激光切割装置系统设计

张国栋，祁瑞敏

（郑州华信学院 机电工程学院，河南 郑州 451100）

激光切割主要采用聚焦镜把光束聚成非常小的光点，使得光点处达到很高的功率密度，这时光束的能量能绝大部分的射入到材料当中，此时，材料就会很快被加热到汽化程度，蒸发形成空洞，同时用与激光束同轴的压缩气体吹走被融化的材料。随着光束与材料相对线性移动，使孔洞连续形成宽度很窄的切缝。

1 系统总体设计

该系统主要包括3部分：上位机、下位机和切割装置组成。切割装置主要由激光发射部件和控制电机组成，激光发射部件为固定部分，被切割材料装在运动部件上。运动部件主要有两个步进电机控制，分别为纵向运动控制电机（Y轴控制电机）和横向运动控制电机（X轴控制电机）。在切割材料时，当只有轴电机转动时，被切割物体将被延Y轴方向（纵向）切割开，当只有Y轴电机转动时，被切割材料将被延X轴方向（横向）切割开，X轴电机和Y轴电机能同时拉动被切割物体，当Y轴电机和X轴电机同时运动时，被切割物体将被延一条曲线切割开来。切割曲线L为：

其中X表示坐标轴X方向，Vx表示X轴电机的转速，Tx表示X轴电机的运行时间；Y表示为坐标轴的Y方向，Vy表示Y轴电机的转速，Ty表示Y轴电机的运行时间。示意图如图1所示。

图1 激光切割装置示意图Fig.1 diagram of the laser cutting devic

2 软件设计

2.1 上位机设计

上位机主要采用VB语言来设计完成，VB是在Windows环境中广泛使用的应用程序语言，它以Basic语言为基础，具有可视化、面向对象程序设计、事件驱动机制等特点。VB具有丰富的数据类型、众多的内部函数，提供了模块化、结构化的程序设计语言，结构清晰，简单易用。上位机操作界面如图2所示。

该操作界面包括一些常用的功能，如：新建（文件）、打开（文件）、保存、另存为、打印等，并有相应的热键。文件的保存就是将画布上的图形转变成对应的数据，并且保存在数组文件中；文件的打开就是读取数组文件中的数据，然后将这些数据转化成相应的图形。联机菜单中的端口设置子菜单设计，就是在与单片机通讯前，设置通讯端口、波特率、通讯协议、对数据发送与接收的形式进行设置以及每次读取的字符串的长度设置，当设置好后点击确定按钮，系统就会自动更新文件设置（对话框如图3所示）。

图2 上位机操作界面Fig.2 Operation interface of host compution

图3 对话框界面Fig.3 Dialog interface

2.2 下位机设计

下位机主要以单片机AT89C52为核心，切割装置上电后，先对单片机进行初始化处理，当上位机设置好后，所需要切割的图形就会转化成数据，通过通讯端口传给下位机，下位机再控制切割装置来切割材料。具体流程图如图4所示。

图4 下位机程序流程图Fig.4 Flow chart of lower computer program

3 硬件电路设计

硬件电路设计是以单片机AT89C52为核心，它主要包括：驱动电路、93C46、光电隔离电路等，由于页面限制，现只给出部分主要电路如图5所示。

图5 切割装置硬件电路图Fig.5 Hardware circuit diagram of cutting device

93C46是串口通讯电路主要是建立下位机和上位机的联系。有了串口通讯就能准确无误的进行操作。光电隔离电路主要是消除噪声，对开关起到一定的保护作用。

4 结 论

本文设计的激光切割装置系统能方便的切割形状不同与尺寸不同的材料，它比冲切、模压工艺更优越，尽管此装置加工速度慢，但它没有模具消耗，无需修理模具，节约了成本，经过试验表明，有一定的实际应用价值。

[1]龚沛曾，陆慰民，杨志强.Visual Basic程序设计教程[M].北京：高等教育出版社，2009.

[2]朱秀芹.激光切割技术在生产中的推广和应用[J].苏南科技开发，2004（11）：11-14.

ZHU Xiu-qin.The generalization and application of the laser cutting technology in the production[J].The Development of Science and Technology in Sunan，2004（11）：11-14.

[3]何立民.单片机应用技术选编[M].北京：北京航空航天大学出版社，2011.

[4]李乐山.人机界面设计[M].北京：北京航空航天大学出版社，2008.

[5]万光毅.单片机实验与实践教程[M].北京：北京航空航天大学出版社，2010.

[6]杨凌霄.微型计算机原理及应用[M].北京：中国矿业大学出版社，2009.