1、 扬州市职业大学电气与汽车工程学院 毕业设计 (论文 ) 作 者 : 学 号： 教研室 : 机电一体化 专 业 : 机电一体化 题 目 : 基于 PLC的激光切割机运动控制系统设计 指导者： 评阅者： 年 月 扬州市职业大学电气与汽车工程学院 毕业设计（论文）评语 学生姓名： 班级、学号 ： 题 目： 基于 PLC 的激光切割机运动控制系统设计 综合成绩： 指导者评语： 该生能按时完成毕业设计（论文）任务书规定的工作，积极查阅有关文献资料，设计态度端正，能独立思考并解决有关技术问题，论文符合学校规定的格式，写作的规范化程度好。设计方案可行，有一定的创新性，如果再多参考一些外文资料，将会更加完善
2、。建议成绩评定为 ，可以提交答辩。 指导者 (签字 )： 年 月 日 毕业设计（论文）评语 评阅者评语： 评阅者 (签字 )： 年 月 日 答辩委员会（小组）评语： 答辩委员会负责人 (签字 )： 年 月 日 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 中 文 摘 要 目前激光切割机应用于各行各业，我国的激光切割机主要分为 C02 激光切割机和光纤激光切割机 2 种类型，其中 CO2 激光发生器的功率较低，光纤激光由于它可以通过光纤传输，柔性化程度得到很大提高，因此通过光纤激光切割机加工的工件表面精度与质量都比较高，随着信息技术产业的持续发展和工业自动化程度的稳步提高以及产业的不断升级， PL
3、C 和触摸屏还有运动控制单元的应用于激光切割机的现象变得越来越普遍，使激光切割机的改造和技术得到更新，因此对激光切割机运动控制系统的研究成为必然。 通过触摸屏编程指令给 PLC,由 PLC 发出指令 给 X Y 伺服驱动，伺服驱动控制伺服电机带动横梁上切割头做平面移动， PLC 通过开关输入信号检测原点位置，输出信号控制气阀，完成材料的切割。 关键词 ：激光切割、 PLC、触摸屏、运动控制单元 专科毕业设计说明书（论文） 第 I 页 共 II 页 I 目录 1 绪论 . 错误 !未定义书签。 1.1 课题研究背景意义 . 错误 !未定义书签。 1.1.1 激光切割机的发展趋势 . 1 1.1.
4、2 激光切割机产品的对比 . 1 1.1.3 研究本课题的意义 . 2 1.2 PLC 技术的研究与发展 .3 1.3 触摸屏的特性 . 3 2 激光切割机的控制系统方案设计 . 4 2.1 激光切割机的工作原理 . 4 2.2 控制系统方案设计 . 5 2.2.1 激光切割机控制系统控制要求 . 5 2.2.2 控制系统硬件总体结构 . 5 3 运动控制系统的硬件设计 . 6 3.1 PLC. 6 3.1.1PLC 的组成 . 6 3.1.2 PLC 的工作原理 . 7 3.1.3 GX Developer 简介 . 7 3.1.4 FX2N 的简介 . 8 3.2 GOT1000 触摸屏
5、. 8 3.2.1 三菱触摸屏 GOT1000 的通讯模块 . 9 3.2.2 GT DESIDNER3 操作步骤 . 10 3.3 运 动控制 . 12 3.3.1 运动控制概述 . 12 3.3.2 G 代码的简介 . 12 3.3.3 MCIC-4 运动控制卡的介绍 . 13 4 控制系统程序设计 . 15 4.1 触摸屏画面设计 . 15 4.1.1 主画面的设计 . 15 专科毕业设计说明书（论文） 第 II 页 共 II 页 II 4.2 自动模式下运动控制程序设计 . 18 4.2.1 自动模式下的主画面设计 . 18 4.2.2 自动模式下的 PLC 程序设计步骤 . 20 4
