数控激光切割机及相关技术整合
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经验介绍
数控激光切割机及相关技术整合
杭州叉车钣焊有限公司 □陈朝阳
1 SLCF - L15 ×30 数 控 激 光 切 割 机 ( 简称数控激光切割机) 的功能特点
a) 采用专利技术及高速 PLC 确保了高 的切割速度 ;
b) 高刚性设计和大扭矩交流数字伺服 电机及高速输入 、输出意味着高加速度 ;
②多种图形接口 FastCAM 提 供 多 种 图 形 接 口 用 于 其 他 CAD/ CAM 软件进行数据交换 。 ③图形压缩功能
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Leabharlann Baidu
经验介绍
FastCAM 可 对 CAD 和 冗 余 图 形 进 行 压 缩 。冗余图形有两种情况 , 一种是重叠 , 即 在同一位置 , 重合了两条以上的直线或曲 线 , 另一种是一段圆弧被不恰当地分成了若 干微小直线段 。FastCAM 对于前者直接删除 ; 对于后者 , 则根据一定的允差 , 拟合成圆 弧。
8055M 数控系统 , 它的主要参数和性能见表 2。
口 , 可选用 ±10V 模拟量接口 。
表 2 8055 M/ MC/ MCO 系列产品性能
功 能 可控轴数
主 轴
标 准 配 置
4 2 根主轴 、主轴定位 M19
选 配
7 —
插 补
直线 (最多 4 根轴) 、圆弧 (2D) 、螺旋线 直线 、圆弧和螺旋线 (最多 7 轴联动) 在
③StarCAM 国产 , 华中科技 2002 年新
品。 ④FastCAM 澳大利亚出品 , 下面详述 。 2) 采用 FastCAM 的理由 ①CAD 与 CAM 无缝集成 几何图形输入 (CAD) 与后处理 (CAM)
集成于同一操作界面 , 操作快捷方便 , 无需 在 CAD 与 CAM 之间进行切换 。
使用硬盘 , 要求 DNC 和 CPU - Turbo)
(3) 编程系统 1) 常见编程系统及其特点 ①Teksoft 美国出品 , 集冲压和切割于
一体 , 具有路径优化 , 自动排料功能 。正因 为冲压切割集于一身 , 故操作较复杂 。
②Wica 法国出品 , 也是集冲压和切割 于一体 , 且为三维造型 , 功能异常强大 , 支 持三维切割 。但是过于强大的功能在二维切 割的应用上反而曲高和寡 , 部署 、运行维护 的成本均高 。
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等检测设备 , 确保加工精度为 0102mm/ m。 (5) 重点整合技术及其他重要零部件 1) 重点整合技术 为了保证激光加工的精度和速度 , 光束
传输系统和横梁通过直线导轨连接到各自的 支撑构件上 , 这些导轨都设有集中润滑装 置 , 以保证机床运动过程中系统自动润滑 。 双头精密滚珠丝杠和预应力轴承座将导轨连 接到相应的副结构上 , 不管是直接的或通过 振动传来的载荷 , 这些轴承的预应力比任何 预计载荷都大 。
④自动补偿割缝 , 自动引入引出 。 ⑤自动封口 。 ⑥模拟除错 。 ⑦自动排料 FastCAM 在给定原材料上将要求加工的 不同 零 件 ( 任 意 数 量) 高 效 、高 利 用 率 排 好 。原材料可以是规则的矩形件 , 甚至可以 是任 意 形 状 ( 给 定 图 形) 。提 供 多 种 手 段 , 调整排料效果和切割顺序并具有孔内套排工 件的套料功能 。 ⑧中文界面 在众多海外品牌中 , FastCAM 是本土化 做得较好的一款 。 综上所述 , FastCAM 是集众多功能于一 体的智能化快速编程软件 。 3) BC - FastCAM 增值 BC - FastCAM 通过对 FastCAM 开发增值 , 增加提升了一些功能 。如程序段号删除添 加 、引入引出速度和功率的变化等 , 都能方 便地实现 。 (4) 机床型式 1) 常见类型及特点 目前常见激光切割机的类型分为 : 悬臂 式和龙门式 。悬臂式结构具有操作空间大 , 上下工件灵活的优点 ; 龙门式结构具有较高 的刚性 。本机采用龙门式 。 2) 龙门式的工艺制造特点 ①具有较高的刚性及稳定性 , 床身采用 焊接结构框架构成 , 经过人工时效 , 消除应 力 。导轨面采用数控加工中心的大型龙门磨 床 , 恒温条件下磨削加工 。 ②采用三坐标测量仪 、双频激光干涉仪
