数控火焰切割机设计
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本科毕业设计多功能大型数控火焰切割机设计摘要本课题对数控火焰切割机进行设计，根据需要该火焰切割机整体结构设计为大型龙门桥式结构。
该切割机主要用于工程机械制造。
首先，本文通过对火焰切割技术及数控火焰切割机在国内外的研究现状的分析，根据数控火焰切割机的技术指标对火焰切割机的总体结构进行了设计，其整体采用龙门桥式结构，对驱动装置进行分析并设计该驱动装置采用步进电动机，X，Y两个方向进给的开环控制系统。
其次对其横梁、传动件导轨及其他零部件进行设计与校核。
并通过对数控CNC系统进行分析进行软硬件部分及控制面板的设计。
确定其微机数控系统采用MCS-51 系列中的8051 单片机为控制微机。
对软件部分插补流程进行介绍。
最后，为了加工制造的方便还绘制了切割机的导轨传动图、数控火焰切割机控制组成框图、硬件组成框图、系统程序流程图、插补程序流程图、制面板图和火焰切割机的总装图。
关键词：单片机控制 , 数控焰切割机 , 龙门式 , 结构、微机设计IABSTRACTThis topic was carried out on the CNC flame cutting machine is designed, according to need the flame cutting machine overall structure design for large gantry bridge type structure. The cutting machine is mainly used in construction machinery manufacturing.First of all, this article through to the CNC flame cutting machine flame cutting technology and the domestic and foreign research present situation analysis, according to the numerical control flame cutting machine of the technical indicators to design the overall structure of the flame cutting machine, the overall structure of longmen bridge type, design analyze the driving gear and the driving device adopts stepper motor, the X, Y, two directions into to open loop control system. Secondly on the beams, columns, a guide rail and other transmission parts to carry on the design and checking. And through the analysis of nc CNC system for the design of hardware and software part and the control panel. Determine the microcomputer numerical control system adopts the 8051 single chip microcomputer MCS - 51 series microcomputer to control. Part of software interpolation process is introduced. Finally, to processing and manufacturing of convenient also mapped the cutter of guide rail transmission diagram, control composition block diagram of the CNC flame cutting machine, hardware block diagram, system program flow chart, interpolation panel diagram and program flow chart, system assembly diagram of the flame cutting machine.Keywords: single chip microcomputer control, CNC flame cutting machine, gantry type, structure, design of microcomputerII目录第1章绪论 (1)1.1 课题的意义和目的 (1)1.2 切割技术的种类及发展 (1)1.3 数控火焰切割简介 (1)1.3.1 火焰切割及数控火焰切割技术 (1)1.3.2 国内外数控火焰切割技术的发展 (2)1.3.3 数控火焰切割机的市场及发展 (3)第2章总体设计方案分析 (4)2.1 总体方案的确定 (4)2.2 设计参数 (5)2.3 总体控制构成 (5)2.4 机床整体结构设计 (6)2.5 简易数控火焰切割机整体示意图 (7)第3章机床主要部件设计与校核 (9)3.1 伺服系统 (9)3.1.1 伺服系统概述 (9)3.1.2 伺服系统的组成 (9)3.1.3 对伺服系统的基本要求 (9)3.1.4 伺服系统的分类 (10)3.2 步进电机的选取 (11)3.2.1 对于步进电动机的特点与设计要求 (11)3.2.2 步进电动机的选择 (12)3.2.3 X轴方向步进电机的校核 (14)3.2.4 y轴方向电机的选择和校核 (15)3.3 横梁 (16)3.3.1 横梁结构截面及尺寸设计 (16)3.3.2 横梁的校核 (17)3.4 传动件 (17)III3.4.1 传动装置类型的选用 (17)3.4.2 横向驱动齿轮的设计 (18)3.4.3 齿条的设计 (20)3.4.4 齿轮齿条的校核 (21)3.5 导轨的选型 (23)第4章微机数控系统设计 (25)4.1 CNC系统概述 (25)4.1.1 CNC系统简介 (25)4.1.2 CNC系统的组成 (25)4.1.3 CNC系统工作过程 (26)4.1.4 CNC 系统的主要功能 (27)4.1.5 CNC 系统的特点 (29)4.2 微机数控系统的硬件组成 (30)4.3 微机数控系统软件设计 (32)4.3.1 CNC系统的控制软件结构特点 (32)4.3.2 CNC系统的控制软件及其工作过程 (35)4.3.3 CNC系统软件的组成 (41)4.4 数控系统控制面板 (44)结论 (46)参考文献 (47)致谢 (48)附录1 设计图纸附录2IV第1章绪论1.1 课题的意义和目的火焰切割机是切割金属板材常用的设备，可以根据不同要求在板料上剪出不同的形状。
数控火焰切割机设计
数控火焰切割机改造探析
数控火焰切割机改造探析0.引言所谓火焰切割，顾名思义，是指其热能载体主要是通过气体引发的火焰作为燃料，根据工件切割部位金属展开预热处理，一旦当预热的温度可以满足一定条件，通过高速切割氧气流使得预热部分的金属出现燃烧且释放热能，以此，满足切割行为的一种切割方式。
根据此原理所应运而生的数控火焰切割机在实践进行元件切割工作中，目前已经得到了十分广泛的普遍应用，已然可以视作当前数控加工中的重要构成部分。
1.数控及伺服驱动系统改造1.1数控设计方案明确数控机床的工作原理也就是通过数字控制技术实现展开制造、加工的一种行为，并且具备自主操控的优势，其系统是达成数字控制的一种配置，如图1所示。
图1数控系统图其中，CNC属于系统中的核心部门，涵盖了诸如存储器、总线、CPU、以及控制软件等。
CNC按照所指定的需要制造加工的相关程序展开轨迹行为，以及进行对机床的输入输出解决，最后再输出相关指令至与之相对的执行部件上，其功能类似于人体的大脑。
当伺服系统接收到CNC输送而来的进给指令，就把此类指令通过换位与扩展后，利用驱动设备换化成为执行部件需要的进给速度、方向、位移等。
它将来源自数控的十分微弱的指令扩展为驱动装置应用的功率信号[1]。
驱动单元把伺服单元中的输出行为转换成为机械活动，驱动单元和伺服单元共同为数控装置和机床中的传动部件的纽带。
1.2伺服系统改造数控机床主要是根据相关指令脉冲进行工作，伺服系统则属于以数控机床移动部件位置与速率作为控制量的一种系统。
因此，伺服系统的程度直接影响着数控机床的操作精度、运行速度等相关指标。
在对伺服系统展开改造的过程中，必须坚持一下原则：第一，调速范围宽。
这里所说的调速是指进给速度能够在比较宽广的区域中无级变化，且应当维续均匀、平稳、速降小的状态。
在零速状态时，伺服则处于锁定；第二，可逆运行。
伺服系统可以较为机敏的完成正、反向运行。
处于加工阶段时，机床在随机状态根据轨迹行为标准，即时完成。
数控火焰等离子切割机技术方案
数控火焰等离子切割机技术方案一、设备标准名称、型号1、设备标准名称：数控火焰等离子切割机2、设备型号：CJCNC-4000S二、主要技术参数1、数控系统（上海交大） 1套2、火焰割矩 1把等离子割炬 1把3、等离子电源（美国海宝POWERMAX1650G3） 1套4、横向拖链 2套5、轨距 4000mm6、有效切割宽度 3200mm7、轨长 12000mm8、有效切割长度 10000mm9、快速返程速度 12000㎜/min 等离子机器切割速度 356～3835㎜/min 火焰机器切割速度 50-1000㎜/min 10、等离子切割最大切割能力（低碳钢）： 16mm最大穿孔能力（低碳钢）： 10mm火焰切割厚度 6-160mm11、割炬升降距离≤150mm12、直线定位精度±0.2mm/10m重复精度±0.2mm/10m13、环境温度 -5-45℃14、相对湿度＜95%无冷凝15、周边环境通风，无较大冲击16、电源、电压 220V±10%17、电源频率 50HZ18、驱动方式双驱三、设备组成1、纵向导轨（12米）纵向导轨采用铁路用轨（38KG），表面经磨削处理，因此具有很高的精度及耐磨性。
驱动齿条由专业厂家进行加工，从而保证了精度要求，同时在导轨两端装有防撞保护装置。
2、大车架（4米）本部件包括钢带箱、主副滑车。
大车架为数控切割机运动的主要执行单元，整机为龙门式结构，具有很高的刚度，在端梁安装有刮削装置，以随时清掉导轨上的杂质。
3、割炬升降挂架（火焰升降挂架1套）割炬升降挂架用于实现割炬升降。
采用直流电机，经齿轮箱减速再由丝杆驱动实现升降。
保证割枪与水平面的垂直度，从而保证了切割的精度。
4、气路系统（1套）气路系统包括气体调节控制盘，气路分配系统等，为保证产品质量及安全性。
调节阀、压力表、割枪、回火防止器、电磁阀等均采用专业厂家的配套产品。
5、操作柜及控制柜（1套）操作柜面板设有割炬预选、急停、电源指示灯、自动/手动升降、电源开关等各种所需功能操作按钮；控制柜则具有防尘功能。
数控火焰切割编程100例
数控火焰切割编程100例1.数控火焰切割编程100例第一例：圆形燃烧截面切割。
设置工程基本参数：X,Y值为400*400mm，Z值为50mm，切割厚度为10mm；设置割断时间为0.1s，重复时间为6s；张力气压为0.2Mpa；定义切割方式为G02，圆圈半径值为350mm，起始点的X、Y坐标为50mm；切割速度为3000mm/min；使用500mm气体管；切向速度为1000mm/min。
第二例：封头式切割。
