貝加萊數(shù)控激光切割機(jī)控制系統(tǒng)方案

1.傳統(tǒng)系統(tǒng)存在的問(wèn)題

對(duì)于傳統(tǒng)的激光切割控制系統(tǒng)而言，通常其采用專用的CNC系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)切割插補(bǔ)的運(yùn)算處理，而PLC應(yīng)用于邏輯的控制，這是因?yàn)閭鹘y(tǒng)的PLC是無(wú)法運(yùn)行CNC系統(tǒng)的，它存在以下問(wèn)題：

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，由PC及運(yùn)行其上的PCI總線嵌入式系統(tǒng)構(gòu)成；

PLC和CNC程序在兩個(gè)不同的處理器中運(yùn)行，無(wú)法實(shí)現(xiàn)同步；

系統(tǒng)需要多種總線系統(tǒng)，包括實(shí)時(shí)控制的內(nèi)部總線和用于邏輯和分布式I/O的總線；

專用的軟件系統(tǒng)，無(wú)法使用通用的軟件；

BR的CNC系統(tǒng)則是基于通用的工業(yè)PC，并通過(guò)一個(gè)100Mbps的實(shí)時(shí)以太網(wǎng)Ethernet POWERLINK來(lái)設(shè)計(jì)，運(yùn)行SoftCNC軟件系統(tǒng)，并可運(yùn)行通用的軟件系統(tǒng)與CNC系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，實(shí)現(xiàn)開(kāi)放的軟件互聯(lián)，能夠?yàn)闄C(jī)器實(shí)現(xiàn)更為開(kāi)放的功能集成，具有非常強(qiáng)的領(lǐng)先性和高可靠性設(shè)計(jì)。

2.基本原理介紹

以CO2激光發(fā)生器作為加工能源，利用安裝在切割機(jī)床上移動(dòng)軸的光學(xué)鏡片將激光經(jīng)過(guò)多次反射引導(dǎo)至機(jī)床的切割頭處，激光經(jīng)過(guò)切割頭內(nèi)部的聚焦鏡片聚焦之后，將激光光束聚焦成一個(gè)直徑只有0.15左右、能量密度達(dá)百萬(wàn)瓦/平方厘米的高亮度光點(diǎn)。

該光點(diǎn)在瞬間將切割材料加熱、熔化、甚至蒸發(fā)。配合切割輔助氣體的作用將融化的材料吹下，如此當(dāng)切割頭按照加工程序的代碼移動(dòng)時(shí)，便在板材上形成割縫，從而完成零件的切割。

3.關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)與功能設(shè)計(jì)

3.1性能指標(biāo)

衡量激光切割系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)如下：

XY軸加工速度：120m/min

加速度＝10m/S^2；

切割精度要求+/-0.1mm。

3.2功能設(shè)計(jì)需求

激光切割的功能設(shè)計(jì)需求包括了多個(gè)方面，這些都包含了激光切割行業(yè)的一些特殊的需求，因此，也構(gòu)成了機(jī)器本身的軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)重點(diǎn)。

3.2.1激光功率控制

通常激光功率是與時(shí)間有一個(gè)累加的關(guān)系，這意味著當(dāng)激光聚焦在某一個(gè)切割點(diǎn)上時(shí)間較長(zhǎng)，則會(huì)帶來(lái)非常大的切割能量從而造成切割量較大，而這又同時(shí)與加工速度本身相關(guān)，對(duì)應(yīng)于不同的速度則激光器需要提供相應(yīng)的激光功率，而且系統(tǒng)需要考慮激光功率控制本身的響應(yīng)延遲，以免出現(xiàn)激光的不足與過(guò)量能量累積造成切割的不均勻，對(duì)于很多應(yīng)用于汽車、航空航天、輪船等高精度鈑金加工的設(shè)備而言，其輪廓精度要求較高，激光功率控制的效果會(huì)帶來(lái)質(zhì)量的較大差異。

如下圖為例：當(dāng)切割速度太快時(shí)，就會(huì)造成激光功率聚集不足從而產(chǎn)生無(wú)法切斷，造成斜角。

3.2.2輔助氣體控制

輔助氣體主要作用是為切割助燃，并通過(guò)氣流吹掉切割面上的熔漬，使得切割表面光滑整潔。需要對(duì)氣體的壓力進(jìn)行控制：

A 壓力過(guò)大時(shí)，則會(huì)造成切割面粗并切縫較寬；

B壓力不足時(shí)，則切割面有熔漬且效率較低；

根據(jù)不同的切割任務(wù)，通常會(huì)選用不同的切割輔助氣體，控制系統(tǒng)同時(shí)控制其氣體壓力。

3.2.3蛙跳

在連續(xù)運(yùn)行時(shí)，輪廓間的定位需要機(jī)床頻繁起停，占用了機(jī)床整個(gè)運(yùn)行時(shí)間的30%。因此跳躍式的定位方式要比普通定位方式節(jié)省時(shí)間3-5倍。大大提高了生產(chǎn)效率。

其工作流程如下：

關(guān)光、關(guān)氣---切割頭抬起—切割頭平移—切割頭下落—開(kāi)光/開(kāi)氣

經(jīng)過(guò)該方案設(shè)計(jì)的流程如下：

關(guān)光/關(guān)氣同時(shí)切割頭抬起---定位完成同時(shí),切割頭下降到切割高度—開(kāi)始切割；

4 貝加萊解決方案

貝加萊通用運(yùn)動(dòng)控制(Generic Motion Control)融合了傳統(tǒng)的CNC和Robotics與定位控制，并且，它面向整個(gè)機(jī)器的全局和模塊化的機(jī)器電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念，一方面，它將機(jī)器的各個(gè)組成部分視為一個(gè)統(tǒng)一的整體，各個(gè)單元之間構(gòu)成了內(nèi)在的硬件與軟件的無(wú)縫連接，而同時(shí)，軟件又以模塊化為架構(gòu)設(shè)計(jì)，確保代碼的可移植性和重用性，降低企業(yè)整體的開(kāi)發(fā)成本。