貝加萊數控雷射切割機控制系統方案

1.傳統系統存在的問題

對於傳統的雷射切割控制系統而言，通常其採用專用的CNC系統來實現對切割插補的運算處理，而PLC應用於邏輯的控制，這是因為傳統的PLC是無法運行CNC系統的，它存在以下問題：

系統結構複雜，由PC及運行其上的PCI總線嵌入式系統構成；

PLC和CNC程序在兩個不同的處理器中運行，無法實現同步；

系統需要多種總線系統，包括實時控制的內部總線和用於邏輯和分布式I/O的總線；

專用的軟體系統，無法使用通用的軟體；

BR的CNC系統則是基於通用的工業PC，並通過一個100Mbps的實時乙太網Ethernet POWERLINK來設計，運行SoftCNC軟體系統，並可運行通用的軟體系統與CNC系統進行數據交互，實現開放的軟體互聯，能夠為機器實現更為開放的功能集成，具有非常強的領先性和高可靠性設計。

2.基本原理介紹

以CO2雷射發生器作為加工能源，利用安裝在切割工具機上移動軸的光學鏡片將雷射經過多次反射引導至工具機的切割頭處，雷射經過切割頭內部的聚焦鏡片聚焦之後，將雷射光束聚焦成一個直徑只有0.15左右、能量密度達百萬瓦/平方釐米的高亮度光點。

該光點在瞬間將切割材料加熱、熔化、甚至蒸發。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.關鍵技術指標與功能設計

3.1性能指標

衡量雷射切割系統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功能設計需求

雷射切割的功能設計需求包括了多個方面，這些都包含了雷射切割行業的一些特殊的需求，因此，也構成了機器本身的軟體系統設計重點。

3.2.1雷射功率控制

通常雷射功率是與時間有一個累加的關係，這意味著當雷射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，對應於不同的速度則雷射器需要提供相應的雷射功率，而且系統需要考慮雷射功率控制本身的響應延遲，以免出現雷射的不足與過量能量累積造成切割的不均勻，對於很多應用於汽車、航空航天、輪船等高精度鈑金加工的設備而言，其輪廓精度要求較高，雷射功率控制的效果會帶來質量的較大差異。

如下圖為例：當切割速度太快時，就會造成雷射功率聚集不足從而產生無法切斷，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，並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，則會造成切割面粗並切縫較寬；

B壓力不足時，則切割面有熔漬且效率較低；

根據不同的切割任務，通常會選用不同的切割輔助氣體，控制系統同時控制其氣體壓力。

3.2.3蛙跳

在連續運行時，輪廓間的定位需要工具機頻繁起停，佔用了工具機整個運行時間的30%。因此跳躍式的定位方式要比普通定位方式節省時間3-5倍。大大提高了生產效率。

其工作流程如下：

關光、關氣---切割頭抬起—切割頭平移—切割頭下落—開光/開氣

經過該方案設計的流程如下：

關光/關氣同時切割頭抬起---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)融合了傳統的CNC和Robotics與定位控制，並且，它面向整個機器的全局和模塊化的機器電氣系統設計理念，一方面，它將機器的各個組成部分視為一個統一的整體，各個單元之間構成了內在的硬體與軟體的無縫連接，而同時，軟體又以模塊化為架構設計，確保代碼的可移植性和重用性，降低企業整體的開發成本。