项目名称
1 最大加工板材尺寸
2 X 轴行程
3 Y轴行程
4 Z 轴行程
5 X ,Y轴定位精度
6 X ,Y轴重复定位精度
7 X ,Y轴最大定位速度
8 工作台最大载重
mm mm mm mm mm/ m mm/ m m/ min kg
参 数 1500 ×3000
3000 1500 150 ±0103 ±0101 60 450
3 主要系统的研讨 (1) 光路 光路的作用是将激光器发出的光束稳定
可靠地输送到聚焦镜进行工作 。常见的有恒
光路 、复合光路和飞行光路 。
恒光路即固定光路 , 该光路结构简单 , 稳定性好 。由于光路恒定被加工的工件需要
作 X、Y 轴两个方向的运动 , 同时工作台具 有一定重量 , 使工作台高速运动受到一定限 制。
X、Y 和 Z 轴的运动通过闭环交流数字 伺服电机控制 , 电机上配有旋转编码器 , 并 通过坚固的扭转联轴器直接与精密滚珠丝杠 连接 。运动通过带可调预应力的滚珠螺母传 给副结构 , 以预应力使反向间隙为零 。
2) 其他重要零部件 ①传动系统 : 进口精密丝杠 , 导轨 , 轴 承。 ②气动元件 : 日本 SMC/ 德国 FESETO。 ③外光路导光系统 : 美国 Ⅱ- Ⅵ公司产 品。 ④垂直自动跟踪系统 : 非接触电容式传 感器及接触式电感式传感器 。 ⑤检 测 原 器 件 : 进 口 美 国 HENIWEIER 公司产品 。 ⑥制冷机组 : 进口美国谷轮公司散件无 锡组装 。 ⑦垂向跟踪检测系统 : 选配进口德国切 割头 。 ⑧电气原器件 : 法国施耐德公司/ 日本 欧姆龙 。 (6) 交换工作台的特点及其实现 交换工作台的特点是提高生产效率 , 减 少劳动强度 。本机双交换工作台完成一次工 作循环为 40s。 交换工作台的升降由液压系统实现 , 工 作台交换完全由数控系统的 PLC 自动完成 。
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复合光路即光路只沿着 Y 方向移动 (反 射镜在 Y1Y2 的范围内运动) , 加工工件沿 X 方向运动 。这样可以做到相对高的加工速 度 。对光路运动轨迹要求一定高的精度 。
所谓 “飞 行 光 路”即 被 加 工 的 工 件 固 定 , 光路在被加工的工件范围内运动 。该光 路需要若干个反光镜及精密的机械结构来完 成 (见图 1) 。光程在 X1Y1 的距离与光程在 X2 Y2 的距离相等 。其中 m1 、m2 、m3 和 m4 为 一个运动整体 。
循环板带送料机 , 板带 、管材和型材 切 割 机 , 冲压及剪切设备 , 分度装置及珩磨机等
+; c) 程序段处理时间 < 1ms ; d) PLC 可达 1024 输入点 、输出点 , 执
行时间 1ms/ 1k 指令 ; e) 具有以太网 、CAN 和 SERCOS 通讯接
设备 。 2) FAGOR 数控 数控激光 切 割 机 使 用 了 西 班 牙 FAGOR
图1
采用飞行光路在技术上的注意点 : ①飞行光路由若干个反射镜组成的运动 单元 , 对反射镜座的稳定性 、反射镜的冷却 效果及反射镜的表面质量要求较高 。 ②由于反射镜的表面不是理想平面 , 光 通过表面之后会发生畸变 、散射 。因为不是 100 %的光被反射 , 表面将有近 1 %的吸收 , 因此需要反射镜具有良好的导热效果 。通常 3000W 以上激光器反射镜采用铜镜直接水冷 。 ③由于飞行光路的所有反射镜通过运动 单元作相对运动 , 且季节温度的变化可能造 成光路失调 , 因此 , 应定期对光路进行校 对。 (2) 数控系统 1) 常见数控系统的性能 、主要参数和 特点 目前最高档的数控系统 , 是 CNC 技术与
