选择性激光烧结_SLS_成型设备控制系统设计_张仟.pdf

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1、№．１陕西科技大学学报Ｆｅｂ．２０１２Ｖｏｌ．３０ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＳＨＡＡＮＸＩＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ·３３·＊文章编号：１０００－５８１１（２０１２）０１－００３３－０３选择性激光烧结（ＳＬＳ）成型设备控制系统设计张仟，党新安，杨立军（陕西科技大学机电工程学院，陕西西安７１００２１）摘要：基于ＰＣ平台，采用ＰＣ＋数控功能板的构建方法，设计了以运动控制卡为核心的开放［１］式数控系统，并阐述了该系统的软件及硬件组成，最后通过编程软件Ｖｉｓ

2、ｕａｌＣ＋＋６．０开发了该运动控制系统的人机操作界面，对于提高选择性激光烧结控制系统的性能、简化控制系统结构和降低成本具有重要的意义．关键词：选择性激光烧结；运动控制器；开放式数控中图法分类号：ＴＰ３１文献标识码：Ｂ０引言计算机技术的飞速发展推动了数控技术的进步，许多数控系统生产厂商利用ＰＣ机丰富的软硬件资源开发了开放式体系结构的新一代数控系统．开放式数控系统具有更好的通用性、柔性、适应性、扩展性，［２］并向智能化网络化发展．而在众多开放式数控系统中，ＰＣ＋数控功能板型是目前比较现实而有效的实施开放式数控系统的途径，因此针对选择性激光烧结成型的控制要求，采用ＰＣ＋数控功能

3、板型开放式控制方法，设计该设备合适的控制系统具有重要的应用价值．１控制系统硬件设计激光烧结快速成型是由ＣＡＤ造型转变为实体零件的过程，成型过程中计算机控制系统完成ＣＡＤ几［３］何信息的接受和处理、加工指令的生成与传输、激光烧结成型过程的控制等．在国外已出现的快速成型设备中，美国德州大学采用分布式控制，主机采用多用户能力、标准网络文件传输协议的ＵＮＩＸ操作系统，数据串行传输，仍为单机控制，这种串行化的控制方式有几个明显缺点：（１）激光烧结快速成型时，在一台计算机上先进行数据信息处理，完成后再进行成型加工．这种方式非常耗时，在ＣＡＤ的ＳＴＬ文件调入后，往往需要几个小时的处理时

4、间才能开始成型加工．（２）如果提高效率，必须增加计算机，从而增加了设备投资．（３）当成型的零件较为复杂时，这种控制方式数据量大，对存储容量有很高的要求．针对以上问题，根据选择性激光烧结快速成型工艺对计算机控制系统的要求，选择性激光烧结快速成型控制系统采用基于工业ＰＣ机的单微处理器通用型控制结构．ＳＬＳ成型控制系统硬件主要包括激光扫描控制单元、铺粉控制单元、小键盘及限位开关编码电路．激光扫描控制单元根据数控指令控制Ｘ，Ｙ向伺服电机执行激光扫描动作，铺粉控制单元控制Ｚ，Ｕ，Ｖ向步进电机实现铺粉动作，其中Ｚ，Ｕ向步进电机实现粉床的供粉动作，Ｖ向步进电机实现铺粉滚筒的铺粉动作．计

5、算机根据数控指令控制激光开关，小键盘上的按键及限位开关由编码电路统一编码输入计算机，其硬件结构如图１所示．＊收稿日期：２０１１－０９－２８作者简介：张仟（１９８５－），男，湖北省黄冈市人，在读硕士，研究方向：机械制造及自动化基金项目：国家自然科学基金资助项目（５０９７２０８６），陕西科技大学研究生创新基金资助项目·３４·陕西科技大学学报第３０卷为了方便地实现人机界面的开放化和个性化，采用实时控制由控制卡来承担，ＩＰＣ非实时处理的方式．这种系统有其独特的优点：可共享计算机的所有

6、资源，并且灵活性好、功能稳定．２控制系统软件设计控制系统软件协调管理整个数控系统，其主要工作有：激光开关控制及人机交互、数据处理与转换、成型装置的运动控制．为提高成型系统的效率，ＳＬＳ控制系统采用多任务处理机制．将其成型装置的功能模块分为两个线程进行管理，即数据处理线程和加工控制线程．数据处理线程的作用在于接受ＳＴＬ文件，进行三维零件模型的分层切片处理，产生加工数控指令等．加工控制线程的主要功能是激光扫描控制、供粉和铺粉操作、ＳＴＬ文件修补［４］以及人机交互界面的管理等．因为运动控制器本身都提供了运动控制函数库，因此本系统通过下位机运动控制器所提供的运［５，６］动控制函数

7、库，采用ＶｉｓｕａｌＣ＋＋６．０作为编程工具，在后台基于Ｗｉｎｄｏｗｓ操作系统的条件下开发控制系统应用软件，其总图１选择性激光烧结（ＳＬＳ）成型体结构如图２所示．设备控制系统硬件结构图３主控制界面ＰＣ＋数控功能板型开放式控制系统具有友好的人机交互能力和用较强的用户交互界面，操作简便．启动系统控制软件便可进入系统主控制界面．如图３所示，在主控制界面上面有各轴的坐标跟踪显示，显示各轴的实时位置状态．主控制界面中左半部为程序编辑区，该区用于输入三维零件模型分层切片处理时产生的数控代码指令．主控制界面右半部为图形显示区，显示激光扫描当