貝加萊數(shù)控激光切割機控制系統(tǒng)方案

1.傳統(tǒng)系統(tǒng)存在的問題

對于傳統(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)來實現(xiàn)對切割插補的運算處理，而PLC應(yīng)用于邏輯的控制，這是因為傳統(tǒng)的PLC是無法運行CNC系統(tǒng)的，它存在以下問題：

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

PLC和CNC程序在兩個不同的處理器中運行，無法實現(xiàn)同步；

系統(tǒng)需要多種總線系統(tǒng)，包括實時控制的內(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，并通過一個100Mbps的實時以太網(wǎng)Ethernet POWERLINK來設(shè)計，運行SoftCNC軟件系統(tǒng)，并可運行通用的軟件系統(tǒng)與CNC系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交互，實現(xiàn)開放的軟件互聯(lián)，能夠為機器實現(xiàn)更為開放的功能集成，具有非常強的領(lǐng)先性和高可靠性設(shè)計。

2.基本原理介紹

以CO2激光發(fā)生器作為加工能源，利用安裝在切割機床上移動軸的光學(xué)鏡片將激光經(jīng)過多次反射引導(dǎo)至機床的切割頭處，激光經(jīng)過切割頭內(nèi)部的聚焦鏡片聚焦之后，將激光光束聚焦成一個直徑只有0.15左右、能量密度達百萬瓦/平方厘米的高亮度光點。

該光點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，如此當切割頭按照加工程序的代碼移動時，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)指標與功能設(shè)計

3.1性能指標

衡量激光切割系統(tǒng)的主要性能指標如下：

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)計需求

激光切割的功能設(shè)計需求包括了多個方面，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)成了機器本身的軟件系統(tǒng)設(shè)計重點。

3.2.1激光功率控制

通常激光功率是與時間有一個累加的關(guān)系，這意味著當激光聚焦在某一個切割點上時間較長，則會帶來非常大的切割能量從而造成切割量較大，而這又同時與加工速度本身相關(guān)，對應(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)激光的不足與過量能量累積造成切割的不均勻，對于很多應(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帶來質(zhì)量的較大差異。

如下圖為例：當切割速度太快時，就會造成激光功率聚集不足從而產(chǎn)生無法切斷，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，并通過氣流吹掉切割面上的熔漬，使得切割表面光滑整潔。需要對氣體的壓力進行控制：

A 壓力過大時，則會造成切割面粗并切縫較寬；

B壓力不足時，則切割面有熔漬且效率較低；

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

3.2.3蛙跳

在連續(xù)運行時，輪廓間的定位需要機床頻繁起停，占用了機床整個運行時間的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—開光/開氣

經(jīng)過該方案設(shè)計的流程如下：

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

4 貝加萊解決方案

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