摘 要

激光切割就是将激光束照射到工件表面时释放的能量进而来使工件融化并蒸发，最后达到切割和雕刻的目的，激光切割具有切割精度高，切割速度快，自动排版节省材料，切口平滑，加工成本低等特点，而且其不局限于切割图案限制，近几年激光切割正在快速发展，将逐渐改进或取代于传统的切割工艺设备。本切割机床自动换料系统选用dsPIC33EP256MU806主控芯片并搭建其外围的硬件电路，参照瑞士百超BS3030型激光数控切割机床换料系统设计，采用钢板焊接、电动机控制，具有两层换料结构。两台减速电机控制工作台的上下运动，一台变频电机控制工作台的进退运动。系统采用数字信号控制器dsPIC芯片控制，要求具有上下、进退、手动、自动、报警灯功能。在激光切割自动上料架控制系统实现的阐述上，本文将重点放在激光切割机床自动上料架控制系统的硬件设计的方面来论述。该控制系统是由上位机提供送料信号，控制器接收信号并控制电机、气缸等执行元件顺序动作，上、下限位接触继电器将机械位置信号传送给控制器，控制器通过中断程序中断当前程序并跳转至中断程序，实现自动送料系统各部分的顺序动作。另外使用了变频电机，实现对送料速度的控制。此变频电机采用PWM控制技术。

关键词：激光切割；自动上料架；dsPIC；PWM

Design of automatic feeding frame control system for laser cutting machine tool

ABSTRACT

Laser cutting is irradiated with a laser beam to the release of the workpiece surface energy and to enable the workpiece melting and evaporation, the final purpose of cutting and engraving, laser cutting has high cutting precision, fast cutting speed, automatic typesetting material saving, incision smooth, processing cost is low, and it is not limited to cutting restriction pattern, in recent years, laser cutting is the rapid development, will gradually improve or to replace the conventional cutting process equipment.本切割机床自动换料系统选用dsPIC33EP256MU806主控芯片并搭建其外围的硬件电路，参照瑞士百超BS3030型激光数控切割机床换料系统设计，采用钢板焊接、电动机控制，具有两层换料结构。两台减速电机控制工作台的上下运动，一台变频电机控制工作台的进退运动。系统采用数字信号控制器dsPIC芯片控制，要求具有上下、进退、手动、自动、报警灯功能。 The cutting machine automatic refueling system selects dsPIC33EP256MU806 main control chip and build the peripheral hardware circuit, according to Swiss Bystronic BS3030 type of laser CNC cutting machine refueling system design, uses the steel plate welding, motor control, with two layers structure of refueling. Two sets of gear motor control worktable moves up and down, and a variable frequency motor control table. The system adopts digital signal controller dsPIC control chip, with upper and lower, retreat, manual, automatic, alarm lamp function.在激光切割自动上料架控制系统实现的阐述上，本文将重点放在激光切割机床自动上料架控制系统的硬件设计的方面来论述。该控制系统是由上位机提供送料信号，控制器接收信号并控制电机、气缸等执行元件顺序动作，上、下限位接触继电器将机械位置信号传送给控制器，控制器通过中断程序中断当前程序并跳转至中断程序，实现自动送料系统各部分的顺序动作。另外使用了变频电机，实现对送料速度的控制。此变频电机采用PWM控制技术。 In laser cutting automatic feeding frame control system to achieve the elaboration on. This paper will focus in laser cutting machine automatic feeding frame control system hardware design to discuss. The control system is by the host computer to provide feed signal, controller receives the signals and control the motor, cylinder and execution sequence element action, upper and lower limit contact relay will mechanical position signal transmitted to the controller, controller through interrupt program interrupt the current program and jump to the interrupt program, automatic feeding system in different parts of the order of action. In addition to the use of variable frequency motor, so as to control the feeding speed. The variable frequency motor control technology using PWM.

Keywords: laser cutting；automatic feeding frame； dsPIC； PWM

目 录

1 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 课题研究的背景及意义 1

1.3 课题研究的来源 2

1.4 国内外现状及趋势 2

1.5 激光切割机床工作原理及说明 3

1.6 论文主要研究内容 4

2 激光切割自动上料架的功能研究与方案设计 5

2.1 自动上料架工作原理 5

2.2 控制系统设计目标 5

2.3 上料架传动装置 6

2.4 本章小结 7

3 激光切割机自动上料架控制系统硬件设计 8

3.1 系统的硬件总体设计 8

3.2 电源部分 9

3.3 控制系统芯片（DSPIC33EP256MU806） 9

3.4 启停信号 10

3.5 上下电机控制 11

3.6 LCD 12

3.7 DA模块 13

3.8 键盘 14

3.9 行程开关 15

3.10 本章小结 16

4 上料架控制系统的软件设计 17

4.1 软件概述 17

4.2 软件要求 17

4.3 控制系统软件总体设计 17

4.3.1 I/O端口引脚配置 19

4.3.2 变频器Modbus通讯设置 20

4.3.3 通讯异步收发器(UART)相关设置 22

4.3.4 振荡器的配置 23

4.4 本章小结 24

结 论 25

致 谢 27

参考文献 28

附 录 29

1 绪论

1.1 引言

激光切割是通过经聚焦的高功率密度激光束照射工件，然后使被照射的材料迅速熔化、汽化、烧蚀或达到燃点，同时借助与光束同轴的高速气流吹除熔融物质，最后实现将工件割开的目的。激光切割技术是激光加工行业中最重要的应用技术之一，也是激光加工中应用的最早、使用的最多的一个加工方法。激光切割与其他切割方法相比较，其具有切割缝细、热影响区小、切割面质量好、切割时没有噪声、切缝边缘垂直度好、切割边光滑、切割过程可以实现自动化控制等优点。激光切割的特点是高速度、高精度和高适应性。激光切割可以切割碳钢、不锈钢、合金钢、木材、塑料、橡胶、布、石英、陶瓷、玻璃、复合材料等 ^[1] 。激光切割板材时，不需要模具，当加工时需要采用复杂的大型模具，激光切割能大大缩短生产周期和降低成本。在实际生产中，为了提高生产效率，改进生产工艺，激光切割机床的自动上料系统应用越来越广泛。激光切割机自动上下料架，是激光切割机控制钣金材料加工时进入机床和加工完成后退出机床的控制系统。它由操作台,电机和行程开关三部分组成，通过编写的程序实现上下料架的自动化。

1.2 课题研究的背景及意义