c) 具有耗气省 、模式好 、功率稳定性高 和脉冲功能强的高性能激光发生器 ;
d) 组合切割头碰撞保护使得保护系统 免遭不可预测的障碍物损坏 , 并可以快速复 位;
e) 快换式聚焦镜片 , 使用时更易清理维 护 , 同时光路密闭防护 , 提高了镜片的使用 寿命 。
2 数控激光切割机主要参数
表1
序号
(收稿日期 : 2003 - 11 - 15)
经验介绍
PC 技术的结晶 , 是与 PC 兼容的数控系统 。
一般的数控系统可进行单轴及多 轴 控
可运行 WINDOWS 和 MS - DOS。主要技术特 性有 :
制 , 同时可连接手轮和控制主轴 , 并具有 ISO 代码编程和参数编程功能 。可用于自动
a) 可控制 16 轴 + 3 电子手轮 + 2 主轴 ; b) 可 运 行 VISUAL BASIC , VISUAL C +
(最多 4 根轴) 、在斜面操作
斜面操作
补 偿 刀具半径
进给速度显示
mm/ min 或 inches/ min、“F”为时间的反函 数
刀具寿命监测 、RTCP 补偿 (包括 5 轴) —
图形显示
刀具轨迹 、三视图同时显示 (模拟加工深 度)
实体图 , 具有放大缩小功能
固定循环
钻 (在直线 ,矩形 ,网格 ,圆 ,圆弧上) 、铰 、镗 、 刚性攻丝 、探头测量循环 、不规则 3D 腔
孤岛 (矩形 ,圆柱形) 及凸包 (矩形 ,圆柱形)
槽 (带固定)
编 程
图形辅助编程 : 交互式编辑器
轮廓编辑器 、8055MC : 交互式软件 (包括 实体图形 , 带孤岛的不规则腔槽和轮廓编辑 器)
数字化/ 连续 仿形跟踪
探头测量固定循环数字化 (如果没有使用
—
硬盘 , 要求 DNC) 连续仿形跟踪 (如果没有
数控激光切割机及相关技术整合
杭州叉车钣焊有限公司 □陈朝阳
1 SLCF - L15 ×30 数 控 激 光 切 割 机 ( 简称数控激光切割机) 的功能特点
a) 采用专利技术及高速 PLC 确保了高 的切割速度 ;
b) 高刚性设计和大扭矩交流数字伺服 电机及高速输入 、输出意味着高加速度 ;
②多种图形接口 FastCAM 提 供 多 种 图 形 接 口 用 于 其 他 CAD/ CAM 软件进行数据交换 。 ③图形压缩功能
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Leabharlann Baidu
经验介绍
FastCAM 可 对 CAD 和 冗 余 图 形 进 行 压 缩 。冗余图形有两种情况 , 一种是重叠 , 即 在同一位置 , 重合了两条以上的直线或曲 线 , 另一种是一段圆弧被不恰当地分成了若 干微小直线段 。FastCAM 对于前者直接删除 ; 对于后者 , 则根据一定的允差 , 拟合成圆 弧。
8055M 数控系统 , 它的主要参数和性能见表 2。
口 , 可选用 ±10V 模拟量接口 。
表 2 8055 M/ MC/ MCO 系列产品性能
功 能 可控轴数
主 轴
标 准 配 置
4 2 根主轴 、主轴定位 M19
选 配
7 —
插 补
直线 (最多 4 根轴) 、圆弧 (2D) 、螺旋线 直线 、圆弧和螺旋线 (最多 7 轴联动) 在
③StarCAM 国产 , 华中科技 2002 年新
品。 ④FastCAM 澳大利亚出品 , 下面详述 。 2) 采用 FastCAM 的理由 ①CAD 与 CAM 无缝集成 几何图形输入 (CAD) 与后处理 (CAM)
集成于同一操作界面 , 操作快捷方便 , 无需 在 CAD 与 CAM 之间进行切换 。
使用硬盘 , 要求 DNC 和 CPU - Turbo)
