基于台达DMCNET总线的激光切割CNC系统设计开题报告

1. 研究目的与意义

激光切割就是将激光束照射到工件表面时释放的能量来使工件融化并蒸发，以达到切割和雕刻的目的，具有精度高，切割快速，不局限于切割图案限制，自动排版节省材料，切口平滑，加工成本低等特点，将逐渐改进或取代于传统的切割工艺设备。国内高端数控激光切割机床还主要依赖进口，如德国通快、瑞士百超等。随着我国国民经济的发展、企业设备改造和技术更新的深入开展，各行业对数控机床的需求量将大幅度增加，这将有力促进数控机床的发展。特别是现在企业的用工成本增加及劳动力短缺，对数控机床的需求量将大幅度增加。采用工控机设计出廉价、高精度、高可靠性、柔性化、网络化的数控系统具有广阔的应用前景。利用台达dmcnet总线，设计出激光切割专用数控系统。

本切割机床控制系统参照上海柏楚光纤激光数控切割机床控制系统设计，研究数控机床的组成及实现方式，并针对工控机平台提出数控机床系统的整体实现方案；设计基于工控机dmcnet的数控机床系统的硬件，并使系统网络化，具有良好的人机界面；采用操作系统windows xp，将数控系统划分为多个独立并行运行的任务,来实现数控系统所要完成的功能。

采用台达dmcnet总线和运动控制卡实现对电机运动的控制。要求掌握dmcnet总线和台达pci运动控制卡的开发应用，掌握pci板卡的控制模式，了解板卡函数库控制伺服驱动器实现xy平面的直线、圆弧抛物线等曲线插补的方法和位置控制原理，掌握g代码的解释方式、m代码和子程序的处理方式、切缝补偿和背隙补偿、回原点方式、软限位、加工进度、进给速度、切割头的当前位置坐标等数据、m代码和子程序的处理方式等。在pc机设计观感良好的人机界面，控制数控系统的启停、显示当前运行状态、机床机械参数和激光器调高器参数设置、报警信息等。实现cnc系统稳定可靠地执行g代码指令，完成任务。精度控制在0.001mm及以上，速度达60m/min及以上。

2. 国内外研究现状分析

激光是自1960年问世后就很快发展并在实际中得到应有的高新技术。随着对相关基本理论研究的不断深化，各类激光器元件的不断发展，从而使其应用领域也不断拓宽，应用规模逐渐扩大，所获得的经济效益和社会效益更加显著。

激光切割技术以其切缝窄、工件变形小、无接触性，以及广泛的适应性和灵活性在工业领域应用广泛，而且整个工艺过程对环境没有污染。其最主要的四个工艺参数为：激光功率、切割速度、焦点位置及辅助气体压力。激光切割技术的生产与运用已经发展成为一种产业，随着激光切割要求的提高，切割对象从平板扩展到管料，机器的柔性化程度不断提高，大量被用于自动化流水线上。从国外的数控激光切割机来看，其特点在于：整机所配用的激光器功率大，输出模式适应切割的需要，整机稳定性较好，柔性化程度高，可在一机上实现多道加工工序，数控系统先进，有的可以实现五轴联动，激光切割实时控制、光路采用飞行光路系统和自适应光路系统，可切割钢板的尺寸范围大，最大已至6.53 m.

国内对激光技术的研究起步并不晚，但由于基础工业的薄弱和投资力度的不足，使商品化的激光切割机研究远远落后于发达国家。80年代初期，国内一些科研院所引进了一些国外生产的数控激光切割机。主要用于理论研究和试验，80年代后期，我国北京机床研究所、北京机电研究院相继推出了国产的数控激光切割机，产品档次大约相当于国外公司的第一、第二代产品，尚未形成规模生产。

3. 研究的基本内容与计划

本切割机床控制系统参照上海柏楚光纤激光数控切割机床控制系统设计，研究数控机床的组成及实现方式，并针对工控机平台提出数控机床系统的整体实现方案；设计基于工控机dmcnet的数控机床系统的硬件，并使系统网络化，具有良好的人机界面；采用操作系统windows xp，将数控系统划分为多个独立并行运行的任务,来实现数控系统所要完成的功能。

采用台达dmcnet总线和运动控制卡实现对电机运动的控制。要求掌握dmcnet总线和台达pci运动控制卡的开发应用，掌握pci板卡的控制模式，了解板卡函数库控制伺服驱动器实现xy平面的直线、圆弧抛物线等曲线插补的方法和位置控制原理，掌握g代码的解释方式、m代码和子程序的处理方式、切缝补偿和背隙补偿、回原点方式、软限位、加工进度、进给速度、切割头的当前位置坐标等数据、m代码和子程序的处理方式等。在pc机设计观感良好的人机界面，控制数控系统的启停、显示当前运行状态、机床机械参数和激光器调高器参数设置、报警信息等。实现cnc系统稳定可靠地执行g代码指令，完成任务。精度控制在0.001mm及以上，速度达60m/min及以上。

研究周期与时间安排

4. 研究创新点

(1)激光切割之所以精确是因为它基于全飞行光路原理,激光切割是一种以激光为能源的无接触加工技术。激光束经聚焦其能量密度能达到105-108瓦/平方厘米，足以气化、熔化大量热能促使金属进一步熔化，同时高速气流可以切除切缝处的熔渣。因此激光切割具有切割速度快、材料变形小，精度高、噪音小等优点。

(2)采用先进的数控模式实现多轴联动及激光不受速度影响的等能量切割，同时支持dxp、plt、cnc等图形格式并强化界面图形处理绘制处理能力；采用性能优越的进口伺服电机和传动导向结构实现在高速状态下良好的运动精度。

(3)激光切割加工适用于各种金属材料的高精度切割，如不锈钢、碳钢、模具钢、特种钢、铜板、铝板等等。它是利用光的能量经过透镜聚焦后在焦点上达到很高的密度和光束的移动速度均可以调节，因此激光加工可运用到不同层面和范围，如切、打孔、焊接、热处理等。