Peralatan pemprosesan laser CNC
Peralatan pemprosesan laser CNC bukan satu peranti, tetapi sistem kerja kolaboratif yang terdiri daripada tiga modul teras: penjana laser, sistem CNC, dan penggerak pemprosesan, serta sistem tambahan (penyejukan, penyingkiran habuk, kedudukan, dll.). Fungsi setiap modul menyokong antara satu sama lain dan bersama -sama menentukan ketepatan dan kecekapan pemprosesan:
| Modul teras | Ciri -ciri teras | Petunjuk Teknikal Utama | Jenis / komponen biasa |
|---|---|---|---|
| Penjana laser | Menyediakan rasuk laser tenaga - yang diperlukan untuk pemprosesan dan merupakan "sumber tenaga" peralatan | Panjang gelombang laser (menentukan keserasian bahan), kestabilan kuasa (optimum dalam ± 1%), kualiti rasuk (nilai m², lebih dekat dengan 1 yang lebih baik) | Laser serat (arus perdana dalam pemprosesan logam), co₂ laser (arus perdana dalam pemprosesan logam bukan -), laser UV (ketepatan micromachining) |
| Sistem CNC | Ia menerima pemprosesan data lukisan dan menukarnya menjadi arahan gerakan yang boleh dilaksanakan oleh peralatan. Ia adalah "otak" peralatan. | Ketepatan kedudukan (tahap ± 0.005mm), algoritma interpolasi (mempengaruhi kelancaran pemprosesan lengkung), kelajuan tindak balas (tahap milisaat) | PLC - Sistem CNC Berdedikasi dan Buka Platform CNC Dilengkapi dengan Perisian Perindustrian |
| Pemprosesan penggerak | Menyedari pergerakan relatif antara rasuk laser dan bahan kerja untuk menyelesaikan pemotongan/kimpalan dan tindakan lain adalah "tangan dan kaki" peralatan. | Bilangan paksi gerakan (3 paksi sebagai asas, 5 paksi dapat memproses permukaan kompleks), kebolehulangan (± 0.003mm paras), kelajuan gerakan (meter/minit tahap) | Platform pemacu motor linear (senario ketepatan - tinggi), platform pemacu skru bola (kos - senario yang berkesan), kepala laser (termasuk kanta fokus dan muncung) |
| Sistem bantuan | Pastikan operasi peralatan yang stabil dan mengoptimumkan hasil pemprosesan | Ketepatan kawalan suhu penyejukan (± 0.5 darjah), kecekapan penyingkiran habuk (lebih besar daripada atau sama dengan 95%), kesucian gas (seperti pemotongan oksigen yang lebih besar daripada atau sama dengan 99.99%) | Penyejuk air (penting untuk laser kuasa tinggi -), pengumpul habuk industri, gas tambahan (oksigen, nitrogen, udara termampat), sistem kedudukan visual |
Dalam peralatan pemprosesan laser CNC, sistem pemacu servo adalah "unit kuasa teras" yang menentukan ketepatan pemprosesan, kelajuan, dan kestabilan. Ia menghubungkan sistem CNC peralatan ("otak") dengan penggerak (seperti paksi gerakan kepala laser dan meja kerja), menukar arahan CNC ke dalam gerakan mekanikal yang tepat, secara langsung mempengaruhi hasil akhir proses seperti pemotongan laser dan kimpalan.
