近年来,随着造船、汽车等制造业发展的提速,金属切割总量随之大幅增长,用户对提高生产率、改进产品质量、解决技术劳动力不足、减少二次加工量、改善工作环境的要求越来越迫切,因此,自动化程度较高的数控切割机的市场需求也在迅速扩大。然而,许多购买力不高的用户虽然有强烈的使用数控切割机的愿望,但大型数控切割机昂贵的价格使得他们望而却步。便携式数控切割机以大型机1/5～1/10的价格,满足主要切割功能的自动化程度受到了广大中小用户的欢迎,该机一经上市,其销量便迅速增长,市场前景和发展潜力巨大。受某切割机制造商的委托,本文针对便携式数控切割机的控制系统进行了设计和开发。首先,在调研国内外数控切割机研究现状和发展趋势的基础上,提出了以DSP+单片机为核心的控制系统整体方案。作者完成的主要设计工作和特点是:(1)完成了数控系统的硬件设计,主要包括:电源模块;DSP及其外围电路;步进电机控制和驱动模块;液晶驱动模块;USB数据存取模块;I/O输入输出模块和键盘模块等。其中:USB接口可通过价廉易用的U盘来接收在外部设备(如:PC机)上制作好的加工代码,免去在自身系统上编程时的麻烦。采用价格较便宜的步进电机(精度不如伺服电机)作为运动控制执行器是因为该切割机主要用于火焰切割(割缝为3～5mm),对位置控制精度要求不高(误差≤0.5mm);采用DSP作为电机控制芯片,是因为DSP具有电机控制事件管理器(支持电机的转向、PWM指令的产生、控制算法的处理、数据交流和系统监控等功能),能很好地满足响应速度和加工质量的要求;采用图形液晶(蓝白)显示是为了在实时监控切割过程等人机接口方面,不比大型数控逊色很多。(2)开发了可单独在PC机上运行的辅助编程软件,该软件提供了参数编程、标准代码转换、多零件套料、割缝补偿等大型切割机才具备的强大功能,巧妙地利用了容易得到的外部资源(PC)来弥补了便携式切割机硬件资源的先天不足,同时又没有增加控制器的硬件开销,很好的解决了成本和性能的矛盾。(3)完成了数控系统的软件开发。包括:直线和圆弧插补算法的设计和实现;DSP电机运动控制程序(单步前进、后退;四方向移车;I/O逻辑等);USB数据通讯;软件实现的故障监测和报警功能(该功能既方便了系统调试,提高了系统的智能化,又没使成本增加)等。(4)在完成系统的软硬件设计开发后,作者实际制作了控制系统样机,并利用厂家提供的切割机机床,进行了整机的联调和测试。经过三代样机的不断改进,最终完成的便携式数控切割机运行稳定、具备常用的切割功能、最高运动速度达12000mm/min,位置控制误差小于0.5mm。测试结果表明:系统的功能和技术指标已初步达到了客户的要求,经过进一步的运行试验和可靠性考核后,可望进行小批量试产。