设置工程基本参数：X,Y值为400*400mm，Z值为50mm，切割厚度为5mm；设置割断时间为0.08s，重复时间为3s；张力气压为0.1Mpa；定义切割方式为G01，起始点的X、Y坐标为50mm；定义切割路径为线条上的封头；切割速度为2500mm/min；使用450mm气体管；切向速度为1000mm/min。
第三例：离散切割。
设置工程基本参数：X,Y值为400*400mm，Z值为50mm，切割厚度为8mm；设置割断时间为0.05s，重复时间为2s；张力气压为0.3Mpa；定义切割方式为G00，起始点的X、Y坐标为50mm；切割速度为4000mm/min；使用550mm气体管；切向速度为2000mm/min。
第四例：扩口切割。
设置工程基本参数：X,Y值为400*400mm，Z值为50mm，切割厚度为7mm；设置割断时间为0.06s，重复时间为4s；张力气压为0.15Mpa；定义切割方式为G04，起始点的X、Y坐标为50mm；定义切割路径为扩口形；切割速度为3000mm/min；使用500mm气体管；切向速度为1500mm/min。
第五例：滚动切割。
设置工程基本参数：X,Y值为400*400mm，Z值为50mm，切割厚度为12mm；设置割断时间为0.09s，重复时间为7s；张力气压为0.25Mpa；定义切割方式为G03，圆圈半径值为300mm，起始点的X、Y坐标为50mm；切割速度为3500mm/min；使用550mm气体管；切向速度为2000mm/min。
机械毕业设计1318数控龙门三枪H型钢自动火焰切割机说明书
目录目录 (1)ABSTRACT (2)第一章总体方案与机架的设计 (2)1．1 总体方案设计 (2)1．2 立柱设计 (3)1．3 立柱热处理 (4)1．4 机架的主要尺寸 (5)第二章传动方案设计 (5)2．1 机床传动设计 (5)2．2 传动方案的选取 (6)第三章机床零部件设计 (7)3．1 丝杠副的选取 (7)3．1．1 滑动丝杠的计算与校核 (7)3．1．2 滚动丝杠的计算与校核 (11)3．2 伺服电机的选取与校核 (12)3．3 导轨的选型及计算 (16)3．4联轴器选取 (18)3．5轴承选取 (19)第四章滑块1上的重心计算 (20)总结 (22)鸣谢 (22)参考文献 (22)数控龙门三枪H型钢自动火焰切割机摘要:机械技术和以计算机为代表的微电子技术在相互渗透中获得迅速发展，形成了机电一体化技术，本次设计在沿于机电一体化的思想下进行的，其中应用了不小现代机电一代的常用技术，极大地丰富了本次设计的内涵。
设计共分四章，主要内容有：总体方案与机架的设计；传动方案设计；机床零部件设计，其中包括丝杠和电机的计算；重心计算。
本次设计简明扼要，重在实用。
ABSTRACT: A s the penetvating of machanical technology and the micro-electronics which is represented by computer ,they improve quickly at the same time. It form a new technology-mechatronics.This design is on the basis of mechatronics. The design apply many common techmologies about mechatronics,it enrich the content of the design deeply.The design contain four chapters.The main content involve the design of the whole project and the frome structare,the design of driving part,the design of the center of grawing,the design of the parts of the machine tool which contain the design of the thread bar,the caculation of the electromotor.This design is concose but very practical.第一章总体方案与机架的设计1．1总体方案的设计1．功能与技术参数分析由于加工的H型钢三个面都要加工，为了提高工作效率，所以采取三枪同时工作，来缩短工作时间。
大直径开孔数控火焰切割机的研制
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大直径开孔数控火焰切割机的研制
王宗义= ， 胡胜海! ， 赵世军=
（ =( 哈尔滨工程大学 自动化学院， 黑龙江 哈尔滨 =>***= ； !( 哈尔滨工程大学 机电工程学院， 黑龙江 哈尔滨 =>***= ） 摘$ 要： 介绍了 ?@@ A = 型大直径开孔数控火焰切割机的设计方案及实际使用情况( 该设备可完成在圆柱壳体 上的大直径相贯圆孔的开孔及切坡口工作， 开孔直径范围 （ ! =( * B #( * C） ( 所开孔可以是正交孔， 也可以是 偏心孔， 并可切割变角度上下坡口( 割炬高度变化范围： =( * C， 切割厚度变化范围： #* B =!* CC， 切割圆孔精 度： D = CC( 采用齿圈转桥式旋转机构、 悬臂和弧板式枪摆机构相结合的结构设计( 采用程序控制、 示教和人机 共享控制相结合的控制策略( 工控机作为数控系统主机， 三相混合式步进电机作为控制电机， 光电编码器作为 测量器件( 本文着重对机械结构设计、 数控系统软硬件设计进行了讨论， 并给出了设计中应注意的一些问题( 本 设备已成功地应用于舰船建造( 关键词： 大直径开孔； 数控切割机； 圆柱面； 相贯线 中图分类号： EF"G!#$ 文献标识码： H$ 文章编号： =**+ A I*"# （ !**# ） *# A *!>G A *>
