基于PC機(jī)和單片機(jī)的激光加工機(jī)控制系統(tǒng)
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激光加工技術(shù)按應(yīng)用可分為激光切割、激光焊接、激光熱處理。它已在汽車、電子、電器、航空、航天、機(jī)械、冶金、能源、交通等行業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用，與常規(guī)加工技術(shù)相比，激光加工存在如下的優(yōu)勢(shì)：
（1）由于它是無(wú)接觸加工，并且高能量激光束的能量及其移動(dòng)速度均可調(diào)，因此可以實(shí)現(xiàn)多種加工的目的；
（2）它可以對(duì)多種金屬、非金屬加工，特別是可以加工高硬度、高脆性、高熔點(diǎn)的材料；
（3）激光加工過程中無(wú)“刀具”磨損，無(wú)“切削力”作用于工件；
（4）激光加工過程中，激光束能量密度高，加工速度快，并且是局部加工，對(duì)非激光照射部位影響極小，因此其熱影響區(qū)小，工件變形小，后續(xù)加工量??；
（5）由于激光束易于導(dǎo)向，極易與數(shù)控系統(tǒng)配合，對(duì)復(fù)雜工件進(jìn)行加工，因此是一種極為靈活的加工方法；
（6）使用激光加工，生產(chǎn)效率高，質(zhì)量可靠，經(jīng)濟(jì)效益好。
但現(xiàn)有的激光加工機(jī)多采用機(jī)械變速或單板機(jī)進(jìn)行控制，存在著操作繁雜、控制單調(diào)、編程困難、程序不易保存、不直觀等缺點(diǎn)，不能適應(yīng)激光技術(shù)的使用要求，因此我們開發(fā)了多功能激光加工機(jī)的微機(jī)控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用主從分布式控制，PC機(jī)作為主控制單元，51系列單片機(jī)作為從控制單元。即控制系統(tǒng)上位機(jī)為PC機(jī)，下位機(jī)為單片機(jī)系統(tǒng)。
2 系統(tǒng)組成與工作原理
2.1 系統(tǒng)硬件原理
2.1.1 PC機(jī)的功能
作為主控制單元的PC機(jī)，其主要功能：
（1）完成信息加工。包括加工信息的輸人、修改、縮放，并且把編輯的圖形、漢字加工信息轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)所需要的控制信息。
（2）完成加工信息的開環(huán)模擬顯示和加工過程中的即時(shí)加工軌跡的顯示。
2.1.2 8031單片機(jī)的功能
作為從控制單元8031單片機(jī)，主要功能：
（1）接受主控制單元生成的控制信息，將其轉(zhuǎn)化為步進(jìn)電機(jī)所需的電脈沖，脈沖的頻率特性和占空比滿足步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源的要求。
（2）步進(jìn)電機(jī)的脈沖分配器。脈沖分配器采用軟件實(shí)現(xiàn)，因而電機(jī)的升、降頻均實(shí)行實(shí)時(shí)軟件控制，大大降低了電機(jī)運(yùn)行時(shí)和升、降頻時(shí)的失步、增步、顫抖和噪音。
2.2 主從控制單元的通訊方式
本系統(tǒng)的主控單元和從控單元不必分開，把從控制單元做成了PC總線擴(kuò)展板，直接插人主控單元的擴(kuò)展槽中，通過PC總線直接通訊，從控單元共用主機(jī)電源，這樣不僅優(yōu)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，而且提高了系統(tǒng)可靠性。
主從單元的通訊線路如圖2所示： 本系統(tǒng)采用I/O通訊方式，其中PC總線上的ADDR為根據(jù)需要所選用的空閑的PC機(jī)I/O地址，IORQ1為8031的數(shù)據(jù)I/O口地址。例如，當(dāng)ADDR和IOW同時(shí)有效時(shí)，就可把要傳送的數(shù)據(jù)傳送到Ul中暫存，當(dāng)8031的RD和IORQ1同時(shí)有效時(shí)，8031就可由IORQ1口地址中讀人數(shù)據(jù)。當(dāng)IORQ 1和WR同時(shí)有效時(shí)，就可把要傳送給PC機(jī)的數(shù)據(jù)傳送到U2暫存，當(dāng)PC的ADDR和IOR同時(shí)有效時(shí)，PC機(jī)就可由ADDR口地址讀入數(shù)據(jù)。
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