激光切割裝置系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張國棟，祁瑞敏

（鄭州華信學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，河南 鄭州 451100）

激光切割主要采用聚焦鏡把光束聚成非常小的光點(diǎn)，使得光點(diǎn)處達(dá)到很高的功率密度，這時(shí)光束的能量能絕大部分的射入到材料當(dāng)中，此時(shí)，材料就會(huì)很快被加熱到汽化程度，蒸發(fā)形成空洞，同時(shí)用與激光束同軸的壓縮氣體吹走被融化的材料。隨著光束與材料相對(duì)線性移動(dòng)，使孔洞連續(xù)形成寬度很窄的切縫。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)主要包括3部分：上位機(jī)、下位機(jī)和切割裝置組成。切割裝置主要由激光發(fā)射部件和控制電機(jī)組成，激光發(fā)射部件為固定部分，被切割材料裝在運(yùn)動(dòng)部件上。運(yùn)動(dòng)部件主要有兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)控制，分別為縱向運(yùn)動(dòng)控制電機(jī)（Y軸控制電機(jī)）和橫向運(yùn)動(dòng)控制電機(jī)（X軸控制電機(jī)）。在切割材料時(shí)，當(dāng)只有軸電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，被切割物體將被延Y軸方向（縱向）切割開，當(dāng)只有Y軸電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，被切割材料將被延X軸方向（橫向）切割開，X軸電機(jī)和Y軸電機(jī)能同時(shí)拉動(dòng)被切割物體，當(dāng)Y軸電機(jī)和X軸電機(jī)同時(shí)運(yùn)動(dòng)時(shí)，被切割物體將被延一條曲線切割開來。切割曲線L為：

其中X表示坐標(biāo)軸X方向，Vx表示X軸電機(jī)的轉(zhuǎn)速，Tx表示X軸電機(jī)的運(yùn)行時(shí)間；Y表示為坐標(biāo)軸的Y方向，Vy表示Y軸電機(jī)的轉(zhuǎn)速，Ty表示Y軸電機(jī)的運(yùn)行時(shí)間。示意圖如圖1所示。

圖1 激光切割裝置示意圖Fig.1 diagram of the laser cutting devic

2 軟件設(shè)計(jì)

2.1 上位機(jī)設(shè)計(jì)

上位機(jī)主要采用VB語言來設(shè)計(jì)完成，VB是在Windows環(huán)境中廣泛使用的應(yīng)用程序語言，它以Basic語言為基礎(chǔ)，具有可視化、面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)、事件驅(qū)動(dòng)機(jī)制等特點(diǎn)。VB具有豐富的數(shù)據(jù)類型、眾多的內(nèi)部函數(shù)，提供了模塊化、結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計(jì)語言，結(jié)構(gòu)清晰，簡單易用。上位機(jī)操作界面如圖2所示。

該操作界面包括一些常用的功能，如：新建（文件）、打開（文件）、保存、另存為、打印等，并有相應(yīng)的熱鍵。文件的保存就是將畫布上的圖形轉(zhuǎn)變成對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，并且保存在數(shù)組文件中；文件的打開就是讀取數(shù)組文件中的數(shù)據(jù)，然后將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的圖形。聯(lián)機(jī)菜單中的端口設(shè)置子菜單設(shè)計(jì)，就是在與單片機(jī)通訊前，設(shè)置通訊端口、波特率、通訊協(xié)議、對(duì)數(shù)據(jù)發(fā)送與接收的形式進(jìn)行設(shè)置以及每次讀取的字符串的長度設(shè)置，當(dāng)設(shè)置好后點(diǎn)擊確定按鈕，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)更新文件設(shè)置（對(duì)話框如圖3所示）。

圖2 上位機(jī)操作界面Fig.2 Operation interface of host compution

圖3 對(duì)話框界面Fig.3 Dialog interface

2.2 下位機(jī)設(shè)計(jì)

下位機(jī)主要以單片機(jī)AT89C52為核心，切割裝置上電后，先對(duì)單片機(jī)進(jìn)行初始化處理，當(dāng)上位機(jī)設(shè)置好后，所需要切割的圖形就會(huì)轉(zhuǎn)化成數(shù)據(jù)，通過通訊端口傳給下位機(jī)，下位機(jī)再控制切割裝置來切割材料。具體流程圖如圖4所示。

圖4 下位機(jī)程序流程圖Fig.4 Flow chart of lower computer program

3 硬件電路設(shè)計(jì)

硬件電路設(shè)計(jì)是以單片機(jī)AT89C52為核心，它主要包括：驅(qū)動(dòng)電路、93C46、光電隔離電路等，由于頁面限制，現(xiàn)只給出部分主要電路如圖5所示。

圖5 切割裝置硬件電路圖Fig.5 Hardware circuit diagram of cutting device

93C46是串口通訊電路主要是建立下位機(jī)和上位機(jī)的聯(lián)系。有了串口通訊就能準(zhǔn)確無誤的進(jìn)行操作。光電隔離電路主要是消除噪聲，對(duì)開關(guān)起到一定的保護(hù)作用。

4 結(jié) 論

本文設(shè)計(jì)的激光切割裝置系統(tǒng)能方便的切割形狀不同與尺寸不同的材料，它比沖切、模壓工藝更優(yōu)越，盡管此裝置加工速度慢，但它沒有模具消耗，無需修理模具，節(jié)約了成本，經(jīng)過試驗(yàn)表明，有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

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