6、.2.3 直线轨迹设计 . 24 4.2.4 圆弧轨迹设计 . 29 4.3 手动模式下的运动控制程序设计 . 33 4.3.1 手动画面的制作 . 33 4.3.2 手动模式下的 PLC 程序 . 35 结束语 . 40 致谢 . 41 参考文献 . 42 附录 电路图 . 44 专科毕业设计说明书（论文） 1 第 1 页 共 44 页 1 绪论 1.1 课题研究背景意义 1.1.1 激光切割机的发展趋势 伴随着我国钣金加工业的发展 ， 中国 随着 钣金加工 设备 需求 量的增加 。我国钣金加工工艺 和 加工设备技术的发展不断的进行 优化 ；随着 数控 激光切割机系列加工精度和效率的提升；我
7、国激光切割机市场前景 也发生 新的变化。 光纤激光切割机提高 了 钣金加工的效率；切割精度 也有了 很大的改善； 同时 也 提高了加工板材的利用率， 给企业带来了巨大的 经济 效益。 数控 操作系统和 机床 操作界面 人性化的设计，自动编程软件的应用， 有效减少操作者的失误 ， 减少 了 因失误 造 生的 零件报废 。 光纤激光切割机是 近年来发展起来的数控 激光切割设备；在今后的发展中；仍将 主导钣金加工 设备的地位 ；从解决加工效率以及切割精度 来看，数控光钎激光切割机是设备制造业 未来发展的方向。目前国内光纤激光切割机市场 需求量 大；应用新技术 、新工艺 对传统 制造业 进行改造 升级
8、 ；不仅可以提高产品质量还能快速发展新兴产业 ， 所以光纤激光切割机未来市场发展前景 美好 。 现在激光切割技术正与数控冲床组合，已发展成一机多用，进一步提高设备的 效率。 1.1.2 激光切割机产品的对比 激光 发生 器 是 激光切割机的核心部件 ，早期的激光切割机上使用的是 CO2 激光发生器随着技术的发展，光纤激光发生器的使用逐渐增多，二 者在加工材料的质量、速度、能耗等方面 存在 较大差异 ，下面对 市场上的 两 种类型激光切割机的优缺点进行分析 。 一、光纤激光切割机 优点 ： 光纤激光切割机采用光纤传输 ， 可 以 轻易 的 实现柔性加工 ，与机器人组合可实现三维切割， 且 光 电
9、转换率较高 ， 能达到 25%以上 ， 电能的消耗较小。在切割机 12 毫米以下的薄板时 ， 是目前市场 中 所有切割机中速度最快 ， 切割质量最好的一种 。 其 采用光纤传输 ， 切割的缝隙小 ， 光束直径小 ， 光斑质量好 ， 可用于精细切割加工。 缺点 ： 光纤激光 发生 器的 核心 技术掌握在国外公司手中 ，因而 生产光纤激光切割机的一些零部件 多 采用进口 ， 增加了切割设备的 制造 成本 ，因此 光纤激光切割机的价格都比较 高 。另外在切割较厚的材料和切割高反射材料 时 切割速度 很 慢。 专科毕业设计说明书（论文） 2 第 2 页 共 44 页 二、 CO2激光切割机 优点 ：
10、发生器 功率大 ，它 能够切割 25 毫米的不锈钢、碳钢等材料。非金属材料的亚克力 、木质材料 、 PVC 等材料的切割厚度 更 可达到 60 毫米。可切割 4 毫米的高反射材料铝板。 CO2激光切割机是连续激光 ， 在切割 的 时 候切割表面光滑 ， 切割质量好。 缺点 ： 制造 成本高 。 大功率 CO2 激光切割机 价格 达到了 百 万以上 ， 且维护 保养 成本高 ， 使用过程中的光电转换率 低， 只有 %10 ， 能耗高。维护起来不 太 方便 ， 操作要求高。 激光切割技术逐渐走向成熟，光纤激光切割机在切割薄版上优势明显， 相对于传统的切割模式 而言，光钎 激光切割机的切割表面质量更
11、好 、 速度更快 、制造 成本相对低廉 。光钎 激光切割机将会是未来 钣金加工设备 市场的主流趋势。 1.1.3 研究本课题的意义 从激光切割机研制成功到如今形成一定的产业规模，在 这十几年的发展中，我国在设计和研究数控激光切割机的产品中，国产的数控激光产品的市场占有率低，有少部分中低端产品出口，与工业技术发达的国家比较，我国的激光制造行业相对落后，大部分的有核心竞争力的技术依旧要依赖进口，如大功率激光发生器，激光专用控制系统，激光切割专有技术等。欧美一些大的钣金机械巨头德国通快、意大利 PRIMA 和瑞士百超等公司已经开发出高功率、大幅面、 多维立体 、 高速、数控自动的激光切割机。 不得不
