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。
采用数控技术的火焰切割机可进行多种切割。
龙门式火焰切割机是种用于大型设备的火焰切割机床。
本课题需要需要对火焰切割机龙门横梁机械等基本机构和数控部分的软硬件进行设计。
1.2 切割技术的种类及发展切割技术是焊接生产的重要加工方法，具体分为冷切割与热切割两大类，热切割又可分气体火焰切割、电弧切割、等离子切割和激光切割等切割方法。
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。
近年来，由于机械工业飞速发展的需求和国外先进技术的引进，我国切割技术无论在新工艺的开发方面，还是在新能源的利用方面都有了长足的发展。
自动化、半自动化切割技术的发展，使得切割技术可以代替部分机械加工，大大提高了工作效率，还可以提高金属材料的利用率。
气体火焰切割是热切割中最早被采用和最常用的工艺方法，这种切割方法设备简单、操作方便灵活、投资费用少、切割质量好等特点。
而本文介绍的数控火焰切割机就是在早期切割机的基础上结合近年来高速发展的微型计算机技术被广泛应用于工业领域的实际情况设计出的一种新型切割设备。
[13]1.3 数控火焰切割简介1.3.1 火焰切割及数控火焰切割技术火焰切割就是利用气体火焰的热能将工件切割处金属预热到一定温度后，喷出高速切割氧气流使预热处的金属燃烧并放出热量实现切割的方法。
最常见的气体切割是氧-乙炔火焰切割。
钢材的气割是利用气体火焰（称预热火焰）将钢材表面加热到能够在氧气流中1燃烧的温度（即燃点），然后送进高纯度，高流速切割氧，使钢材中的铁在氧氛围中燃烧生成氧化铁熔渣，同时放出大量热，借助这些燃烧热和熔渣不断加热钢材的下层和切口边缘，使之也达到燃点，直至工件的底部。
与此同时，切割氧流把氧化铁熔渣吹掉，从而形成切口将钢材切割开。
数控火焰切割机是应用计算机数字程序控制（Computer Numerical program Control）的全自动化切割设备，人们借助计算机辅助设计程序，把所要切割零件的形状、尺寸、切割顺序及切割过程中的各项辅助功能按一定的语言程序规则进行编程，然后输入控制机，经运算后发出运动控制及辅助功能指令，再有伺服行走系统和切割执行机构协调动作，从而完成所需零件的切割。
数控火焰切割机的特点：⑴．功能齐全，自动化程度高．具有割炬自动升降和自动调高、自动点火、自动穿孔、自动切割、喷粉画线、喷印字码、喷水冷却、割缝自动补偿、熄火返回重割、动态图形跟踪显示等功能，实现了切割全过程的自动控制。
⑵．可配置多个割炬工作，省去了制作样板和划线的工时，生产效率高．采用套料程序，提高钢板利用率。
⑶．能合理选定切割工艺参数及切割路径，可减小热变形，加工精度高，切割质量好，能够减少后续打磨和装焊工时。
⑷．切割信息易于准备、修改和保存。
⑸．机器运行稳定可靠，操作方便。
[14]1.3.2 国内外数控火焰切割技术的发展国外数控火焰切割机的生产厂家主要集中在德国、美国和日本．其主要厂家有德国的伊萨（E SAB）、梅塞尔（MESSER）日本的田中（TANAKA）小池（KOIKE），美国的（L-TEC）、林德（LINDA）等．而能够代表数控等离子切割技术最高水平的厂家集中在德国，德国伊萨的数控切割机是当今世界上品种最全、功能最多、水平最高、几乎包括了所有非接触式切割手段的数控切割机。
我国数控切割技术的开发工作开始于20世纪80年代初，起步是数控火焰切割机。