近年来,中厚板钢材在钢铁工业应用中的比例逐年增加;其中,2015年应用于桥梁、船舶、航空等领域的中厚钢板产量已高达1.3亿吨,迫切需要优质、高效和低成本的中厚板热切割系统。在中厚板热切割领域,等离子切割由于最高的技术与经济性而具有广泛应用前景。现阶段,大功率等离子切割电源启动稳定性差、控制精度低、数字化程度低、集成度低等缺点,成为限制其在中厚板领域推广应用主要原因。因此,开展中厚板机器人数字化等离子切割系统及工艺性能研究具有重要的理论与工程意义。在广东省工业高新技术领域科技计划项目(项目编号:2013B010402007)以及广东省数控一代机械产品创新应用示范工程专项资金项目(项目编号:2013B011302006)的资助下,本文针对中厚板等离子切割存在的问题,结合机器人技术和数字化控制技术,设计开发了集稳定性、工艺性、系统性于一体的机器人数字化等离子切割系统。论文首先阐述并分析了等离子切割设备与工艺的研究现状以及发展趋势;结合中厚板等离子切割工艺要求,完成机器人等离子切割系统的整体设计。其中,切割系统设计主要包括数字化切割电源设计、水电气控制箱设计、机器人控制设计。数字化等离子切割电源主电路设计主要包括三相EMI滤波器设计、功率主电路设计、高频起弧模块设计。切割系统硬件电路设计主要以STM32F405RGT6为核心搭建外围控制电路,包括MCU最小系统设计、控制电路设计、故障诊断电路设计、通信与隔离电路设计。切割系统软件设计主要以FreeRTOS实时内核为编程环境,基于MDK-ARM平台开发设计了控制系统主程序、电流软启动程序、数字化均流程序、系统故障中断保护程序、通信系统程序。最后,在模拟负载和实际切割状态下,以搭建的机器人数字化等离子切割系统为实验平台,进行输出波形、电流软启动、均流与效率、模拟拉弧实验等测试;通过改变PID、气体压力、切割电流、切割速度、喷嘴直径等参数进行了大量的中厚板低碳钢切割工艺实验,利用实验仪器采集波形及割缝质量数据,并对不同参数的实验结果进行对比分析。结果表明,本文设计的中厚板机器人数字化等离子切割系统,具有启动稳定性好、控制精度高、数字化程度高等优点;结合机器人控制实现良好的工艺性能,切面平整度、坡角及挂渣量达到了类激光切割水准,进一步验证了本设计的可行性和正确性。