CNC lazerinio apdorojimo įranga
CNC lazerinio apdorojimo įranga yra ne vienas įrenginys, o bendra darbo sistema, susidedanti iš trijų pagrindinių modulių: lazerio generatoriaus, CNC sistemos ir apdorojimo pavaros, taip pat pagalbinių sistemų (aušinimo, dulkių šalinimo, padėties nustatymo ir kt.). Kiekvieno modulio funkcijos palaiko viena kitą ir kartu lemia apdorojimo tikslumą ir efektyvumą:
| Pagrindinis modulis | Pagrindinės savybės | Pagrindiniai techniniai rodikliai | Įprasti tipai / komponentai |
|---|---|---|---|
| Lazerinis generatorius | Suteikia didelės{0}}energijos lazerio spindulį, reikalingą apdorojimui, ir yra įrangos „energijos šaltinis“ | Lazerio bangos ilgis (nustato medžiagų suderinamumą), galios stabilumas (optimalus ±1 %), spindulio kokybė (M² vertė, kuo arčiau 1, tuo geriau) | Skaidulinis lazeris (pagrindinis metalo apdirbimo būdas), CO₂ lazeris (ne{0}}metalo apdirbimas), UV lazeris (tikslus mikroapdirbimas) |
| CNC sistema | Jis gauna apdorojimo brėžinio duomenis ir paverčia juos judėjimo instrukcijomis, kurias gali vykdyti įranga. Tai yra įrangos „smegenys“. | Padėties nustatymo tikslumas (±0,005 mm lygis), interpoliacijos algoritmas (turi įtakos kreivės apdorojimo sklandumui), atsako greitis (milisekundžių lygis) | PLC{0}}pagrįsta speciali CNC sistema ir atvira CNC platforma, aprūpinta pramonine programine įranga |
| Apdorojimo pavara | Įrangos „rankos ir kojos“ suvokia santykinį judėjimą tarp lazerio spindulio ir ruošinio iki pjovimo / suvirinimo ir kitų veiksmų. | Judėjimo ašių skaičius (3 ašys kaip pagrindas, 5 ašys gali apdoroti sudėtingus paviršius), pakartojamumas (±0,003 mm lygis), judėjimo greitis (metrai per minutę) | Linijinės variklio pavaros platforma (didelio-tikslumo scenarijus), rutulinio sraigto pavaros platforma (rentabilus scenarijus), lazerio galvutė (įskaitant fokusavimo objektyvą ir purkštuką) |
| Pagalbos sistemos | Užtikrinti stabilų įrangos veikimą ir optimizuoti apdorojimo rezultatus | Aušinimo temperatūros reguliavimo tikslumas (±0,5 laipsnio), dulkių šalinimo efektyvumas (didesnis arba lygus 95%), dujų grynumas (pvz., pjovimo deguonies grynumas Didesnis arba lygus 99,99%) | Vandens aušintuvas (būtinas didelės galios{0}}lazeriams), pramoninis dulkių surinkėjas, pagalbinės dujos (deguonis, azotas, suslėgtas oras), vizualinės padėties nustatymo sistema |
CNC lazerinio apdorojimo įrangoje servo pavaros sistema yra "pagrindinis maitinimo blokas", kuris lemia apdorojimo tikslumą, greitį ir stabilumą. Jis sujungia įrangos CNC sistemą ("smegenis") su pavaromis (pvz., lazerio galvutės judėjimo ašimi ir darbo stalu), paverčiant CNC instrukcijas tiksliu mechaniniu judesiu, tiesiogiai paveikdamas galutinius procesų, tokių kaip pjovimas lazeriu ir suvirinimas, rezultatus.
