数控技术在避免激光切割工件烧损上的研究与应用

0 引言

　　某机床制造商生产的JGC-5型激光切割机现在配备三菱MTO数控系统。该系统具备强大的加工能力，可以实现6轴4联动，面板配置前置CF卡插口，可以实现DNC加工。凡是计算机自动编制的加工程序都可以存放在CF卡中进行自动加工。

　　但激光切割机在切割工件时遇到的一个问题是：在进行曲线图案切割时，如果曲率很大，例如出现10°-90°的夹角，就容易出现烧损，造成零件报废。如图1所示。

图1 在零件拐角处出现的烧损

　　加工零件出现烧损，究其原因是在计算机自动编制的切割加工程序中，遇到转角时，其运行速度会自动降低，甚至会降低到零速以便换向运行。但在降低运行速度时，其切割激光功率不变，这样就造成了当切割速度过低时激光功率输出过大，所以造成了零件的烧损。

　　即使是使用M70数控系统同样面临零件烧损的问题。只有解决这一问题，才能使M70数控系统进入实用阶段。如何解决零件烧损的问题呢?

1 解决方案

　　解决加工零件烧损问题的实质是要求激光输出功率随切割头运行速度的变化而改变。切割头运行速度越快，激光输出功率越大，切割头运行速度越慢，激光输出功率越小。

　　根据这一要求，经过综合分析提出了如下解决方案：

　　1)使用M70数控系统具备的“窗口”功能，随时读取切割运行时的运行速度，特别是曲率变化过大部分的运行速度数值。

　　2)在M70数控系统硬件配置上，配置一模拟量输出模块。通过输出模拟信号控制激光输出功率。

　　3)在M70数控系统的PLC程序或加工程序中，建立“实时速度”与“模拟输出信号”的关系。用“实时速度”控制“模拟输出信号”，从而实现对“激光功率”的控制。

2 相关技术的实现

　　2.1 系统硬件配置的要求

　　为了实现对模拟信号的处理，必须在数控系统的硬件中配置模拟信号模块。在MTO数控系统中，可以配置的模拟信号模块为DX140。所以在数控系统的基本配置中特别要求配置模拟信号模块为DX140。

　　DX140模块除配备常规的I/O输入输出信号外，还配备有4个模拟信号输入接口和1个模拟信号输出接口。如图2所示为模拟量输出回路：

图2 模拟量输出 

　　DX140所能输入输出的模拟信号为电压信号，范围-10V-+10V。

　　2.2 云寻根速度数据读出

　　三凌M70CNC，提供看读取NC工作状态数据的功能，即NC工作状态的各种数据都可以(通过PLC程序)被读出，这些数据从而可以被PLC程序所使用实现对外部信号的控制。在三菱M70CNC中这称为“读窗口”功能，意即NC系统开设了多个“窗口”，通过这个窗口可读出NCT作状态数据。

　　使用“读窗口”功能时要进行若干设置：

　　1)设置一组构成窗口的“文件寄存器”。这组R寄存器是用户专用区的寄存器R8300·R9799(备份)，R9800—R9899(非备份)。

　　2)每一窗口由16个寄存器构成。由“起始寄存器”作为识别标志。“起始寄存器”必须是偶数。

　　3)窗口寄存器的功能定义假定“起始寄存器”=RA，则RA-“RA+F”这一组寄存器的功能被定义如下：

　　(1)RA-“RA+7”存放控制数据(即指定要读出的数据，如大区号，小区号)。

　　(2)RA存放控制指令。

　　RA的bit0表示启动信号，要执行读出操作时，必须使RA bit0=1；

　　(3)“RA+7”的bito表示读出状态。 bit0=1-读出完成bit0=0-等待读出

　　(4)“RA+8”-“RA+F”存放读出的数据。

　　在解决方案中，要求读取的是“运行速度”。注意对于激光切割而言，必须读取的是“合成速度”或为“矢量速度”及进行曲线切割时X轴Y轴合成速度，而不是各轴的单速度。其“合成速度”在系统内置数据区域的“大区号=33”而“小区号=1”。据此编制读取速度数据的PLC程序如图3所示。

　　在图3所示的梯形图中，“起始寄存器=R9800”；R9087=读出状态寄存器；R9808=读出的“速度值数据”。

图3读取运行速度的PLC程序 

　　经过以上PLC程序处理，获得了“实时速度”数据，该数据存放在文件寄存器R9808中。