(3) 编程系统 1) 常见编程系统及其特点 ①Teksoft 美国出品 , 集冲压和切割于
一体 , 具有路径优化 , 自动排料功能 。正因 为冲压切割集于一身 , 故操作较复杂 。
②Wica 法国出品 , 也是集冲压和切割 于一体 , 且为三维造型 , 功能异常强大 , 支 持三维切割 。但是过于强大的功能在二维切 割的应用上反而曲高和寡 , 部署 、运行维护 的成本均高 。
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等检测设备 , 确保加工精度为 0102mm/ m。 (5) 重点整合技术及其他重要零部件 1) 重点整合技术 为了保证激光加工的精度和速度 , 光束
传输系统和横梁通过直线导轨连接到各自的 支撑构件上 , 这些导轨都设有集中润滑装 置 , 以保证机床运动过程中系统自动润滑 。 双头精密滚珠丝杠和预应力轴承座将导轨连 接到相应的副结构上 , 不管是直接的或通过 振动传来的载荷 , 这些轴承的预应力比任何 预计载荷都大 。
④自动补偿割缝 , 自动引入引出 。 ⑤自动封口 。 ⑥模拟除错 。 ⑦自动排料 FastCAM 在给定原材料上将要求加工的 不同 零 件 ( 任 意 数 量) 高 效 、高 利 用 率 排 好 。原材料可以是规则的矩形件 , 甚至可以 是任 意 形 状 ( 给 定 图 形) 。提 供 多 种 手 段 , 调整排料效果和切割顺序并具有孔内套排工 件的套料功能 。 ⑧中文界面 在众多海外品牌中 , FastCAM 是本土化 做得较好的一款 。 综上所述 , FastCAM 是集众多功能于一 体的智能化快速编程软件 。 3) BC - FastCAM 增值 BC - FastCAM 通过对 FastCAM 开发增值 , 增加提升了一些功能 。如程序段号删除添 加 、引入引出速度和功率的变化等 , 都能方 便地实现 。 (4) 机床型式 1) 常见类型及特点 目前常见激光切割机的类型分为 : 悬臂 式和龙门式 。悬臂式结构具有操作空间大 , 上下工件灵活的优点 ; 龙门式结构具有较高 的刚性 。本机采用龙门式 。 2) 龙门式的工艺制造特点 ①具有较高的刚性及稳定性 , 床身采用 焊接结构框架构成 , 经过人工时效 , 消除应 力 。导轨面采用数控加工中心的大型龙门磨 床 , 恒温条件下磨削加工 。 ②采用三坐标测量仪 、双频激光干涉仪
项目名称
1 最大加工板材尺寸
2 X 轴行程
3 Y轴行程
4 Z 轴行程
5 X ,Y轴定位精度
6 X ,Y轴重复定位精度
7 X ,Y轴最大定位速度
8 工作台最大载重
mm mm mm mm mm/ m mm/ m m/ min kg
参 数 1500 ×3000
3000 1500 150 ±0103 ±0101 60 450
3 主要系统的研讨 (1) 光路 光路的作用是将激光器发出的光束稳定
可靠地输送到聚焦镜进行工作 。常见的有恒
光路 、复合光路和飞行光路 。
恒光路即固定光路 , 该光路结构简单 , 稳定性好 。由于光路恒定被加工的工件需要
作 X、Y 轴两个方向的运动 , 同时工作台具 有一定重量 , 使工作台高速运动受到一定限 制。
X、Y 和 Z 轴的运动通过闭环交流数字 伺服电机控制 , 电机上配有旋转编码器 , 并 通过坚固的扭转联轴器直接与精密滚珠丝杠 连接 。运动通过带可调预应力的滚珠螺母传 给副结构 , 以预应力使反向间隙为零 。
2) 其他重要零部件 ①传动系统 : 进口精密丝杠 , 导轨 , 轴 承。 ②气动元件 : 日本 SMC/ 德国 FESETO。 ③外光路导光系统 : 美国 Ⅱ- Ⅵ公司产 品。 ④垂直自动跟踪系统 : 非接触电容式传 感器及接触式电感式传感器 。 ⑤检 测 原 器 件 : 进 口 美 国 HENIWEIER 公司产品 。 ⑥制冷机组 : 进口美国谷轮公司散件无 锡组装 。 ⑦垂向跟踪检测系统 : 选配进口德国切 割头 。 ⑧电气原器件 : 法国施耐德公司/ 日本 欧姆龙 。 (6) 交换工作台的特点及其实现 交换工作台的特点是提高生产效率 , 减 少劳动强度 。本机双交换工作台完成一次工 作循环为 40s。 交换工作台的升降由液压系统实现 , 工 作台交换完全由数控系统的 PLC 自动完成 。
