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2021年1月19日

TwinCAT 开放式 CNC 数控系统助力优化高端激光切割工艺

基于 PC 和 EtherCAT 的控制技术在高性能激光切割机床中的应用

苏州迅镭激光科技有限公司总部位于新加坡-苏州工业园区,专业致力于激光设备的研发、生产和销售。公司为占领高功率激光切割的市场,于 2016 年开始和倍福开启战略合作。基于 PC 的控制技术,特别是 TwinCAT 开放式 CNC 数控系统,为激光的高速稳定输出提供了保障。

激光切割机控制柜中的倍福 AX5000 伺服驱动器
激光切割机控制柜中的倍福 AX5000 伺服驱动器

苏州迅镭激光科技有限公司荣获国家高新技术企业、江苏省民营科技企业、江苏省优秀企业、苏南科技示范区瞪羚企业等多项荣誉称号。他们特别重视高功率激光切割机这个要求非常严苛的应用中所使用的控制技术。

TwinCAT 开放式 CNC 数控系统

高功率激光系统通常指的是激光功率在 8 kW 以上的系统,与低功率机器相比,工艺上要更为复杂,比如慢起刀、渐进穿孔、预爆孔等工艺。此外,还要经常实现新的工艺功能。迅镭激光认为,开放的控制系统和 CNC 数控系统对他们的二次开发尤为重要,能够保证以最小的工作量整合客户的特殊开发需求。迅镭激光工艺部负责人赵建评价道:“模块化的 PLC 程序和开放的 CNC 系统可以方便、快捷地添加和测试新的工艺功能,这对于保证我们占领高功率激光切割机市场提供了非常好的帮助。”

TcCOM 为 TwinCAT CNC 提供了一个与数控系统连接的开放式接口,从而能够优化整合客户专用的工艺技术。因此,在使用标准控制技术的同时,仍然可以在需要时集成特殊的工艺功能。TcCOM 模块是实现这一目标的重要工具箱,同时也可为用户提供集成的、易于使用的知识产权保护选项。

C6640 控制柜式工业 PC 用于控制激光切割机
C6640 控制柜式工业 PC 用于控制激光切割机

丰富的 CNC 功能和高性能的伺服驱动器为高速切割保驾护航

高功率激光切割机的特点是切割速度快,而强大的伺服驱动技术是进一步提高效率的关键。伺服电机需要提供较大的加速度,同时又不能对机床造成比较大的冲击,影响切割效果。倍福的 AX5000 伺服驱动器提供了速度观测器和 TwinCAT CNC 加速度前馈等优化功能,可确保高速切割时的跟随误差在 5 μm 以内。对于复杂的小线段切割,比如切割汉字图形,倍福的 TwinCAT CNC 提供了样条曲线功能,可以优化轨迹路径,提高切割效率。

针对尖角切割,由于尖角的激光能量密度过大,会出现过烧现象。TwinCAT CNC 提供的边角功能可以防止这种情况发生,用户可以使用该功能对空间曲线进行插补或适当降低激光能量。倍福提供的提前距离输出 M 函数为用户带来额外的优势。在切割金属板材时,如有工件切割完成后掉落或者边缘翘起,凸出的部分会有撞击切割头而损坏的风险。TwinCAT CNC 的 Cutting Plus 软件包的升降功能可以防止这种情况发生,优化控制切割过程。

迅镭激光除了采用了 C6640 控制柜式工业 PC 和 AX5000 伺服驱动器之外,还使用了大量的数字量和模拟量 EtherCAT I/O。他们使用 2 通道脉冲输出端子模块 EL2502 控制激光光闸。该款 EtherCAT 端子模块能够实现 1 Hz 至 125 kHz 的频率,以及 0 至 100 % 的占空比,支持市场上大多数品牌的激光器。EtherCAT 桥接端子模块 EL6692 可以与支持超高速 EtherCAT 通讯系统的激光器实时交换数据。XFC 高速数字量输出端子模块 EL2262 通过超采样功能实现微秒级输出,可实现激光切割的飞行切割工艺。

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