【《激光旋转加工控制系统总体设计案例》1500字】

激光旋转加工控制系统总体设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u30533激光旋转加工控制系统总体设计案例 144801.1总体结构设计 1207801.2激光系统设计 1243211.3步进电机选型 3100261.4步进电机控制系统方案设计 41.1总体结构设计激光旋转加工是将激光束照射到转盘的旋转工作面上，整套激光旋转机比传统激光打标机具有更先进的三轴旋转系统，实现360度旋转打标、缩放或文字标记[3]。激光旋转加工的整机单体结构图片如下图1.1：图1.1激光旋转工作台的单体结构图1.2激光系统设计激光系统是激光旋转加工机的主要部件，由激光器和振镜扫描头组成。其内部结构如图1.2：图1.2激光系统的内部结构图（1）激光器激光具有方向性、一致性、高亮度和单色性等优点，在标记中得到了广泛的应用。激光器是发射激光的设备，激光器可以根据不同的工作介质分类：①为气体激光器，②为固体激光器，③为半导体激光器，④为自由电子激光器，⑤为染料激光器[4]。图1.3半导体激光器的基本原理图该系统采用国际先进的半导体激光器。其基本原理是，当半导体材料的能带之间或杂质与能带之间存在大量电子时，采用一定的激发方法来反演不平衡载流子粒子的数量。在布居数反转状态下，它们将与许多空穴重新结合产生受激发射，从而产生激光[5]。基本原理如上面的图1.3所示。激光在腔内放大，部分激光通过腔内输出镜输出。（2）激光振镜扫描头在激光旋转加工系统中，采用电流计扫描方式，即激光束照射两个反射镜。打标软件控制扫描电机使两个后视镜沿X和Y轴移动。旋转后，具有一定功率密度的激光束聚焦并发射到工件表面，随着两面镜子的旋转而移动，从而形成标记图案[6]。原理如图1.4所示。图1.4振镜工作原理图1.3步进电机选型步进电机在激光旋转加工控制系统中是执行元件，它是整个激光旋转加工控制系统中至关重要的一部分，因此在进行激光旋转加工控制系统设计时，需了解步进电机的主要参数，结合实际的控制需要，从而选择出满足需求的步进电机[7]。在选择步进电机时主要考虑以下几个技术参数：（1）步距角步距角是给电机的每个脉冲信号的转子旋转角度。计算公式如下：（1.1）其中：N——转子运行拍数；Z——转子的齿数。步进电机的转速n可以通过下面的式子得出：（1.2）式中：f——输入的脉冲频率（Hz）。由上式可以看出，在步进电机选定后也就是N和Z确定后，步进电机的转动速度n只取决于输入的脉冲频率f，两者成简单的线性关系。因此，控制输入到步进电机的脉冲频率是实现电机速度控制的关键[8]。（2）保持转矩保持扭矩是指步进电机通电但不运行时定子锁定转子的扭矩。电机输出力矩大小与其转速成反比，是进行电机选择的一个重要考虑参数。（3）响应频率和启动频率在步进电机响应速度和启动频率满足的前提下，需要其具有较高定位精度和较快响应速度。它的步距角越小，其定位精度理论上就越高；它的响应速度如果越快，系统的效率理论上就越高。步进电机必须在着重考虑这三个方面的基础上进行选择，其在很大程度上决定着控制系统的性能。在此，根据工业现场需要，及价格和数量的考量，对激光旋转加工控制系统的步进电机选择国产某公司生产的39BYG221两相混合式步进电机。其技术参数如表1.1所示。表1.1步进电机技术参数步距角（°相电阻（Ω））相电感（mH）转动惯量（g.cm2）反电动势常数（N.m/A）粘滞摩擦系数（N.m.s/rad）齿数Nr1.80.66.527000.48*10-4501.4步进电机控制系统方案设计激光旋转加工步进电机控制系统的具体设计方案如图1.5所示，其中主控系统作为整个激光旋转加工步进电机控制系统的核心，根据人机交互系统设计好的各类参数，对系统传来的数据进行分析，然后向步进电机系统下发一系列的动作指令来完成加工。主控系统与步进电机系统及人机交互系统之间采用的是RS485总