Pagrindiniai servo pavaros sistemos komponentai
CNC lazerinio apdorojimo įrangos servo pavaros sistema paprastai sudaryta iš trijų -sluoksnių struktūros: „komandų sluoksnis - pavaros sluoksnis - vykdymo sluoksnis“. Šie moduliai veikia kartu, kad įgyvendintų uždarojo-ciklo valdymą „komandų aiškinimo - galios išėjimo - judesio grįžtamasis ryšys“. Konkreti struktūra yra tokia:
| Hierarchija | Pagrindiniai komponentai | Funkcija |
|---|---|---|
| Instrukcijų sluoksnis | CNC sistema | Generuokite judesio nurodymus: analizuokite ašies poslinkio, greičio ir pagreičio parametrus pagal apdirbimo brėžinius (pvz., CAD failus) ir išvesties impulsus / analoginius signalus arba magistralės instrukcijas. |
| Vairuotojo sluoksnis | Servo pavara | Komandų stiprinimas ir valdymas: gauna komandas iš CNC sistemos ir paverčia jas srovės/įtampos signalais varikliui valdyti. Jis taip pat gauna grįžtamojo ryšio kodavimo signalus, kad pasiektų uždaros{1} kilpos reguliavimą. |
| Vykdymo sluoksnis | Servo variklis + padėties grįžtamojo ryšio įtaisas | Galia ir būsenos grįžtamasis ryšys: servovarikliai (pavyzdžiui, servovarikliai ir tiesiniai varikliai) paverčia elektros energiją į mechaninę energiją, kad būtų galima valdyti judančią ašį / darbastalį; kodavimo įrenginiai (pvz., fotoelektriniai kodavimo įrenginiai ir grotelių liniuotės) realiu laiku renka variklio padėtį / greitį ir grąžina jį vairuotojui, kad sudarytų uždarą kilpą. |
Pagrindinis veikimo principas: svarbiausia yra uždaro{0}ciklo valdymas
CNC lazerinis apdorojimas reikalauja itin didelio judesio tikslumo (pvz., mikronų{0}}lygio padėties nustatymo). Todėl servo pavaros sistema turi naudoti uždaro-ciklo valdymo logiką, kad pašalintų judėjimo klaidas per „komandos - vykdymo - grįžtamojo ryšio - taisymo ciklą“. Konkretus procesas yra toks:
Komandų išdavimas: remdamasi apdirbimo keliu, CNC sistema siunčia komandų signalus (įprasti signalų tipai apima impulsų / krypties signalus, analoginius signalus arba pramoninius magistralės signalus, pvz., EtherCAT ir Profinet) į servo pavarą, nurodydama tikslinę padėtį (pvz., X-ašies judėjimas 10 mm) ir greitį (pvz., 500 mm/s500 mm/s50).
Pavaros išvestis: gavusi komandą, servo pavara konvertuoja jį į variklio srovės signalą naudodama vidinį trijų{0}}kilpų valdymo algoritmą: padėties kilpą, greičio kilpą ir srovės kilpą. Tai valdo variklio rotoriaus sukimąsi (arba tiesinį linijinio variklio judėjimą).
Grįžtamojo ryšio gavimas: padėties grįžtamojo ryšio įrenginys (pvz., 23 -bitų didelio- tikslumo fotoelektrinis kodavimo įrenginys arba nanometrų lygio tiesinė skalė), sinchronizuotas su varikliu, realiu laiku renka tikrąją variklio padėtį ir greitį ir perduoda šiuos duomenis atgal į servo pavarą.
Klaidos taisymas: servo pavara lygina tikslinę komandos reikšmę su faktine grįžtamojo ryšio reikšme, apskaičiuoja klaidą (pvz., jei tikslinis judėjimas yra 10 mm, o tikrasis judėjimas yra tik 9,998 mm, paklaida yra 0,002 mm) ir realiuoju laiku koreguoja išėjimo srovę, kad ištaisytų variklio judėjimo trajektoriją, kol klaida bus sumažinta iki leistino diapazono 1 mm (±0).
Pagrindiniai techniniai reikalavimai apdorojimo lazeriu scenarijuose
Lazerinis apdorojimas (pvz., didelio-tikslaus pjovimo ir mikro-suvirinimo) kelia daug didesnius reikalavimus servo pavaros sistemos atsako greičiui, padėties nustatymo tikslumui ir anti- trikdžių galimybėms nei tradicinis mechaninis apdorojimas. Konkrečiai, turi būti įvykdytos šios sąlygos:
1. Itin-didelis padėties nustatymo tikslumas ir pakartojamumas
Padėties nustatymo tikslumas turi siekti ±0,001–±0,005 mm (milimetro ar net mikronų lygis), kad būtų išvengta lazerio fokusavimo poslinkio ir proceso defektų (pvz., pjovimo briaunų ir suvirinimo defektų).
Metodai: naudokite didelio{0}}tikslumo grįžtamojo ryšio įrenginį (pvz., 25 bitų ar aukštesnį fotoelektrinį kodavimo įrenginį arba tiesinę skalę) kartu su pavaros elektronine pavara ir klaidų kompensavimo funkcijomis (pvz., kompensuoti mechaninį atstumą ir švino sraigto žingsnio klaidas).