Komponen teras sistem pemacu servo
Sistem pemacu servo peralatan pemprosesan laser CNC umumnya terdiri daripada struktur lapisan -: "Lapisan Perintah - Layer Drive - lapisan pelaksanaan". Modul -modul ini berfungsi bersama untuk melaksanakan kawalan gelung - tertutup "tafsiran perintah - output kuasa - maklum balas gerakan". Struktur khusus adalah seperti berikut:
| Hierarki | Komponen teras | Fungsi |
|---|---|---|
| Lapisan arahan | Sistem CNC | Menjana arahan gerakan: Menganalisis anjakan paksi, kelajuan, dan parameter pecutan berdasarkan lukisan pemesinan (seperti fail CAD) dan isyarat output/isyarat analog atau arahan bas. |
| Lapisan pemandu | Pemacu servo | Penguatan dan Kawalan Perintah: Menerima arahan dari sistem CNC dan menukarkannya menjadi isyarat semasa/voltan untuk memandu motor. Ia juga menerima isyarat maklum balas encoder untuk mencapai peraturan gelung - tertutup. |
| Lapisan pelaksanaan | Peranti Maklum Balas Servo Motor + Kedudukan | Output kuasa dan maklum balas status: motor servo (seperti motor servo dan motor linear) menukar tenaga elektrik ke dalam tenaga mekanikal untuk memacu paksi bergerak/meja kerja; Pengekod (seperti pengekod fotoelektrik dan penguasa grating) mengumpul kedudukan/kelajuan motor dalam masa nyata dan memberi makan kembali kepada pemandu untuk membentuk gelung tertutup. |
Prinsip Kerja Teras: Ditutup - Kawalan gelung adalah kunci
Pemprosesan laser CNC memerlukan ketepatan gerakan yang sangat tinggi (seperti kedudukan micron -). Oleh itu, sistem pemacu servo mesti mengadopsi logik kawalan gelung yang ditutup - untuk menghapuskan kesilapan gerakan melalui kitaran "perintah - pelaksanaan - maklum balas - pembetulan". Proses khusus adalah seperti berikut:
Penerbitan Perintah: Berdasarkan laluan pemesinan, sistem CNC menghantar isyarat arahan (jenis isyarat biasa termasuk isyarat nadi/arah, isyarat analog, atau isyarat bas perindustrian seperti Ethercat dan Profinet) ke pemacu servo, menunjukkan kedudukan sasaran (contohnya, x-.
Output pemacu: Selepas menerima arahan, pemacu servo menukarnya menjadi isyarat semasa untuk motor melalui algoritma kawalan gelung tiga - dalamannya: gelung kedudukan, gelung halaju, dan gelung semasa. Ini mengawal putaran pemutar motor (atau gerakan linear motor linear).
Pengambilalihan maklum balas: Peranti maklum balas kedudukan (misalnya, 23 - bit tinggi - pengekod fotoelektrik ketepatan atau skala linear peringkat nanometer) disegerakkan dengan motor mengumpul kedudukan sebenar motor dan kelajuan dalam masa nyata dan menghantar data ini kembali ke pemacu servo.
Pembetulan ralat: Pemacu servo membandingkan nilai arahan sasaran dengan nilai maklum balas sebenar, mengira ralat (contohnya, jika pergerakan sasaran adalah 10 mm dan pergerakan sebenar hanya 9.998 mm, ralat adalah 0.002 mm), dan menyesuaikan arus output dalam masa nyata untuk membetulkan trajektori gerakan motor sehingga ralat
Keperluan teknikal teras dalam senario pemprosesan laser
Pemprosesan laser (seperti tinggi - pemotongan ketepatan dan mikro - kimpalan) meletakkan permintaan yang jauh lebih tinggi pada kelajuan tindak balas sistem servo, ketepatan kedudukan, dan keupayaan gangguan anti - daripada pemprosesan mekanikal tradisional. Khususnya, syarat -syarat berikut mesti dipenuhi:
1. Ultra - ketepatan kedudukan yang tinggi dan kebolehulangan
Ketepatan kedudukan mesti mencapai ± 0.001- ± 0.005mm (milimeter atau tahap mikron) untuk mengelakkan fokus laser mengimbangi dan kecacatan proses (seperti burrs pada tepi memotong dan kecacatan kimpalan).
Kaedah: Gunakan peranti maklum balas ketepatan - yang tinggi (seperti encoder fotoelektrik 25-bit atau lebih tinggi atau skala linear) bersempena dengan fungsi gear elektronik dan kesilapan pemacu (seperti memberi pampasan kepada tindak balas mekanikal dan kesilapan pitch skru plumbum).
