隨著近幾年激光設(shè)備的普及,國內(nèi)市場已經(jīng)從“我要激光”發(fā)展到“為什么要激光”的階段。如何讓激光切割速度更快精度更高就是其中一個永恒的課題。本文通過對高速飛行加工的探討,介紹了FANUC作為激光器與系統(tǒng)集成供應商,在這方面先進的解決方案與思路。
1、高速飛行機理
1)控制原理:
傳統(tǒng)控制方法如圖一所示,CNC程序經(jīng)預處理以后,激光功率輸出指令與伺服指令分為相互獨立的兩路,分別進行控制。這樣的結(jié)果是,在插補程序段執(zhí)行過程中,如果要穿插激光功率控制,時序上就會不可控。FANUC 激光系統(tǒng)如圖二所示,增加了插補和激光功率控制之間的雙向通信,使得激光功率可以跟插補周期同步控制。如此,在插補程序段中穿插激光功率控制成為現(xiàn)實。
2)指令傳輸:
僅僅做到激光功率控制跟插補周期同步,還不足以實現(xiàn)高速飛行。傳統(tǒng)方法因使用I/O控制激光器(如圖一),指令傳輸速度慢。低速飛行加工(≤3m/min)尚可達成,高速加工場合,會因為光束開關(guān)響應延遲,引起較大的位置偏差。以切割速度30m/min,數(shù)據(jù)傳輸周期2ms計算,最大會引起的位置偏差:
△E=30m/min×2ms=1mm
不僅達不到激光切割精度(≤0.1mm),甚至可能造成切割線段不合縫,切割廢料不能自行脫落。不僅沒有提高效率,反而增加了后道工序。所以,要想順利進行高速飛行控制,比較可行性的方法是實現(xiàn)激光指令的高速傳輸及激光器光閘的高速響應。
FANUC產(chǎn)品使用光纖傳輸相關(guān)激光數(shù)據(jù),縮短了傳輸周期(ms提升至us級,F(xiàn)ANUC專利技術(shù)),并采用了高速響應的電子光閘,極大提升了高速切割的精確度。圖三所示,兩種傳輸周期條件下,實際切割的樣件對比可以印證:2ms傳輸周期條件下,在切割直線線段相交點處(②與③),位置偏差很大,而傳輸周期提升至us級后,已無明顯偏差。至此,我們才真正實現(xiàn)了高速飛行控制。
2、高速飛行加工樣例
飛行加工包括高速飛行加工和低速飛行加工,他們的工藝理念是一樣的:在加工過程中,以連貫線為主,盡量避免出現(xiàn)拐角軌跡,進而減少加減速的次數(shù),提高加工效率。下面根據(jù)高速飛行切割與高速飛行打標樣例的加工軌跡,簡單介紹飛行加工的應用方法。
1)高速飛行切割
圖四所示零件有大量的規(guī)整方孔,橫向7排,縱向7列,共49個。按傳統(tǒng)方法,需要對每個方孔單獨切割,在每個拐角都需要加減速,耗時較長。按一個方孔4次加減速算,共需要196次。采用飛行加工,軌跡可以改成縱向14條和橫向14條直線線段,加減速減少到28次,大大減少了加工耗時。
圖五(右)所示,飛行切割進給過程中,速度保持恒定,通過控制光束的開關(guān),分別達到切割與快移的目的。圖五(左)所示V-T曲線可見,因為以長直線線段代替了拐角軌跡,無需加減速,所以保證了恒定高速切割。
2)高速飛行打標
圖六所示為高速飛行打標樣例,在高速飛行加工應用中比較有代表性。加工的要求是在不銹鋼板材上進行明文打標。實際加工過程中,整個圖形被分成N條直線線段,每條線段均通過飛行加工的方法來實現(xiàn)高速打標。因為激光指令的高速傳輸及激光器光閘的高速響應,實現(xiàn)了恒速率穩(wěn)定高精打標。
3、飛行加工應用
市場上有一種誤區(qū)認識,認為飛行控制只能應用于特定形狀,比如方形孔或者扇形孔的常規(guī)排列,而實際上任何形狀的工件均可應用飛行控制方法。在加工過程中,我們需要靈活掌握。下面介紹了幾種典型的應用場合,以供參考。
4、結(jié)束語:
高可靠性、高效率的激光設(shè)備能給企業(yè)帶來競爭力,而激光設(shè)備的高可靠性、高效率不僅來源于激光器、控制系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)以及激光頭這樣的核心部件,更來源于這幾項技術(shù)的完美匹配。FANUC一體化提供激光器、控制系統(tǒng)與驅(qū)動系統(tǒng),在這方面具有先進、獨到、成熟的集成經(jīng)驗。也正是得益于三者的無縫結(jié)合,才展現(xiàn)出如此“飛”的藝術(shù)。
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