定心移动的功能! 我们设计由安装了螺旋机构 " 个 支腿的完成工艺架水平调整， 在架面上设计丝杠螺 母机构完成定心! 如图 # 和 " 所示!
图 $% 数控切割机的机械结构 &’(! $% )*+,-.’+-/ 0102*3 45 676 +822’.( 3-+,’.*
龙门式数控火焰切割机横向进给系统的设计设计
1 绪论1.1 切割机的研究现状1958年英国氧气公司试制成功了世界上第1台数控切割机，开创了数控切割的新纪元。
随后，发达国家都相继开展了对数控切割的技术、工艺、相关配套软件和设备的深入开发研究工作，如今，针对不同的工件对象，人们可分别采用数控、机器人切割等多种切割方法；为了满足各种材质的切割性能和精度要求，又可以选用火焰、等离子、激光等与之相适应的切割工艺，真正达到了为用户提供全面解决问题的方案。
我国数控切割技术开发研制是在20世纪80年代初、伴随着微电子技术的成熟并获得广泛应用的基础上开始起步的，经历20多个春秋的持续发展，终于取得了可喜的成就。
目前国产数控切割产品的种类和规格已相当齐全，其中部分产品在技术、性能、指标和功能上均已接近或达到国际上同类产品的水平。
在此就数控切割技术在我国应用情况作一个回顾，并对其介绍其优缺点。
1.1.1数控火焰切割20世纪70年代中期，我国研究了船体线型的数学光顺及曲面外板展开的计算机辅助设计程序，该程序系统产生的输出结果可用于数控加工，从而使船体钢板下料切割不再需要经过实尺放样——制作样板——在钢板上画线——用手工或半自动切割这么多道繁琐的工序，由此而来，应用数控切割船用钢板的优越性立刻展现出来，它既节省了工时、放样台场地和样板材料，又能减轻工人劳动强度，极大地提高了工效。
1.1.2数控等离子切割我国数控等离子切割技术开发研制是在数控火焰切割技术趋于成熟并获得广泛应用的基础上开始的。
20世纪80年代末、90年代初，钢板和其他金属材料的切割量急剧增大，高速度、高效率的数控等离子切割技术日益受到包括造船在内的制造业界的重视，而当时国产设备还一时无法担此重任，许多厂不得已只能花巨资，率先从国外引进数控等离子切割机，以解生产上的燃眉之急。
大量进口机器的接踵而至，给国内同行以极大的鞭策，更激发了我们发愤图强研制先进设备以替代进口设备的使命感和紧迫感。
另一方面，国外先进设备的引进，也为我们提供了难得的学习和借鉴机会。
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中文摘要
摘要
本课题所设计的数控火焰切割机是一种小型切割设备，它可以很方便的对 金属材料进行直线或曲线切割，可广泛应用于机械、建筑、化工、航天等行业。
首先，本文通过对火焰切割技术及数控火焰切割机的国内外研究现状的分 析，对火焰切割机的总体结构进行了设计，整体采用龙门式结构，纵向、横向 和垂直三个方向进给运动均选用步进电动机带动滚珠丝杠传动的开环控制系 统。由于火焰切割机切割工件时无切削力，所以纵向进给运动采用电机直接驱 动工作台运动来完成。其次，利用三维设计软件 Solid Works 完成了火焰切割机 各零件的三维实体造型，并根据各零部件之间的定位关系，完成了总体装配， 验证了设计的合理性。最后，为了加工制造的方便还绘制了切割机的所有零部 件和装配体的工程图。
Works
II
目录
目录
摘 要............................................................................................................................ I
ABSTRACT .................................................................................................................. II 目录............................................................................................ III 第一章 引言............................................................................................................. 1
III
第一章 引言
第一章 引言
1．1 切割技术的种类及发展
切割是焊接生产备料工序的重要加工方法，包括冷、热两类切割，而热切 割又有气体火焰切割、电弧切割、等离子切割和激光切割等各种工艺方法。目 前各种金属和非金属切割已经成为现代工业生产（特别是焊接生产）中的一个 重要工序，被焊工件所需要的几何形状和尺寸，绝大多数是通过切割来实现的。 切割技术被广泛的应用在国民经济建设的各个领域里。
关键词：数控火焰切割机，龙门式，结构设计，Solid Works
I
Abstract
Abstract
The CNC flame cutter designed in this topic is small cutting equipment. It can easily cut metal materials with linear or curvilinear drawings and can be widely used in machining, architecture, chemical industry, spaceflight and other industry.
1．1 切割技术的种类及发展 .................................................................................. 1 1．2 数控火焰切割简介 .......................................................................................... 1
