Science and Technology & Innovation┃科技与创新
2020 年 第 17 期
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基于 STM32 单片机的激光雕刻机研究
余友根，李荭娜，袁帅帅
（天津理工大学，天津 300380）
摘 要：
以
STM32
单片机作为控制处理器，将激光雕刻技术、嵌入式控制开发技术、运动控制算法等进行了有效
结合，设计出便携式激光雕刻机设备。
关键词：STM32
单片机；激光雕刻；数字控制器；电路设计
中图分类号：TN249 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2020.17.050
激光的产生标志着一个新兴学科的诞生，激光有高能量
密度、相干性高、单色性好、方向性很好、能通过电能转化
等特性，在工业生产和实际应用领域中的到极速发展。工作
过程中激光的高能量对工件进行照射产生升华效应、汽化效
应和溶蚀效应
[1]
，从而形成切缝和雕刻的效果，最后达到雕
刻目标。
1 整机系统设计方案
1.1 雕刻机的控制结构选择
激光雕刻机控制方式分为单机式、主从式控制两种。本
次设计选用主从式控制结构，由上位机和下位机构成。总体
控制结构如图 1 所示。
图 1 雕刻控制系统总体结构
1.2 控制系统整体设计
控制系统的设计为：控制系统硬件模块包括硬件电路原
理图和电路板的设计和制作，控制系统软件模块包括电源电
路控制、插补计算、运动控制、各驱动模块控制、G 代码的
解析和预处理、激光控制、雕刻控制等
[2]
。
1.3 机械结构设计
1.3.1 传动结构
机械结构选择是 X-Y 轴结构。主轴作为 X 轴带动激光
头的移动，横轴作为 Y 轴作为工作台基础。传动可选用传动
带滑轮加方形铝型材组合使用，有强度大、寿命长、结构轻、
不易变形等优点。
X 轴传动结构如图 2 所示。
图 2 传动结构
1.3.2 外形框架
雕刻机的外框架用于支撑整个传动结构，既要满足精度
又要满足强度。使用金属材料结构重，因此框架选择亚克力
材料，结构十分轻巧，强度大。
1.3.3 整体搭建
雕刻机按照机械结构、执行机构、激光头、框架装配设
计完成，整体效果如图 3 所示。
图 3 雕刻机整体效果图
2 整机系统硬件电路设计
2.1 硬件电路总体结构设计
设计激光雕刻机控制系统的硬件结构图，主要由以下几
个部分组成：电源输出模块、上位机和下位机通信模块、控
制器模块、两个步进电机驱动模块、激光控制模块、辅助系
统、散热风扇系统。
2.2 控制芯片选择
结合雕刻机设计要求和处理速度要求，采用 STM32 系
列单片机。开发板配置很多模块接口，直接使用即可，开发
板直接可用，例如 I/O 引脚，开发板引出的 PA 与 PB 部分
引脚，足够开发使用。
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