王舜鑫

[摘 要] 隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，三維激光切割技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)前激光加工的重要發(fā)展方向，并被廣泛應(yīng)用于機(jī)械加工機(jī)床方面，切實(shí)提升生產(chǎn)質(zhì)量與生產(chǎn)效率。所以，加強(qiáng)該技術(shù)在機(jī)械加工機(jī)床中的集成研究是十分必要的。簡要就該技術(shù)系統(tǒng)的硬件集成與控制軟件功能展開探究，以期為我國三維激光切割技術(shù)的進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)集成發(fā)展提供參考。

[關(guān) 鍵 詞] 三維激光；切割；機(jī)床加工；集成

[中圖分類號] TH161 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A [文章編號] 2096-0603（2017）30-0219-01

傳統(tǒng)的機(jī)械加工機(jī)床在當(dāng)前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)激光加工功能的引進(jìn)，并逐漸向著高集成化的機(jī)械加工設(shè)備發(fā)展，其對實(shí)現(xiàn)機(jī)床加工優(yōu)化有著重要意義。三維激光切割技術(shù)的研究主要集中于硬件方面的集成化研究，但是要實(shí)現(xiàn)該技術(shù)的集成化發(fā)展，研究人員還應(yīng)當(dāng)注重系統(tǒng)控制軟件方面的研究與優(yōu)化，切實(shí)實(shí)現(xiàn)三維切割系統(tǒng)的集成化水平不斷提升。

一、三維激光切割系統(tǒng)的硬件集成化研究

要實(shí)現(xiàn)三維激光切割系統(tǒng)的硬件集成化發(fā)展，可在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時選擇運(yùn)用方便拆卸的兩坐標(biāo)激光切割頭作為主要的結(jié)構(gòu)，提高激光切割頭與加工裝置的更換速度。另外，光纖激光器的應(yīng)用能在保證不影響機(jī)床結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，發(fā)出激光直接進(jìn)入激光切割頭當(dāng)中。當(dāng)前在實(shí)現(xiàn)三位激光切割系統(tǒng)的集成設(shè)計(jì)時主要是依靠西門子840Dsl數(shù)控系統(tǒng)作為主要的實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)的，該系統(tǒng)本身擁有多種硬件接口，在應(yīng)用中能幫助整體系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)總體控制。

在該系統(tǒng)的集成發(fā)展中，系統(tǒng)的工控機(jī)PC上存在的系統(tǒng)控制軟件將利用太空接口的作用和840Dsl系統(tǒng)展開人機(jī)交互操作，在這一過程中主要可完成NC零件程序的傳達(dá)、控制加工程序以及就加工操作展開的監(jiān)測。另外，在控制軟件的離線編程中導(dǎo)入NCU之后，數(shù)控系統(tǒng)也能完成NC工件程序，并執(zhí)行比對加工數(shù)據(jù)庫確定相應(yīng)的切割參數(shù)，最終完成全過程的切割操作。而這里所用的數(shù)控系統(tǒng)和切割系統(tǒng)的各個加工控制部件之間都存在著緊密相連的關(guān)系，即：DRIVE-CLiQ接口和系統(tǒng)的高功率驅(qū)動部件相連，將實(shí)現(xiàn)對切割系統(tǒng)五軸機(jī)床的有效控制。利用S7-300PLC來實(shí)現(xiàn)I/O口的擴(kuò)展可就切割系統(tǒng)的切頭運(yùn)動進(jìn)行控制，對激光器進(jìn)行控制，對系統(tǒng)運(yùn)行時的冷卻氣與保護(hù)氣的控制等，最終完成三維激光切割參數(shù)的總體調(diào)整。

另外，在切割系統(tǒng)當(dāng)中還應(yīng)當(dāng)引進(jìn)位置傳感裝置、攝像裝置等用作三位激光加工的輔助性裝置，其主要的作用是在切割系統(tǒng)的實(shí)際切割操作中就切割運(yùn)用進(jìn)行校正，并監(jiān)控整個加工操作過程，減少加工誤差，保證加工質(zhì)量。另外，設(shè)計(jì)人員還應(yīng)當(dāng)就系統(tǒng)加工誤差與加工速度誤差進(jìn)行研究，并以此為基礎(chǔ)建立相應(yīng)的系統(tǒng)誤差模型用于誤差監(jiān)控。同時制訂相應(yīng)的評估方案、誤差檢測方案等，實(shí)時地就加工是否存在誤差情況進(jìn)行分析。此外，在加工出現(xiàn)誤差情況時，還應(yīng)當(dāng)及時進(jìn)行誤差問題處理，保證切割操作的精確性。相關(guān)人員還應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)際加工需求與加工實(shí)況，進(jìn)行相應(yīng)的誤差校正技術(shù)方案的制訂。

二、三維激光切割系統(tǒng)的軟件控制集成化研究

系統(tǒng)的控制軟件對切割系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)集成化發(fā)展也是十分重要的。通常設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行控制軟件設(shè)計(jì)時應(yīng)當(dāng)將其分為離線編程、加工控制以及加工數(shù)據(jù)庫三個主要板塊。其中，在設(shè)計(jì)離線編程程序時，應(yīng)當(dāng)首先進(jìn)行三維工件建模，并在模型中添加工件CAD模型，然后就系統(tǒng)的切割路徑數(shù)據(jù)進(jìn)行分析以及優(yōu)化處理，制訂科學(xué)的加工方案，以此建立可視化的加工路徑。接著通過對加工流程的模擬操作來就系統(tǒng)加工中的問題進(jìn)行分析，當(dāng)路徑可行時則生成最終的加工控制代碼。

而在系統(tǒng)的加工控制程序設(shè)計(jì)時，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)在840Dsl數(shù)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行開發(fā)，完成系統(tǒng)切割工藝API。其主要的應(yīng)用作用為就切割運(yùn)用的工藝參數(shù)進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)置，同時將離線編程程序中涵蓋的NC工件進(jìn)行引入，從而就系統(tǒng)完成的切割操作進(jìn)行控制。另外，API本身也能直接地就系統(tǒng)的五軸機(jī)床、激光器以及切割頭等進(jìn)行控制。這一部分的設(shè)計(jì)對實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的整體調(diào)試工作有著重要意義。

此外，在就工藝數(shù)據(jù)庫程序進(jìn)行設(shè)計(jì)時，需要研究人員根據(jù)加工材質(zhì)的厚度進(jìn)行相對性的加工工藝設(shè)計(jì)，并將其制成數(shù)據(jù)代碼收入工藝數(shù)據(jù)庫當(dāng)中，方便在不同加工操作時實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的調(diào)取。同時，設(shè)計(jì)人員還應(yīng)當(dāng)建立數(shù)據(jù)庫與加工參數(shù)設(shè)置之間的相互關(guān)聯(lián)，為加工操作提供方便。

總之，三維激光切割技術(shù)系統(tǒng)不斷地向著集成化方向發(fā)展，能在實(shí)際的機(jī)床加工工作中實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)效率與質(zhì)量提升的同時，還能最大限度地實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)原材料的節(jié)約。所以，研究人員應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)該技術(shù)應(yīng)用系統(tǒng)的集成化研究，其需要研究人員不斷加強(qiáng)系統(tǒng)硬件集成化研究的同時，還要積極地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制軟件的集成化發(fā)展。其主要是指盡可能地減少軟件編程的時間，并在這一過程中建立相應(yīng)的切割數(shù)據(jù)庫等方式來推動系統(tǒng)的集成化發(fā)展。

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