基于DSP与单片机的激光加工数控系统的研究

金色传说

摘要:通过对激光加工特性的研究,设计了基于DSP与单片机为核心的激光加工数控系统。整个系统全部采用数字化设
计,具有矢量切割、矢量雕刻与位图雕刻三种加工功能,并经过软件优化，实现了较好的加工效果。
0 x8 \9 c$ D( ~6 u0 `关键词:数控系统; DSP; 单片机
: S# d& p; `- ]0 引言
% [; m: j! M' V; l9 c# i0 r激光加工以其精度高,速度快，不损伤工件表面等优良特
性，广泛应用于金属、非金属材料的切割,打标等加工工艺中,在
国外激光享有“万能加工工具”的美称。中国国内工业激光市
7 _+ s. a" }1 P: T: X: g/ T场的起步晚于发达国家20年左右。但由于中国经济的迅速发
展,市场需求带动了激光加工产业的发展。至今,国内从事制造
工业激光系统的公司超过100家，研发批量生产和供、销、维修
服务体系正逐步形成并日趋完善。2003 年全国激光加工设备产
值首次突破16亿元。
激光加工设备的性能除了受高性能的激光发生器和高精度的
机械装置的影响外,其控制系统的性能具有决定性作用，激光加工
; ?" x% x1 S( Y. x3 e# F装置的功能精度加II艺水平等关键性指标主要由其决定。美、
日等国家-直把它列为重点发展目标。因此,我们应该充分认识到
提高国内激光加工控制系统的性能和水平的重要性和必要性,激光
2 A4 k9 f( b, h7 b3 R& v' X! R5 X2 h加工数控系统的研究正成为国内该领域研究的重点。
1 T9 y/ M+ F% d% S- F; p; v8 @
" L2 n. A- i0 \% l7 a1激光加工设备
5 |9 W. p, G3 {! m8 v$ Y激光加工设备主要实现激光切割、激光雕刻等工艺的加工。除机架、
. S( b2 m3 t+ ~3 v工作台、导轨等机械系统之外,还由步进电机.CO2激光器、水泵、气泵、控制.
0 Y* b. v& }; C' o面板数控系统与上位机操作系统组成,设备的控制结构如图1所示。

激光加工主机是加工设备的载体,步进电机、CO2激光器
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控制面板与数控系统都安装在激光加工主机中。上位机与数控
系统通信,为数控系统提供图形数据。控制面板是激光加工设
, _2 b$ e. L- y. O1 K  |
0 `' _; w( B% ?备上的人机交互界面,有键盘与液晶屏组成。用户通过键盘向
# }2 t4 g+ s3 d  D' V6 c0 S数控系统发出加工等操作命令,并从液晶屏上实时获得数控系
统的各种信息。限位开关用于保护步进电机,当步进电机带动
的工作平台运动超界时，限位开关向数控系统报警以停止工作。
水泵和气泵用于冷却激光器与被加工材料。激光加工头由X向
* m1 b% Z0 i: w7 h6 Q. C+ [和Y向两个步进电机组成的移动平台带动。激光器与步进电机
7 g( W- K3 ?2 V% ?由数控系统控制,进行激光加工。可见，数控系统是激光加工设
备的核心,是连接设备各组成部分的纽带。
& r7 p7 q2 M2 L. b1 [2数控 系统原理结构
$ f- F3 M7 _' ?" }3 @& n% i& ^: W数控系统是激光加工设备的关键部件,其性能直接决定了
激光加工的质量,国外的很多优秀激光加工设备主要是依赖于
高性能的数控系统才得以实现各种高质量的加工。本设备设计
8 A! U1 D/ ~: Z; E$ u" v7 P+ l的数控系统是基于DSP与单片机的核心,实现接收上位机的图
( G& C' [# b: I形数据、进行数据处理、控制步进电机与激光器进行激光加工等
! j% F) i5 N- N功能。DSP与单片机之间采用双口RAM通讯,两者作为相对独
立的工作模块实现各自功能,系统原理图如图2所示。
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Racheler

上位机与数控系统通信,为数控系统提供图形数据