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1、华中科技大学 硕士学位论文 数控激光加工教学实验设备的研究 姓名：谢鹰松 申请学位级别：硕士 专业：机械制造及其自动化 指导教师：汤漾平 20060420 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 I 摘摘 要要 随着激光加工技术的飞速发展，数控激光加工设备在制造业中得到了越来越广泛 的使用。因此，社会对光机电一体化人才的需求不断增长。然而中国高等教育存在的 普遍问题是重视理论而轻视实践。实践环节的缺乏已经成为制约培养高素质人才的重 要因素之一。 提高实践水平的关键在先进实验设备的使用。本文在分析数控激光加工技术的发 展情况及我国当前光机电类专业教学现状的基础上提出并研究了一种开放式的数
2、控激 光加工教学实验设备。 首先，本文根据目前我国数控激光加工教学实验设备缺乏的现状及高校光机电一 体化教学的要求，从满足实验需求出发，提出了研制开放式的，基于运动控制卡的数 控激光加工教学实验设备的设计思路，并对该实验系统的结构和布局进行了总体设计 其次，本文对该实验系统的控制部件、驱动部件以及测量部件进行了研究。文中 阐述了开放式数控系统的硬件架构，详细说明了运动控制卡、伺服驱动系统和测量系 统等各模块的设计思想、工作原理以及使用方法。此外，文中也对光路系统和三轴数 控工作台进行了总体设计。 再次，本文对实验系统软件结构进行了设计。从满足实验功能需求出发，按照模 块化设计，将整个系统分解为
3、三大部分：手动模块、自动模块以及实验模块。文中详 细叙述了各软件模块的功能，其中所含的关键技术及编程方法。 最后，本文阐述了本实验系统今后的发展方向和目标。 关键词：关键词：教学实验系统 运动控制卡 开放式数控系统 数控激光加工 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 II Abstract With fast development of laser processing technology, numerical control laser processing(NCLP) machine is widely used in manufacturing. Hence,the dem
4、and for qualified talents who can master the OPTO-Mechatronics technology keeps increasing. However, there is an ubiquitous problem existing in national college education. The colleges put more focus on theory study instead of practice. Nowadays, lack of practice has already been one of the importan
5、t reasons that block the cultivation of qualified talents. The key to improve practice level is the application of advanced experimental device. Analyzing the development trend of NCLP machine and the teaching status of opto-mechatronics technology, the paper puts forward researching a kind of open
6、numerical control laser processing teaching experimental device based on motion control card. First, according to analyzing the status of lacking of NCLP teaching experimental device and the demand for college opto-mechatronics teaching , to meet the experiment demand ,the paper puts forward the des
7、ign way of a kind of open NCLP teaching experimental system based on motion control card,and makes a general design for the structures and layouts of the experimental system. Second, the paper researches the control component , the driving component and the measuring component of the experimental sy
8、stem. Then ,the paper expounds the hardware structure of open CNC system and specificly narrates the design idea、work principle and using methods of montion control card,servo system and measuring system. Furthermore,the paper makes a general design for light road and three-axises numerical control
9、worktable. Third, the paper studys the software structure of the experimental system. Meeting the experiment demands and following the design idea of modularization, the paper disassembles the whole system into three parts:hand control module,automation module and 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 III experim
10、ental module. Then ,the paper specificly describes the function、the key techniques and programming methods of each software module. Last, the paper narrates the development trend and targets of the experimental system. Key words: teaching experimental system motion control card opern CNC system nume
11、rical control laser processing(NCLP) 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除文中已标明引用的内容外，本论文不包含任何其他人或集体已经发表或撰 写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人 完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期：2006 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向 国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。 本人授权华中科
12、 技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 可以采用影印、 缩印 或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密，在_年解密后适用本授权书。 本论文属于 不保密。 （请在以上方框内打“” ） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期：2006 年 月 日 日期：2006 年 月 日 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 1 1 绪论绪论 1.1 前言 前言 激光加工是指利用激光束与物质相互作用的特性对材料（包括金属与非金属）进 行切割、焊接、表面处理、打孔、微加工的一门综合性技术，该技术融合了光学、机 械、电子、材料以及检测等多门学科。与传统加工方法相比，激光加工
13、的特点是：激 光束能量高度集中，加工区域小，因而热变形小，加工质量高、精度高，加工件不受 尺寸、形状限制，不需要冷却介质，而且无污染，噪声小，劳动强度低，效率高。激 光加工技术的产业化正在我国兴起1。 制造业是一个国家工业的基础，而制造技术又是制造业的技术支柱，制造业水平 的高低是衡量一个国家工业发达程度的重要标志。以传统机电工业为代表的制造业， 正经历着深刻的变革。在这场革命中，大力发展先进的制造技术己成为各国最重要的 几大技术战略之一，先进制造技术己经是国际竞争与产品革新的一种重要手段。数控 技术是先进制造技术的基础。在现代制造技术朝着集成化、综合化和智能化发展的今 天，深入研究新一代数控
14、技术开放式数控系统，具有重要的实用价值和意义。 激光加工技术与数控技术的完美结合形成了种类繁多的数控激光加工设备， 如激 光雕刻机、激光打标机、激光切割机、激光打孔机、激光焊接机等。目前，数控激光 加工设备已经在汽车、航空航天、造船、电机、精密机械及各类板材、模具制造业中 得到了越来越广泛的使用。 科技的发展人才是关键。 数控激光加工技术的广泛应用对传统的机电类专业人材 的培养带来新的挑战。就目前国内高等教育及职业教育而言，数控实训设备条件差， 数量严重不足，且不配套是机电类人才培养所面临的一个很大的问题。因此开发一套 较为先进的能满足新时代下机电类专业人材的培养的实验设备显得十分必要。 华
15、中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 2 1.2 课题的来源、目的和意义课题的来源、目的和意义 1.2.1 课题的来源课题的来源 本课题来源于华中科技大学机械学院工艺装备及自动化系与北方工业大学机械 系合作开发的HJD-G型数控激光加工实验系统。 1.2.2 课题的目的和意义课题的目的和意义 本课题的研究目的， 是要研制出一种适合于多层次机电专业或机械工程及自动化 专业教学的数控激光加工教学实验系统。它集机械、激光、运动控制卡、传感器等技 术为一体，整体上构成了一个以简易的开放式数控系统为控制核心的激光加工设备。 当前，机械、光学、电子电气、计算机技术密不可分且越来越融为一体。要适应 现
16、代光学、机械与自动化紧密结合在一起的特点，学生不仅要打下机械方面的坚实基 础，还需要掌握光学、电子电气、计算机等多方面的知识，动手实践能力尤为重要。 只有把这几个方面融合起来， 才能培养出适应现代科技发展和社会需要并具备创新意 识的人才。 然而，我国高校作为我国光机电一体化专门人才培养基地，在数控技术应用方面 的教学相对滞后于社会的实际需求。很久以来，高等院校的实验多数都是验证性的实 验。特别是专业实验，由于设备陈旧，许多实验很少开出或根本不开。这就使得工科 教育理论化，学生动手的机会很少，限制了学生独立思考的空间，减少了学生创新能 力发展的机会和条件。尤其，在机械与电子的结合点上，机电专业的学生更多是学习 机械与电子两方面的专业基础课，由于实验条