1．2．1 火焰切割及数控火焰切割技术............................................................ 1 1．2．2 国内外数控火焰切割技术的发展........................................................ 2 1．2．3 数控火焰切割机的市场及发展............................................................ 3 第二章 机床总体设计及软件平台选择................................................................... 5 2．1 总体方案的确定 .............................................................................................. 5 2．2 控制及传动系统选用 ...................................................................................... 5 2．3 割矩设计 .......................................................................................................... 6 2．4 SOLID WORKS 软件平台简介........................................................................... 7 2．5 SOLID WORKS 的主要特点 .............................................................................. 8 第三章 数控火焰切割机伺服系统设计................................................................. 13 3．1 数控系统控制方式及组成原理 ................................................................... 13 3．2 步进电机原理及特点 ................................................................................... 13 3．3 步进电机的选择 ........................................................................................... 14 3．3．1 横向步进电机的选择.......................................................................... 14 3．3．2 纵向步进电机的选择.......................................................................... 15 3．3．3 垂直方向步进电机的选择.................................................................. 16 第四章 火焰切割机传动装置设计........................................................................... 18 4．1 螺旋传动 ........................................................................................................ 18 4．1．1 滚珠丝杠副的工作原理及特点.......................................................... 18 4．1．2 滚珠丝杠副的设计.............................................. 错误！未定义书签。 4．2 导轨 ............................................................................... 错误！未定义书签。 4．2．1 纵向导轨设计...................................................... 错误！未定义书签。 4．2．2 横向导轨设计...................................................... 错误！未定义书签。 第五章 结论............................................................................... 错误！未定义书签。 参考文献..................................................................................... 错误！未定义书签。 致谢............................................................................................. 错误！未定义书签。