基于FAGOR8055数控激光切割机控制系统研制

　　激光束经过聚焦以后可以获得极高的能量密度束流，其激光功率密度可以达到105～108w／cm²。通常应用于切割、制孔、焊接等方面。激光切割目前应用最广泛，占激光加工应用的70％。与其他切割加工方法比较，激光切割具有速度快、精度高、适应性广的特点，而且具有切缝细、热影响区小、切缝质量好，尤其是易于实现自动化控制等优点。近些年来，随着激光切割的优势、特点及其在航空制造业中的作用、应用效益逐渐被航空业内人士认识，激光切割在航空加工领域得到了越来越广泛的应用，同时也对激光切割机床的性能提出了越来越高的要求。

　　西班牙FAGOR公司8055 CNC系统是一款具有强大的计算能力和处理速度、高度可靠的通用CNC系统，非常适合于激光加工机床控制。本文介绍了基于8055 CNC的三轴激光切割机控制系统的设计过程。

1 8055 CNc系统的主要性能特点

　　(1)采用3个32位高速CPU，具有强大的计算能力和处理能力；6.5 ms程序段处理时间(可升级为2.5ms)；带1 Mb的CNC程序存储器。

　　(2)伺服轴可实现四轴四联动，实际使用三轴三联动，最高升级到七轴七联动；系统支持数字探针；可另外控制2个主轴，在激光切割机中用于对激光功率进行控制；还可以预测拐点，从而实现切割尖角时对激光功率进行调整等功能，保证切割质量。

　　(3)考虑到控制激光器所需I／0量较多，并且还要完成对水冷机组、气路、外光路等部分的监控，系统数字I／O点扩充为104／56。模拟量I／O为8／8路。

　　(4)编程语言采用ISO代码(标准G代码，M代码由设计者定义)、高级语言、轮廓编辑器和交互式编辑器；具有示教方式下编辑功能；在加工程序中支持比例缩放、镜像和旋转变换等功能；最多支持1百万个工件程序和1万个子程序(在存储器容量足够的条件下)；子程序重复次数可达9 999次。

　　(5)中文操作界面。

　　(6)运动系统采用FAGOR数字化伺服驱动系统，与CNC之间采用SERCOS光纤接口进行数字通信，连接简单，抗电磁干扰能力很强。还可直接在操作面板上实现伺服参数的设定，及伺服的状态监控。

　　(7)机床参数设置的分辨率可以达到0.1μm，进给速度为0.1μm／min到200 m／min，完全满足用户需要。

　　(8)具有RS232、422等标准通信接口，通过与PC机等的外设联接，可以实现脱机编程、加工程序模拟及外部控制。利用DNS功能还可直接在PC机上直接执行加工程序，彻底解决了由于CNC内存有限而对加工程序大小的限制，还可以根据需要选配局域网卡、硬盘等。

图1为8055 CNC的结构框图。

图1 8055 CNC的结构框图 

2 与激光器的连接

　　在基于8055 CNC的三轴数控激光切割机的整个方案中，CNC与激光器的控制连接是很重要的一环，它直接关系到机床设计的成败。激光器选用了美国PRC公司的PRC2200型的快速轴流C0₂激光器，激光最大平均功率2.2 kW，激光器控制接口为两个50Pin D型接口，这些控制信号(包括激光器工作模式、功率、激光频率、占空比等参数，还有控制光闸的信号，以及激光功率、报警信号等反馈信息)与CNC的I／O端口通过屏蔽电缆进行连接。在设计中，为方便用户，对激光器实行双路控制。使用者既可以通过加工程序实现对激光器的完全控制，又能够通过操作面板的按钮控制激光器。同时激光器的各项状态完全显示在操作台上，实现了集中操作。操作台照片见图2。由图2可见，上半部分为8055 CNC操作面板，通过它可以完成对机床运动的操作、加工程序的编制，激光器以及外部设备的报警信号也显示在屏幕上。下半部分为自制面板，按钮用于设定激光器的状态，3个LED可以显示激光器的功率、气压和放电电流。图3为正在加工中的激光切割头。

图2激光切割机床操作台

图3激光切割头