12、承认我国制造 激光设备的水平与国际水平存在较大差距，国内市场上江苏亚威、江苏扬力、武汉楚天、深圳大族等公司在 高端激光设备的生产上难以取得突破，而进口设备订货周期长，价格高，售后服务无法保持，大大限制了我国钣金制造行业的发展，而且由于技术出口对国家有限制，也不利于军工、航空领域的发展，因此在激光切割领域有所突破很有必要。 随着我国 钣金、五金制品、汽车配件 等 各行各业 行业的快速发展，我国数控激光切割设备 的 市场需求 日益增加 ， 且 数控激光切割技术在薄板加工 上渐渐取代 了传统加工 方法 。针 对各 行业 对激光切割设备的庞大需求 ，攻克技术难题，解决核心技术，开发等高性能激光切割 设
13、备成为我们的首要任务 ， 同时也对 对打破国外在该领域的垄 断，实现 国产取代进口 ，节约外汇储备，满足国内市场需求，积极带动我国快速健康发展具有重要意义。 目前，不仅国内专业生产激光切割机的厂商，国内的科研院所甚至大学也都积极参与激光切割机的制造与研发，相信凭借国内科研的实力，在未来一段时间，国产激光切割机的研制一定会取得突破性的进展。 专科毕业设计说明书（论文） 3 第 3 页 共 44 页 1.2 PLC 技术的研究与发展 可编程逻辑控制器 Pogrammable Logic Controller，是一种数字运算操作的电子系统。它采用可编程序的存储器，来执行各种操作的指令，指令系统大致可
14、分为 2 种：即基本指令和扩展指令。通 过数字或模拟的输入和输出，控制各种传动机构。 PLC 在我国已经有 30 多年的应用历史，自 20 世纪 70 年代末进入中国以来，逐渐运用于各行各业，增长十分迅速。至今， PLC 已运用于各种中小型设备， PLC 日益普遍，但价格依旧昂贵。 一直以来，可编程控制器都是工业控制自动化领域的核心，并为各种各样的自动化控制设备提供安全可行的控制方案，与 DCS 和工业 PC 形成了三足鼎立之势。 近几年，国产企业致力于提高国产机械的自动化水平，从而降低对国外高端机械产品的进口需求。故 PLC 作为典型控制产品，广泛应用于纺织机械、印刷机械、机 床和化工机械等
15、诸多行业。 1.3 触摸屏的特性 由于触摸屏是一块四层复合玻璃加工而成的，其清晰度高、透光率好、反应灵敏、分辨率高、使用寿命长，操作方便省去了键盘和鼠标，在工程运用方面越来越多的得到运用。 触摸屏透光率是影响人的视觉，透光率越高越好，除了透光率还要有低失真度、低反光性和高的清晰度，透明度越高人们看到的图像色彩失真就越小，眼睛感觉到很舒服，反光性强的触摸屏会造成重影，严重时会无法辨认图像和字符。清晰度高的触摸屏能够显示清晰的图像，如果清晰度不高会对眼睛造成疲劳甚至伤害。触摸屏采用的是绝对坐标系，如果发生触摸点位置漂移，可以通过校点来校正坐标。 专科毕业设计说明书（论文） 4 第 4 页 共 44
16、 页 2 光纤激光切割机的运动控制系统方案设计 2.1 光纤激光切割机的工作原理 激光切割是一种新兴的板材加工方法，它可以进行金属板材或非金属板材的切割，板材的雕刻和激光焊接，激光切割的工作方式主要有熔化切割、汽化切割等，目前国内使用的一般是熔化切割。 图 2.1 光纤激光切割机的工作原理 其原理如图 2.1 所示，由激光发生器产生的大功率激光束通过一根光纤传送到切割头顶部，通过切割通里的聚焦镜进行聚焦，产生一个直径 0.5 毫米左右的高能量激光束，通过切割头上割嘴的中心孔，照射到板材上，使板材某点产生足够的能量，温度上升到板材的沸点，板材开始熔化，借助高压气体通过割嘴小孔将熔化的材料吹走，使板材上形成一个小圆孔，经过伺服系统控制的 XY 轴纵向和横向移动，形成直线或圆弧的切 缝。 激光切割机主要有机身底座、横梁、工作台、激光发生器、切割头、电器控制系统等部分组成 机身底座上两边安装二根导轨和齿条，在导轨上面安装一根横梁，横梁上有二根导轨和一根齿条，切割头安装在横梁导轨上，使切割头可以纵向和横向移动。 图 2.2 工作台