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复合光路即光路只沿着 Y 方向移动 (反 射镜在 Y1Y2 的范围内运动) , 加工工件沿 X 方向运动 。这样可以做到相对高的加工速 度 。对光路运动轨迹要求一定高的精度 。
所谓 “飞 行 光 路”即 被 加 工 的 工 件 固 定 , 光路在被加工的工件范围内运动 。该光 路需要若干个反光镜及精密的机械结构来完 成 (见图 1) 。光程在 X1Y1 的距离与光程在 X2 Y2 的距离相等 。其中 m1 、m2 、m3 和 m4 为 一个运动整体 。
循环板带送料机 , 板带 、管材和型材 切 割 机 , 冲压及剪切设备 , 分度装置及珩磨机等
+; c) 程序段处理时间 < 1ms ; d) PLC 可达 1024 输入点 、输出点 , 执
行时间 1ms/ 1k 指令 ; e) 具有以太网 、CAN 和 SERCOS 通讯接
设备 。 2) FAGOR 数控 数控激光 切 割 机 使 用 了 西 班 牙 FAGOR
图1
采用飞行光路在技术上的注意点 : ①飞行光路由若干个反射镜组成的运动 单元 , 对反射镜座的稳定性 、反射镜的冷却 效果及反射镜的表面质量要求较高 。 ②由于反射镜的表面不是理想平面 , 光 通过表面之后会发生畸变 、散射 。因为不是 100 %的光被反射 , 表面将有近 1 %的吸收 , 因此需要反射镜具有良好的导热效果 。通常 3000W 以上激光器反射镜采用铜镜直接水冷 。 ③由于飞行光路的所有反射镜通过运动 单元作相对运动 , 且季节温度的变化可能造 成光路失调 , 因此 , 应定期对光路进行校 对。 (2) 数控系统 1) 常见数控系统的性能 、主要参数和 特点 目前最高档的数控系统 , 是 CNC 技术与
c) 具有耗气省 、模式好 、功率稳定性高 和脉冲功能强的高性能激光发生器 ;
d) 组合切割头碰撞保护使得保护系统 免遭不可预测的障碍物损坏 , 并可以快速复 位;
e) 快换式聚焦镜片 , 使用时更易清理维 护 , 同时光路密闭防护 , 提高了镜片的使用 寿命 。
2 数控激光切割机主要参数
表1
序号
(收稿日期 : 2003 - 11 - 15)
经验介绍
PC 技术的结晶 , 是与 PC 兼容的数控系统 。
一般的数控系统可进行单轴及多 轴 控
可运行 WINDOWS 和 MS - DOS。主要技术特 性有 :
制 , 同时可连接手轮和控制主轴 , 并具有 ISO 代码编程和参数编程功能 。可用于自动
a) 可控制 16 轴 + 3 电子手轮 + 2 主轴 ; b) 可 运 行 VISUAL BASIC , VISUAL C +
(最多 4 根轴) 、在斜面操作
斜面操作
补 偿 刀具半径
进给速度显示
mm/ min 或 inches/ min、“F”为时间的反函 数
刀具寿命监测 、RTCP 补偿 (包括 5 轴) —
图形显示
刀具轨迹 、三视图同时显示 (模拟加工深 度)
实体图 , 具有放大缩小功能
固定循环
钻 (在直线 ,矩形 ,网格 ,圆 ,圆弧上) 、铰 、镗 、 刚性攻丝 、探头测量循环 、不规则 3D 腔
孤岛 (矩形 ,圆柱形) 及凸包 (矩形 ,圆柱形)
槽 (带固定)
编 程
图形辅助编程 : 交互式编辑器
轮廓编辑器 、8055MC : 交互式软件 (包括 实体图形 , 带孤岛的不规则腔槽和轮廓编辑 器)
数字化/ 连续 仿形跟踪
探头测量固定循环数字化 (如果没有使用
—
硬盘 , 要求 DNC) 连续仿形跟踪 (如果没有