三維激光切割在機械加工機床中的集成研究

王舜鑫

[摘 要] 隨著現代科學技術的不斷發展，三維激光切割技術已經成為當前激光加工的重要發展方向，并被廣泛應用于機械加工機床方面，切實提升生產質量與生產效率。所以，加強該技術在機械加工機床中的集成研究是十分必要的。簡要就該技術系統的硬件集成與控制軟件功能展開探究，以期為我國三維激光切割技術的進一步實現集成發展提供參考。

[關 鍵 詞] 三維激光；切割；機床加工；集成

[中圖分類號] TH161 [文獻標志碼] A [文章編號] 2096-0603（2017）30-0219-01

傳統的機械加工機床在當前已經實現激光加工功能的引進，并逐漸向著高集成化的機械加工設備發展，其對實現機床加工優化有著重要意義。三維激光切割技術的研究主要集中于硬件方面的集成化研究，但是要實現該技術的集成化發展，研究人員還應當注重系統控制軟件方面的研究與優化，切實實現三維切割系統的集成化水平不斷提升。

一、三維激光切割系統的硬件集成化研究

要實現三維激光切割系統的硬件集成化發展，可在系統設計時選擇運用方便拆卸的兩坐標激光切割頭作為主要的結構，提高激光切割頭與加工裝置的更換速度。另外，光纖激光器的應用能在保證不影響機床結構的基礎上，發出激光直接進入激光切割頭當中。當前在實現三位激光切割系統的集成設計時主要是依靠西門子840Dsl數控系統作為主要的實現基礎的，該系統本身擁有多種硬件接口，在應用中能幫助整體系統實現總體控制。

在該系統的集成發展中，系統的工控機PC上存在的系統控制軟件將利用太空接口的作用和840Dsl系統展開人機交互操作，在這一過程中主要可完成NC零件程序的傳達、控制加工程序以及就加工操作展開的監測。另外，在控制軟件的離線編程中導入NCU之后，數控系統也能完成NC工件程序，并執行比對加工數據庫確定相應的切割參數，最終完成全過程的切割操作。而這里所用的數控系統和切割系統的各個加工控制部件之間都存在著緊密相連的關系，即：DRIVE-CLiQ接口和系統的高功率驅動部件相連，將實現對切割系統五軸機床的有效控制。利用S7-300PLC來實現I/O口的擴展可就切割系統的切頭運動進行控制，對激光器進行控制，對系統運行時的冷卻氣與保護氣的控制等，最終完成三維激光切割參數的總體調整。

另外，在切割系統當中還應當引進位置傳感裝置、攝像裝置等用作三位激光加工的輔助性裝置，其主要的作用是在切割系統的實際切割操作中就切割運用進行校正，并監控整個加工操作過程，減少加工誤差，保證加工質量。另外，設計人員還應當就系統加工誤差與加工速度誤差進行研究，并以此為基礎建立相應的系統誤差模型用于誤差監控。同時制訂相應的評估方案、誤差檢測方案等，實時地就加工是否存在誤差情況進行分析。此外，在加工出現誤差情況時，還應當及時進行誤差問題處理，保證切割操作的精確性。相關人員還應當根據實際加工需求與加工實況，進行相應的誤差校正技術方案的制訂。

二、三維激光切割系統的軟件控制集成化研究

系統的控制軟件對切割系統實現集成化發展也是十分重要的。通常設計人員在進行控制軟件設計時應當將其分為離線編程、加工控制以及加工數據庫三個主要板塊。其中，在設計離線編程程序時，應當首先進行三維工件建模，并在模型中添加工件CAD模型，然后就系統的切割路徑數據進行分析以及優化處理，制訂科學的加工方案，以此建立可視化的加工路徑。接著通過對加工流程的模擬操作來就系統加工中的問題進行分析，當路徑可行時則生成最終的加工控制代碼。

而在系統的加工控制程序設計時，設計人員應當在840Dsl數控系統的基礎上進行開發，完成系統切割工藝API。其主要的應用作用為就切割運用的工藝參數進行科學合理的設置，同時將離線編程程序中涵蓋的NC工件進行引入，從而就系統完成的切割操作進行控制。另外，API本身也能直接地就系統的五軸機床、激光器以及切割頭等進行控制。這一部分的設計對實現系統的整體調試工作有著重要意義。

此外，在就工藝數據庫程序進行設計時，需要研究人員根據加工材質的厚度進行相對性的加工工藝設計，并將其制成數據代碼收入工藝數據庫當中，方便在不同加工操作時實現數據的調取。同時，設計人員還應當建立數據庫與加工參數設置之間的相互關聯，為加工操作提供方便。

總之，三維激光切割技術系統不斷地向著集成化方向發展，能在實際的機床加工工作中實現生產效率與質量提升的同時，還能最大限度地實現生產原材料的節約。所以，研究人員應當加強該技術應用系統的集成化研究，其需要研究人員不斷加強系統硬件集成化研究的同時，還要積極地實現系統控制軟件的集成化發展。其主要是指盡可能地減少軟件編程的時間，并在這一過程中建立相應的切割數據庫等方式來推動系統的集成化發展。

參考文獻：

[1]孫曉，蔣明，陳聰，等.三維激光切割在機械加工機床中的集成研究[J].制造技術與機床，2015（1）：29-32，37.

[2]謝耀輝，朱國力，段正澄.條曲線在三維激光切割控制系統中的應用[J].華中理工大學學報，2012（11）：51-53.