14

6.1  工作台质量估算 14

6.2  螺母的选择 14

6.3  寿命计算 14

6.4  静载荷条件 15

6.5  丝杆的强度 15

6.6  轴向载荷F产生的轴向变形量δF 15

6.7  电机的选择 16

6.7.1  确定系统的脉冲当量δp 16

6.7.2  按运行扭矩确定 16

6.7.3  按转动惯量确定 17

6.7.4  电机选择 18

6.7.5  电机的力矩测试数据 18

6.7.6  电机的其它参数 18

7  硬件电路图设计 18

7.1  确定硬件电路总体方案 18

7.2  功能的确定 19

7.3  硬件系统总体设计 19

7.4  CPU的选择 20

7.5  8031及存储器模块 20

7.6  系统扩展模块的上电、掉电及掉电后的保护 21

7.7  通讯接口 22

7.8  步进电机模块 23

7.8.1  脉冲分配 23

7.8.2  功率放大器 23

7.9  光电隔离 24

7.10  输入输出部分 24

7.11  操作键盘、显示电路部分 25

8  结论 26

参考文献 27

致    谢 28

 

结论

这次的毕业设计是在老师的指导下完成的，课题是数控激光切割与焊接装备设计。对我来说，这一课题很有挑战性，因为激光方面的知识非常欠缺，而且还涉及到机械﹑激光﹑光学及电学特别是单片机等多种知识的综合，而我的基础知识又掌握的不是很好。因此，对我而言，独立完成这样的设计比较困难。为此，我们成立了设计小组，根据各人的特长及兴趣来确定任务，集多人力量协同完成课题。我主要负责活动工作台的设计，并协同小组其他成员共同完成总体设计和数控硬件电路设计。

经过这次设计，一方面使我对以前所学的知识做了一次总结性的回顾，孔子言“温故而知新”，这样的回顾大大深化了所学；另一方面，设计的过程对我们而言也是一个创新的过程，因为我们做设计虽然是纸上谈兵，但也要有一定的实用性和创新性，尤其是光﹑机﹑电等知识的综合运用，需要我们去做很多尝试与探索。这次毕业设计还锻炼了我们在工程计算、计算机绘图、产品总体设计、资料搜集、文字处理、外文翻译等多方面的能力，为即将来临的就业打下了一个较好的基础，从思想上、工作上做了一次很好的铺垫。

参考文献

[1] 范云涨，陈兆年主编。金属切削机床设计简明手册。[M]北京：机械工业出版社，1994。

[2] 濮良贵，纪名刚主编。机械设计。[M]北京：高等教育出版社，2001。

[3] 王昆，何小柏，汪信远主编。机械设计机械设计基础课程设计。[M]北京：高等教育出版社，2003。

[4] 丁元杰主编。单片微机原理及应用。[M]北京：机械工业出版社，2001。

[5] 《激光在工业上的应用》编写组。激光在工业上的应用。[M]上海：上海人民出版社，1972。

[6] 天津大学精仪系编译。激光技术。[M]国防工业出版社， 1972。

[7] 徐憬主编。《新编机械设计师手册》。[M]机械工业出版社,1995。

[8] 金属机械加工工艺人员手册修订组。金属机械加工工艺人员手册。[M]上海：上海科学技术出版社，1988。

[9] 徐啟阳，王新军主编。高功率连续CO2激光器。[M]国防工业出版社，2000。

[10] 戴曙主编。金属切削机床。[M]北京：机械工业出版社。

[11] 廖效果等主编。数字控制机床。[M]武汉：华中理工大学出版社。