劉愛(ài)偉

（江蘇金方圓數(shù)控機(jī)床有限公司，江蘇 揚(yáng)州 225009）

激光切割板材時(shí)，常會(huì)因板材表面起伏不平或加工變形等原因造成聚焦鏡相對(duì)板材表面的距離發(fā)生變化，無(wú)法達(dá)到最佳切割效果。為解決該問(wèn)題，本項(xiàng)目采用EG8010運(yùn)動(dòng)控制器研究了激光切割隨動(dòng)系統(tǒng)。

1 工作原理

本項(xiàng)目研究的激光切割隨動(dòng)系統(tǒng)采用非接觸式電容傳感器工作原理，自動(dòng)檢測(cè)激光割嘴和被加工件之間的加工間隙，采用傳感器和切割頭一體化設(shè)計(jì)，激光割嘴即為電容傳感器的敏感元件，它與被加工件形成一個(gè)電容，激光割嘴與被加工件表面的間隙變化，造成其電容值隨之變化，這個(gè)變化的電容值通過(guò)前置放大、信號(hào)調(diào)制、線形處理和放大，PID處理，最終調(diào)解出間隙誤差信號(hào)。

該信號(hào)通過(guò)伺服驅(qū)動(dòng)單元和機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)（電機(jī)、絲杠等），控制切割頭上下移動(dòng)，使激光割嘴和被加工工件之間的間隙固定在系統(tǒng)設(shè)定的工作間隙，在切割加工過(guò)程中，激光割嘴和被加工件表面之間的間隙不隨工件厚度、表面平整度和工件安裝高度及位置而變化。

激光聚焦鏡和激光割嘴之間的距離一定，因此保證激光割嘴和被加工工件的間隙恒定，即控制了激光焦點(diǎn)在被加工工件的位置，從而實(shí)現(xiàn)焦點(diǎn)位置的控制，達(dá)到穩(wěn)定、高質(zhì)量的切割加工效果。

2 硬件設(shè)計(jì)和連接

激光切割隨動(dòng)系統(tǒng)由傳感器、前置放大器、EG8010控制盒等連接部分組成，各部件連接關(guān)系如圖1所示。

圖1 EG8010部件連接關(guān)系

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1 隨動(dòng)系統(tǒng)執(zhí)行程序

隨動(dòng)系統(tǒng)執(zhí)行程序如下：

3.2 控制程序

控制程序如圖2所示。

圖2 控制程序

4 隨動(dòng)系統(tǒng)測(cè)試

將切割頭沿Z軸方向移至加工對(duì)象處再設(shè)定割嘴與工件的間隙（一般為1mm），將Z軸位置讀數(shù)輸入宏變量#520，在MDI方式下執(zhí)行M106，即可自動(dòng)完成工作間隙的設(shè)定工作。

系統(tǒng)敏感度由系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定。系統(tǒng)敏感度過(guò)低，Z軸響應(yīng)速度變慢；系統(tǒng)敏感度過(guò)高，自動(dòng)跟蹤控制時(shí)Z軸容易出現(xiàn)過(guò)沖、振蕩現(xiàn)象。

為測(cè)試隨動(dòng)系統(tǒng)的靜態(tài)性能，在固定平臺(tái)上放置不同厚度的加工板材，測(cè)量激光割嘴與加工對(duì)象之間的隨動(dòng)間隙，如圖3所示。

圖3 激光割嘴與加工對(duì)象間的隨動(dòng)間隙

由圖可知，隨動(dòng)間隙與加工材料的厚度無(wú)關(guān)，不管加工材料的厚度多少，激光割嘴與加工對(duì)象之間的間隙基本保持在設(shè)定值。

為了模擬實(shí)際加工時(shí)板材曲面變化和變形等動(dòng)態(tài)性能，采用板材一端位置固定、一端上下運(yùn)動(dòng)來(lái)測(cè)試激光割嘴與加工對(duì)象之間的間隙情況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：不管材料的一端如何運(yùn)動(dòng)，只要不超出Z軸的運(yùn)動(dòng)行程范圍以及隨動(dòng)允許的運(yùn)動(dòng)速度，激光割嘴與加工對(duì)象之間的工作間隙基本保持不變。

5 總結(jié)

通過(guò)試驗(yàn)表明該系統(tǒng)對(duì)板材表面無(wú)損傷；調(diào)整簡(jiǎn)便、快捷；調(diào)節(jié)范圍廣、響應(yīng)速度快、測(cè)量精度高；適應(yīng)性強(qiáng)，可以適應(yīng)多種材質(zhì)、不同厚度的金屬板材的切割，很好地解決了板面不平和變形影響切割質(zhì)量問(wèn)題，對(duì)曲面板加工具有明顯優(yōu)勢(shì)；安全可靠，具有多種狀態(tài)保護(hù)和輸出狀態(tài)檢測(cè)；性能穩(wěn)定，提高切割效果和切割效率，提升產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。