摘 要：通過分析激光衝(chong) 擊強化技術的加工工藝特點，開發了基於(yu) 工業(ye) 控製計算機、運動控製器及交流伺服電動機為(wei) 主體(ti) 的激光衝(chong) 擊強化數控係統，並對它的硬件和軟件設計做了詳細的論述。

關(guan) 鍵詞：運動控製器 數控係統 激光衝(chong) 擊強化

Abstract: This paper analyzes the characteristics of working process of laser shock processing, develops the NC system of the laser shock processing based on industrial PC, motion controller and servo motor, and describes its hardware and software designs.

Key words: Motion Controller, NC, Laser Shock Processing

　　近年來,隨著工業(ye) PC 機性能的快速發展,可靠性大為(wei) 提高,而價(jia) 格卻大幅度降低,以工業(ye) PC 機為(wei) 核心的控製係統已廣泛被工業(ye) 控製領域所接受。在機床控製領域,采用工業(ye) PC 機,在流行的操作係統下發展通用的數控係統,已成為(wei) 數控技術發展的最新潮流[1]。

　　激光衝(chong) 擊強化是一種新型的表麵強化技術，它是利用強脈衝(chong) 激光導致的高強度應力波衝(chong) 擊金屬表麵，使材料表層產(chan) 生塑性應變，從(cong) 而提高金屬材料表麵的強度、硬度等機械性能，並獲得表麵殘餘(yu) 壓應力狀態（如圖1所示）。目前，該技術的應用領域已不僅(jin) 僅(jin) 局限於(yu) 強化航空用鋁合金、鈦合金、不鏽鋼、高溫合金等材料，還拓展到航天、汽車、醫學等領域。為(wei) 了提高激光衝(chong) 擊強化技術的自動化程度，開發一套基於(yu) 運動控製器的激光衝(chong) 擊強化數控係統。

圖1 激光強化處理示意圖

1 數控係統的硬件結構

　　1.1 Galil運動控製器

　　在計算機數控係統中,起著關(guan) 鍵作用的組成部分是其中的計算機數字控製裝置和伺服係統,係統的計算速度、實時性、伺服更新速度、資源管理能力、數字通信、精密控製、微量進給等性能都取決(jue) 於(yu) 這兩(liang) 個(ge) 部分。尤其是計算機數控裝置,也就是運動控製單元,更是數控係統的核心單元模塊,數控係統的性能、精度一定程度上依賴於(yu) 運動控製單元的快速控製能力,由它可完成數控係統中實時性要求比較高的插補、位置控製、開關(guan) 量I/ O 控製任務,實現CNC係統中多軸聯動的插補計算、位置控製等功能,使用這樣的運動模塊並輔助以其他的設備部件,可以方便靈活地構建應用於(yu) 不同場合的運動控製係統[2]。

　　PCI總線DMC-1842運動控製器是美國GALIL公司產(chan) 品，采用32位微處理器，可控製1～4軸，其本身具有多軸直線插補、圓弧插補、輪廓控製、電子齒輪和電子凸輪（ECAM）等功能，板上有2M Flash 可擦寫(xie) 存儲(chu) 器及2M RAM，可存儲(chu) 用戶程序、數量、數組和控製程序，並可脫機運行。

　　DMC1842控製器主要性能：

　　▲ 接收12MHz伺服編碼器反饋信號，2MHz步進電機命令（脈衝(chong) +方向）。

　　▲ 帶速度及加速度前饋、積分限製、Notch及低通濾波器的PID。采樣周期62.5μs/軸

　　▲ 運動方式：JOG，PTP定位，輪廓，直線、圓弧插補，電子齒輪，ECAM

　　▲ 2M非易失存儲(chu) 器: 存儲(chu) 應用程序，變量, 陣列;2M RAM

　　▲ 每軸正、反向限位及回零輸入

　　▲ 通用I/O：8/8

　　▲ 高速位置鎖存及比較（0.1μs）

　　▲ 無刷伺服電機正弦波換向控製

　　▲ 上電自動程序運行

　　另外，配套的WSDK軟件工具用於(yu) 伺服性能自動調整和分析，ActiveX控件用於(yu) VB編程，擴展DLL文件用於(yu) C/C++高級應用編程，使得開發和應用變得方便。