2. Sambutan dinamik cepat
Pemprosesan laser (terutamanya tinggi - pemotongan kelajuan) memerlukan sistem servo untuk dengan cepat mengikuti perwakilan perintah CNC dan perubahan penurunan (seperti perubahan mendadak dalam arah atau peningkatan kelajuan) untuk mengelakkan kesilapan histerisis.
Spesifikasi Utama: Jalur lebar sistem servo mesti mencapai 500-1000Hz (semakin tinggi jalur lebar, lebih cepat kelajuan tindak balas), dan pecutan dan masa penurunan mesti dikawal dalam 10-50ms (contohnya, mempercepatkan dari 0 hingga 1000mm/s dalam hanya 30ms).
3. Kestabilan dan rintangan gangguan yang tinggi
Semasa pemprosesan laser, bekalan kuasa laser dan gas tekanan tinggi - (seperti oksigen dan nitrogen yang digunakan untuk memotong) menghasilkan gangguan elektromagnet. Sekiranya sistem servo mempunyai rintangan gangguan yang lemah, ia terdedah kepada kehilangan langkah dan jitter, menyebabkan laluan pemprosesan menyimpang.
Anti - Reka bentuk gangguan: Pemandu menggunakan pengasingan optoelektronik dan EMC (keserasian elektromagnet) reka bentuk; Kabel terlindung digunakan untuk kabel motor dan maklum balas; dan rintangan tanah sistem kurang daripada atau sama dengan 4Ω untuk mengelakkan gangguan mod - biasa.
4. Ciri khas untuk pemprosesan laser
Pampasan kesilapan berikut dinamik: Untuk menangani "lag inersia" kepala laser semasa gerakan kelajuan tinggi -, pemandu mengira daya inersia dalam masa nyata dan menyesuaikan tork output terlebih dahulu untuk memastikan fokus laser sejajar dengan laluan pemprosesan.
Kunci Servo: Dalam senario pemprosesan statik seperti kimpalan laser, sistem servo mesti "mengunci" paksi bergerak dalam kedudukan tetap dengan kesilapan kedudukan kurang daripada atau sama dengan 0.0005mm untuk mengelakkan getaran daripada mempengaruhi ketepatan kimpalan.
Kawalan segerak bas: Semasa multi - pemesinan paksi (seperti pemotongan laser permukaan 3D), mikrosecond - penyegerakan tahap pelbagai pemacu dicapai melalui-
Kes penyesuaian
Kes permohonan
Senario pemprosesan laser yang berbeza mempunyai pelbagai keperluan untuk sistem pemacu servo. Berikut adalah penyelesaian penyesuaian untuk dua senario teras:
1. Lembaran pemotongan laser logam (misalnya, pemprosesan logam lembaran automotif)
Keperluan: Kelajuan tinggi (kelajuan pemotongan 1 - 3 m/min), ketepatan tinggi (ketepatan pemotongan ± 0.01 mm), dan hubungan pelbagai paksi (penyegerakan paksi x/y/z).
Konfigurasi Servo: AC Magnet Servo Servo Servo (kuasa 1.5 - 5 kW, tork 5-15 n · m) + 23- bit encoder optik; Drive menyokong penyegerakan bas Ethercat; "Pampasan Ralat Dinamik" didayakan untuk mengimbangi inersia gerakan berkelajuan tinggi.
2. Lithium Battery Tab Laser Welding (micromachining)
Keperluan: Ultra - kedudukan ketepatan (± 0.002 mm), getaran rendah (untuk mengelakkan ubah bentuk tab), dan permulaan dan berhenti cepat (kitaran kimpalan kurang daripada atau sama dengan 0.5 s/kitaran).
Konfigurasi Servo: Motor servo miniatur (kuasa 0.4 - 1kW, tork 1-3N · m) + skala linear (ketepatan kedudukan ± 0.001mm) digunakan. Pemandu menggunakan "mod getaran rendah" untuk mengoptimumkan keluk percepatan dan penurunan (seperti lengkung berbentuk S) untuk mengurangkan kesan.