串并联激光切断机床数控软件研发

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1、串并联激光切断机床数控软件研发第1章绪论1.1研究背景和课题激光切割机床作为一种薄板材料的自动切割设备，具有功能齐全、速度快、效率高、劳动强度低和高度自动化的优点，在当今世界，己经被广泛应用于多种领域之中，例如汽车制造业、航空航天、机械制造业、石油化工等领域。激光切割技术在整个激光加工技术中具有非常广阔的市场前景，同时在工业领域也是非常重要的应用技术，在整个切割市场中占到70%以上的份额[1]。假如切割材料为2mm厚的低碳钢板，采用功率为L2KADA、MURATA、NTC，德国的TRUMPF，美国的L-TEC，林德(LINDA)，瑞士的

2、BYSTRONIC以及德国的伊萨(ESAB)、梅塞尔(MESSER)等是目前世界上较为知名的激光切割公司，这些国外公司所研制的激光切割机床除了具有各自的优越性能以外还代表了在激光切割行业的最高水平。与这些世界上比较知名的激光切割机床企业相比，国内自主研发的激光切割机床在一定程度上还有待完善和提高，在控制系统方面，国产绝大多数的企业，其激光切割设备的控制系统采用的是国外某些通用机床的控制系统。虽然这些系统在某些方面具有优越性，如性能好、可靠性高等，但是，由于这些系统不是专门的切割系统，在切割机床上使用不方便；而且，这种国外的控制系统对国内

3、是不开放的，很难进一步的开发完善，例如集成自动套料和图形编程软件等。本课题于上海洛克机电工程有限公司的预研项目，项目名称为：三轴串并联激光切割机床控制软件开发。1.2激光切割机床常见结构及发展趋势数控激光切割机床是在过去的十年中得到快速发展的钣金加工设备。在工业较为发达的国家如美国、日本等，激光切割机的销售量一直呈逐年上升趋势，应用领域和规模不断扩大，呈现出了一种良好的发展势头。自1983年以来，我国己成立大批的生产激光切割机的企业，他们成产出大量的激光切割机床来供应社会生产力的需求。但是，随着工业自动化程度的进一步提高，对激光切割机床

4、的需求量也越来越大，预计未来社会需求量将会进一步提升[5]。在加工速度和加工精度方面，数控激光切割机比传统的数控冲床速度更快、精度更高。在切割材料方面，既可以切割金属材料又可以对非金属材料进行加工，对于普通碳钢，切割厚度可以达到20mni,具有广阔的应用前景。固定光路式激光切割机床与飞行光路式激光切割机床的本质区别就是该机床的光路是固定的，依靠工作台在各个方向的运动来完成加工。该类型的激光切割机床的工作台采用十字交叉的方式，但是这种机床的缺点就是工作台的质量太大，速度在快速切换时容易引起机床剧烈振动，而且工作台的质量限制了整个机床的运行

5、速度。第2章机床的整体结构以及控制软件2.1硬件的整体结构传统串联式的激光切割机床，具有较大的有效工作区域。但是，龙门框的质量较大，运动惯性较大，当采用龙门框运动来完成图2.1所示的切割样品时，由于样品中具有较多的尖端图形，需要龙门框频繁的往复移动，这不仅会引起机床产生较大的振动，而且对机床传动部件的损害也较大。所以需要采用质量较轻，运动便捷的结构来完成这样图案的切割。并联结构机床具有刚度高，质量轻的特点，而且启动速度较快。当采用并联结构对图2.1中所示的尖端小区域部位进行加工时，机床产生的振动较小，而且速度比依靠龙门框的移动要快的多。

6、在总结了串联结构以及并联结构的各自优点以后，为了使得激光切割机床在获得大的工作区域的同时，又可以拥有高精度、高刚度、高速度以及灵活的加工特性，需要设计出一种串并联相结合的激光切割机床。经过综合考虑以后，串联机构部分仍然延续传统的串联式结构即龙门式结构，并联结构则是在龙门框的基础上进行衍生出来的。之所以采用这种串并联式的机械结构，是因为将并联结构部分安放在龙门框上，既可以在龙门框静止时单独进行小区域的切割加工，又可以与龙门框进行联动进行大区域的切割，保证了高速、高效的加工要求，还具有较大的工作区域。在切割图2.1所示的工件时，通过并联机构

7、的运动可以最大程度地减少龙门框的移动频率和运动距离，避免机床产生较大振动，在一定程度上也可以延长传动部件的使用寿命。2.2系统的控制软件开发本文开发的串并联激光切割机床数控软件采用模块化的设计理念，首先将软件中涉及到的功能分别做成独立的模块，然后将各个功能模块进行整合，最终使得各个功能模块融为一个完整的数控系统，具有良好的开放性，为后续的开发完善奠定基础。整个数控软件的内部构成框架如图2.5所示，主要有如下内容：(1)控制软件的设计是基于atlab对插补轨迹进行了仿真。3)完成了图形与数控代码自动转化的模块。首先根据切割图形之间的关系，

8、对图形进行有序化处理，并选择合理的加工方向，然后采用贪心算法对图形路径进行了优化，最后自主完成了图形与数控代码的自动转化模块。