　　1.2 機械本體(ti) 結構概述

圖2：係統機械本體(ti) 結構示意圖

　　數控係統的機械本體(ti) 采用龍門式結構[3]，共有四個(ge) 傳(chuan) 動軸，分別為(wei) X軸、Y軸、Z軸和R軸。X軸、Y軸和Z軸通過伺服電機連接絲(si) 杠驅動，可以實現三軸聯動，其行程分別為(wei) 800mm、600mm和400mm.。轉軸由伺服電機經減速器減速來驅動，可連續運動，承重10kg。工作台麵為(wei) 一水池，水作為(wei) 衝(chong) 擊強化的約束介質。在實際工作中，可以利用轉台裝夾工件（如葉片）通過工作台運動實現不同部位的強化，也可以通過運動軸上的反射鏡實現光斑的移動，從(cong) 而實現雙工作方式。

　　1.3 控製係統硬件結構

　　該激光衝(chong) 擊強化數控係統采用工業(ye) PC機為(wei) 基礎，在工控機主板上的PCI擴展槽插上DMC1842多軸運動控製器，形成該係統的控製中心。工控機上的 CPU與(yu) 運動控製器上的CPU構成主從(cong) 式雙微處理器結構，兩(liang) 個(ge) CPU各自實現相應的功能，其中DMC1842主要完成機床四軸的運動控製和相關(guan) 開關(guan) 量的輸入輸出控製。工控機則實現整個(ge) 係統的管理功能。數控係統的硬件框圖如圖3所示。其中，PICM2900互聯模塊將控製器電纜轉換成插線端子方式。

圖3：係統硬件框圖

2 軟件開發

　　係統采用Visual Basic語言與(yu) Galil卡自身的語言綜合開發。其中，VB主要用於(yu) 界麵設計、初始化及參數設置、指令轉換以及和運動控製卡的通訊[4]。整個(ge) 係統能實現的功能主要有：ISO標準G指令編程、圓弧與(yu) 直線插補、運動路徑的演示、故障監控與(yu) 顯示以及各個(ge) 坐標值的實時顯示等。

　　兩(liang) 種語言的合理運用，使得編程變得簡單。例如，X軸以JOG方式運動，用兩(liang) 個(ge) 按鈕分別控製該軸啟動與(yu) 停止。相應的初始化完成後，程序如下：

　　Private Sub Command1_Click（） ’X軸啟動

　　Command1.SetFocus

　　DMCShell1.Command = "JG10000;"

　　DMCShell1.Command = "BGX"

　　End Sub

　　Private Sub Command2_Click（） ’停止運動

　　Command2.SetFocus

　　DMCShell1.Command = "STX"

　　End Sub

3 結論

　　本文提出的係統控製方案中，由於(yu) 采用了基於(yu) 工業(ye) PC機的控製平台，並結合了Galil運動控製器良好的控製性能，使係統具有較強的開放性和可擴充性，人機界麵友好。係統硬件具有較強的穩定性、實時性，可靠性好，運行速度快，控製精度高。

參考文獻

　　[1] 章聲. 基於(yu) PMAC的數控火焰切割機數控係統開發.機電工程,2002, 19（2）:38-40

　　[2] 吳忠. 基於(yu) Galil運動控製器的切割機控製係統.機電工程,2003, 20（4）:44-46

　　[3] 李顯，殷蘇民. 基於(yu) PMAC的玻璃雕刻機數控係統的研究和開發.蘭(lan) 州工業(ye) 高等專(zhuan) 科學校學報,2003, 10（4）:25-28

　　[4] 王浩.高級Windows程序設計技術[M].上海：同濟大學出版社，1997

Development of NC system for Laser Shock Processing Based on Motion Controller
Bai Fengmin