姜 倩，李 萌

（江蘇金方圓數(shù)控機床有限公司，江蘇 揚州225127）

隨著市場對產(chǎn)品快速更新?lián)Q代的需求，激光切割機給鈑金加工、冶金設(shè)備、工程機械等加工行業(yè)帶來新的生機[1，2]。光纖激光切割機在加工板材的時候，拐角處的處理方式有尖角過渡和圓弧過渡兩種方式。當(dāng)激光切割機運行到拐角處時，切割速度會先降低到零然后在增大，而激光的能量會在拐角處密集的積累，很容易造成拐角的“過燒現(xiàn)象”；另一種圓弧過渡是指自動編程軟件將尖角導(dǎo)成微小圓弧可以時拐角不會太尖銳[3]。

為了能夠切割出尖銳拐角而又避免尖角過燒，本文提出了一種基于速度控制的功率控制，可以有效的提高切割質(zhì)量。

1 激光切割機系統(tǒng)組成

激光切割機系統(tǒng)的整體方案如圖1 所示，包括工控機、驅(qū)動器、電機、激光器等組成。本文采用BECKHOFF 的C6640-0040 結(jié) 合TwinCAT2.0 作 為核心對數(shù)控機床和激光器進行實時控制。

TwinCAT 系統(tǒng)軟件包括工程和時間運行時間的軟件，如圖2 所示。包括：實時核；I/O 數(shù)據(jù)采集；順序控制（軟PLC）；運動控制（軟移動控制）；通訊（ADS）。

2 基于速度控制的功率控制

圖1 激光切割機系統(tǒng)組成

圖2 TwinCAT 系統(tǒng)

結(jié)合TwinCAT 程序的開發(fā)，使數(shù)控系統(tǒng)能夠隨時獲得運行速度數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了根據(jù)速度變化對激光功率的控制，從而避免了激光切割工件燒損的問題[4]。激光功率控制可通過改變峰值功率、占空比和頻率這一技術(shù)對數(shù)控系統(tǒng)在激光切割機上的應(yīng)用具有極大意義。整個控制關(guān)系圖如圖3 所示，峰值功率、占空比、頻率與切割速度都是線性關(guān)系。

圖3 峰值功率P、占空比D、頻率F 與切割速度V 的關(guān)系

如圖4 人機界面中，輸入設(shè)定置V1（速度1）、V2（速度2）、V3（速度3），功率P1（功率1）、P2（功率2）、P3（功率3），占空比D1（占空比1）、D2（占空比2）、D3（占空比3），F(xiàn)1（頻率1）、F2（頻率2）、F3（頻率3）的值。

當(dāng)切割某一個輪廓切割到拐角處時速度由V正常開始減小到0 然后由0 增大到V正常，從速度V正常開始減小到0 取三個速度點V1、V2、V3并設(shè)置每個速度點對應(yīng)的功率、占空比和頻率。

（1）當(dāng)速度≤V1，以最小的P1（D1，F(xiàn)1）的值切割；

（2）當(dāng)速度＞V1≤V2時以下列關(guān)系：

圖4 功率控制人機界面

（5）當(dāng)速度達到正常切割速度時以P正常（D正常，F(xiàn)正常）的值切割。

功率控制是基于速度來進行的，因此實時抓取速度尤為重要。本文PLC 編程時直接讀取驅(qū)動的速度而不是讀取CNC 中的速度，因為CNC 中的速度值較實際值有些許滯后。

3 實驗結(jié)果

激光切割實驗中采用碳鋼板材進行了測試。切割零件如圖5 所示，圖5a 是未使用功率控制切割出來的，可以看到拐角處有燒傷帶渣；圖5b 是使用功率控制切割的，可以明顯看出拐角處無渣，由此可見基于速度控制的激光切割機實時功率控制系統(tǒng)避免了燒角現(xiàn)象，有效提高了切割質(zhì)量。