自動尋邊功能在數控激光切割機上的應用

周亞麗，邢振宏，劉 健，靳兵花

（濟南鑄造鍛壓機械研究所有限公司，山東 濟南 250022）

0 前言

激光設備產業作為一個新興行業，發展前景廣闊。國外以美、德、日為代表的幾個發達國家在激光加工產業領域的發展速度驚人，它們在主要的大型制造產業，如汽車、電子、機械、航空、鋼鐵等行業中基本完成了用激光加工工藝對傳統工藝的更新換代，進入“光制造”時代。激光切割機具有能量密度可控性好、切縫窄、工件變形小、切面質量好、切割形狀無限制、無接觸加工等優點。而激光加工在工業制造中所顯示出的低成本、高效率以及在應用上的巨大潛力，成為世界主要工業國家間互相競爭的動力，紛紛將激光技術作為本國重要的尖端技術給予積極支持，加緊制定國家級激光產業發展計劃。在我國，激光加工技術逐步進入各類制造業，使產品技術含量提高，更新換代速度加快，實現了敏捷制造，滿足市場對“個性化”產品的需求。

在鈑金行業對大幅面、中厚金屬板材進行切割時，為了提高板材的利用率以及便于編程，在進行激光切割前必須使放置板材的直邊和機床X 軸加工方向平行。通常方式是用人工校準，效率低，誤差大，材料浪費嚴重，影響加工效率。我們在激光切割機中應用了自動尋邊功能，該功能操作簡單，精度高，耗時短，很好地解決了這一難題。

1 自動尋邊功能介紹

大幅面、中厚金屬板材放置在封閉的機床工作臺上，只需工人按一下“尋邊”按鍵，在幾秒之內設備就會計算出板材的傾斜角，同時機床的坐標系會進行相應的旋轉，保證切割的X 方向與板材的長直邊方向平行。

1.1 系統組成

實現自動尋邊功能所需要的硬件連接及組成如圖1 所示，主要包括CNC、伺服控制、線性驅動、傳感器等。本設計方案選擇FANUC31i 數控和PRECITEC EG8030 電容傳感器來實現。

圖1 傳感器與數控系統連接圖

FANUC31i 系統采用模塊化結構控制板高度集成，使可靠性有很大提高，而且便于維修、更換。FANUC31i 系統性能穩定，操作界面友好，可以在較為寬泛的環境中使用，對于電壓、溫度等外界條件的要求不是特別高，因此適應性很強。

EG8030 電容傳感器如圖2 所示。其測量點小，發生碰撞、電纜破損或超出測量范圍時會發出相應信號。電容傳感器能夠保持切割頭始終聚焦在板材表面，并且切割頭離板材表面的距離始終是固定的，不會因板材的高低不平而變化，如果傳感器離板材的高度超出設定高度，傳感器會發出報警信號傳送到數控系統。數控系統負責將電容傳感器采集的數據進行運算，將運算結果傳送給電容傳感器和各伺服軸來控制切割時機床坐標的旋轉角度。EG8030 技術參數以及與數控系統連接需要的輸入輸出口參見表1。

1.2 硬件連接

電容傳感器輸出的數字量、模擬量信號接到FANUC31i 數控系統里，為數控系統提供采集相關數據所需的電信號，同時接收數控系統發出的指令信號。

表1 EG8030 技術參數

電容傳感器與相關針腳的接線圖如圖3 所示。

1.3 自動尋邊過程原理及程序

圖4 是數控系統PMC 關于該信號的梯形圖，其利用傳感器A15 針腳返回的信號X9.6 激活PMC 代碼G6.6，從而實現采集板材邊緣坐標的目的。

圖4 PMC 梯形圖

具體尋邊過程如圖5所示，切割頭停在X0 點，首先沿Y 軸方向運行到X1 點板材的邊緣，系統記錄下X1 點的坐標值，延時1s 快速返回到X0 點，延時1s 快速向X2 點運行，到達板材邊緣停止，系統記錄下X2點的坐標，由X1 和X2 點的坐標差值運算得出α 值即板材的傾斜角。

我們首先設定程序里的M 代碼和宏變量的含意如表2 所示。

表2 程序里M 代碼和宏變量的含意

具體程序如下：

M50

****************************

G92X0Y0

G13

#500=#5021

#501=#5022

G31Y2000F12000

#600=#5021 //X1 點 X 軸坐標

#601=#5022 //X1 點 Y 軸坐標

G04X1

G14

G91G00Z10

G90G0X#600Y#601

G13

G31X4000Y2000F2000

#602=#5021 //X2 點 X 軸坐標

#603=#5022 //X2 點 Y 軸坐標

G14

G91G00Z50

G90G0X#600Y#601

#604=#602-#600

#605=#603-#601

#606=ATAN[#605]/[#604]//板材傾斜角度

G00G90X0Y0

M99

****************************

M51

****************************

G68X0Y0R#606

M99

****************************

M52

****************************

G69

M99

2 結束語

自動尋邊功能運用在數控激光切割機上，很好地解決了大幅面、中厚金屬板材加工過程中材料利用率低的問題，省去了校準板材的時間，有效提高了生產效率，給用戶帶來了可觀的效益，同時也提高了數控激光切割機的自動化程度。

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