2. Greitas dinaminis atsakas
Apdorojant lazeriu (ypač dideliu{0}}greičiu pjovimui) reikia, kad servo sistema greitai sektų CNC komandų pagreičio ir lėtėjimo pokyčius (pvz., staigius krypties pasikeitimus arba greičio padidėjimą), kad būtų išvengta histerezės klaidų.
Pagrindinės specifikacijos: servo sistemos pralaidumas turi siekti 500–1000 Hz (kuo didesnis dažnių juostos plotis, tuo greitesnis atsako greitis), o pagreičio ir lėtėjimo laikas turi būti valdomas per 10–50 ms (pavyzdžiui, įsibėgėjimas nuo 0 iki 1000 mm/s vos per 30 ms).
3. Didelis stabilumas ir atsparumas trukdžiams
Apdorojant lazeriu, lazerio maitinimo šaltinis ir didelio{0}}slėgio dujos (pvz., pjovimui naudojamas deguonis ir azotas) sukuria elektromagnetinius trukdžius. Jei servo sistema turi silpną atsparumą trukdžiams, ji linkusi į žingsnių praradimą ir virpėjimą, todėl apdorojimo kelias gali nukrypti.
Anti-trukdžių dizainas: tvarkyklė naudoja optoelektroninę izoliaciją ir EMC (elektromagnetinio suderinamumo) konstrukcijas; varikliui ir grįžtamojo ryšio kabeliams naudojami ekranuoti kabeliai; o sistemos įžeminimo varža yra mažesnė arba lygi 4Ω, kad būtų išvengta bendrųjų -režimų trukdžių.
4. Specialios lazerinio apdorojimo funkcijos
Dinaminis klaidų kompensavimas: siekdamas pašalinti lazerio galvutės „inercinį atsilikimą“ judant dideliu -greičiu, vairuotojas realiu laiku apskaičiuoja inercinę jėgą ir iš anksto sureguliuoja išvesties sukimo momentą, kad užtikrintų, jog lazerio židinys būtų idealiai suderintas su apdorojimo keliu.
Servo užraktas: atliekant statinio apdorojimo scenarijus, pvz., suvirinant lazeriu, servo sistema turi „užfiksuoti“ judančią ašį fiksuotoje padėtyje su padėties paklaida, mažesne arba lygia 0,0005 mm, kad vibracija nepakenktų suvirinimo tikslumui.
Magistralės sinchroninis valdymas: atliekant kelių{0}}ašių apdirbimą (pvz., 3D paviršių pjovimą lazeriu), kelių pavarų sinchronizavimas mikrosekundžių- lygiu pasiekiamas naudojant realiojo laiko magistrales, pvz., EtherCAT, užtikrinant tobulą kiekvienos ašies judesio laiko atitikimą (sinchronizacijos klaida Mažiau nei 1 μ arba lygi).
Adaptacijos atvejis
Prašymo atvejai
Skirtingi lazerinio apdorojimo scenarijai kelia skirtingus reikalavimus servo pavaros sistemoms. Toliau pateikiami dviejų pagrindinių scenarijų pritaikymo sprendimai:
1. Lakštinio metalo pjovimas lazeriu (pvz., automobilių lakštinio metalo apdirbimas)
Reikalavimai: didelis greitis (pjovimo greitis 1-3 m/min.), didelis tikslumas (pjovimo tikslumas ±0,01 mm) ir kelių ašių jungtis (X/Y/Z ašių sinchronizavimas).
Servo konfigūracija: kintamosios srovės nuolatinio magneto sinchroninis servovariklis (galia 1,5-5 kW, sukimo momentas 5-15 N·m) + 23-bitų optinis kodavimo įrenginys; diskas palaiko EtherCAT magistralės sinchronizavimą; „Dinaminė klaidų kompensacija“ įjungta, kad būtų galima kompensuoti didelio greičio judesio inerciją.
2. Ličio baterijos suvirinimas lazeriu (mikroapdirbimas)
Reikalavimai: itin tikslus padėties nustatymas (±0,002 mm), žema vibracija (kad būtų išvengta skirtuko deformacijos) ir greitas paleidimas bei sustabdymas (suvirinimo ciklas Mažesnis arba lygus 0,5 s/ciklui).
Servo konfigūracija: naudojamas miniatiūrinis servo variklis (galia 0,4-1kW, sukimo momentas 1-3N·m) + linijinė skalė (pozicijos nustatymo tikslumas ±0,001 mm). Vairuotojas naudoja „mažos vibracijos režimą“, kad optimizuotų pagreičio ir lėtėjimo kreives (pvz., S formos kreives), kad sumažintų smūgį.