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激光切割是光、機、電一體化高度集成設備，科技含量高，它應用激光聚焦后產生的高功率密度能量來實現(xiàn)的。與傳統(tǒng)的板材加工方法相比，激光切割其具有高的切割質量、高的切割速度、廣泛的材料適應性等優(yōu)點。激光切割技術廣泛應用于金屬和非金屬材料的加工中，可大大減少加工時間，降低加工成本，提高工件質量。

激光切割的適用對象主要是難切割材料，如高強度、高韌性、高硬度、高脆性、磁性材料，以及精密細小和形狀復雜的零件。激光切割技術、激光切割機床正在各行各業(yè)中得到廣泛的應用。因此研究和設計激光切割控制系統(tǒng)有很強的現(xiàn)實意義。

一：ASC控制系統(tǒng)介紹
•4軸運動控制，其中2軸驅動龍門縱向運動，1軸驅動激光切割機頭橫向運動，3軸控制激光頭上下運動保持激光頭聚焦點與切割材料平面等距。
•4軸高度協(xié)調運動，實現(xiàn)高精度高速激光切割。
•縱向2軸和橫向1軸采用高精度、高剛性直線導軌導向，直線電機直接驅動和高精度光柵尺位置反饋。
•支持平面機械誤差動態(tài)補償。
•最高運行速度2米/秒，重復定位精度小于1微米（μ），運行精度小于5微米(μ)，加工速度為15000點/小時。

•支持各種CAD/CAM格式，包括DXF、Gerber、HPGL等。
•具有全面而完善的設備安全保護機制和報警功能。
•易于IO擴展、軸數(shù)擴展和控制系統(tǒng)升級。
•系統(tǒng)組件要一體化和模塊化，便于集成、應用和更換維護，節(jié)省配線和空間。

 運動控制采用ACS公司CMBA四軸集成驅動運動控制器，精確實現(xiàn)X-Y平面運動，龍門雙驅運動以及激光頭實時自動調焦。采用高速伺服更新周期、高性能伺服控制算法、速度前瞻控制算法、高級龍門算法和平面機械誤差動態(tài)補償?shù)?實現(xiàn)快速而精確的切割運動。CMBA將驅動器與控制器和電源一起以模塊化方式集成到一個機箱中，可以直接驅動直線電機和旋轉伺服電機，不需要再去選配第三方驅動器，既可以節(jié)省成本，又可以達到更好的運動控制性能。

  CMBA系列具有全面的保護和報警功能，確保用戶和設備安全。CMBA最多可以支持到8軸集成驅動，確?？梢造`活按需配置和未來系統(tǒng)升級擴展。
    主機采用華北嵌入式控制器RPC-500,其配置有低功耗Kingston DDR3 2GB內存處理器具有各種接口，堅固可靠且便于擴展，通過以太網與ACS控制器做控制與信息交換功能。

 
系統(tǒng)控制簡圖如下：

圖1.1  系統(tǒng)傳動原理圖

二：ASC控制系統(tǒng)的優(yōu)勢

在現(xiàn)實組裝過程中難免會有系統(tǒng)制造誤差，機械負荷差異，機械摩擦力和其他外在干擾的存在，各個運動軸的動態(tài)響應特性可能會不一樣，所以在特定的領域如何減少同步誤差是近幾十年來學術界研究的熱點之一，國內研究學者側重于運動系統(tǒng)精密部件的設計和制造，控制調節(jié)方面主要運用經典的PID控制方法和精密系統(tǒng)協(xié)同循跡自適應魯棒控制進行主要調節(jié)，而國外研究學者對多軸同步運動控制的研究相對較為深入，如國外GIAM等提出了基于滑模的跟蹤和協(xié)同運動控制方法，可是其控制精度僅限于微米級。

隨著客戶對科研儀器與工業(yè)設備的精密度要求不斷提高，運動控制這一方的精度正在被不斷推向新的極限，不斷的嘗試。特別是這些年來納米技術的興起，給超精密運動控制技術的發(fā)展帶來了新的挑戰(zhàn)和機遇。 

本文研究和設計龍門雙驅X1和X2兩軸, 兩個自由度的X和Y方向超精密定位平臺，Z軸上下聚焦切割平面，運用集成模塊化的ACS控制器，對各運動軸的PID控制器參數(shù)進行了優(yōu)化（如下圖）。研究表明ACS控制系統(tǒng)具有良好的速度和位置跟蹤性能，隨即可進行能量跟隨。

圖2.1  ACS電流環(huán)調節(jié)

圖2.2  ACS對軸FRF調節(jié)

三：市場需求和前景

基于ACS控制的多軸精密激光切割機可使用不同領域，涉及鈑金行業(yè)，五金行業(yè)，眼鏡行業(yè)，電子行業(yè)等。隨著時代的進步客戶的需求也越來越大，對系統(tǒng)的各個要求也越來越高。

如利用ACS控制激光切割機在SMT鋼網制作中的運用;

激光鋼網切割是SMT鋼網行業(yè)中最常用的模板，其特點是：

直接采用數(shù)據(jù)文件制作，減少了制作誤差環(huán)節(jié)；

SMT模板開口位置精度極高：全程誤差≤±4μm；

SMT模板的開口具有幾何圖形，有利于錫膏的印刷成型

圖3.1  ACS控制激光切割切割SMT鋼網

圖3.2  ACS控制系統(tǒng)激光切割鋼片

據(jù)統(tǒng)計，國外激光加工領域，激光切割已占24% 市場份額，高居激光加工設備行業(yè)首位，而中國市場所占份額仍然較小，激光切割設備在國內有良好的市場前景。

隨著世界制造業(yè)向中國深度轉移以及產業(yè)調整和升級，對切割技術要求更加精細，智能化精密切割將成為發(fā)展趨勢。因此，研究和設計激光切割控制系統(tǒng)有很強的現(xiàn)實意義。