基于PLC可編程控制技術的激光自動化切割裝備開發研究

周星宇 錢子龍

【摘 ?要】針對傳統切割工藝精度不高，效率低等問題，采用PLC可編程控制技術，對送料步距精度及液壓夾緊裝置進行精確控制，提升自動化程度，提高生產效率，控制加工精度，降低生產成本。本項目加工出來的產品滿足高強度、高韌性、高硬度、高脆性與磁性等不同性能材料的工藝要求。與此同時，通過產品UG三維模型，產品CAE分析及3D打印技術的驗證，得出了PLC可編程控制技術應用在激光自動化切割裝備中技術標準，對模具的加工精度起到了指導性作用。

【關鍵詞】PLC可編程控制技術;激光切割;自動化

【Abstract】in view of the traditional cutting process precision is not high， low efficiency， the use of PLC programmable control technology， the feed step precision and hydraulic clamping device for accurate control， improve the degree of automation， improve production efficiency， control processing precision， reduce production costs. The products produced by this project meet the technological requirements of materials with different properties such as high strength， high toughness， high hardness， high brittleness and magnetism. At the same time， through product UG 3D model， product CAE analysis and verification of 3D printing technology， the technical standard of PLC programmable control technology applied in laser automatic cutting equipment is obtained， which plays a guiding role in the machining accuracy of the mold.

【Keywords】PLC programmable control technology;Laser cutting;Automation

引言

目前市場切割工藝應用廣泛且種類繁多，例如模具制造中，頂桿長度的加工通常采用電加工或切片切割工藝，而以上工藝存在著效率低、精度差、廢料、割逢大等一些不足現象。現代工業發展的要求是高質量、高精度與高效率并存。因此，如何在確保產品高質量的前提下，同時提高加工效率與加工精度，成為了該研究解決的主要發展方向。

1.PLC可編程控制技術的應用及裝備研究

1.1激光切割裝備企業應用現狀分析

對長三角模具行業，制造小、微型企業在加工制造中運用切割設備的情況進行了調研統計，見表1。

YAG固體激光切割 能切割其他激光切割鋁板，銅板及相關有色金屬材料;成本低;操作維護簡單 只能切割8mm以下的材料，且切割效率相當低。

光纖激光切割 光電轉換頻率高;耗電少;能切割12mm以內的鋼材;割逢細小;光斑小;可用于精細切割 目前光纖核心技術掌握于歐美國家，價格昂貴;割逢細，耗氣量巨大，很難切割鋁板，銅板等高反射材料;切厚板速度慢。

CO2激光切割機 功率大，一般可達2000-4000W之間，能切割25mm以內的全尺寸不銹鋼，碳鋼等常規材料及4mm內鋁板和60mm以內的亞克力板，木質材料，PVC板;切割波板速度快;連續切割時，切割斷面效果光滑。 CO2激光器核心技術掌握在歐美廠家，價格昂貴;配件耗材等相關維護費用高;實際運營成本高;切割時好凄涼很大。

由此可知，激光切割在先進的技術領域，例如光纖激光切割技術及CO2激光器核心技術等的應用，雖然切割精度較高，但受制于國外的技術壁壘，設備購置及維修成本高昂;對于普通切割機，雖成本低，但精度和效率難以符合要求。

1.2激光自動化切割裝備的結構及原理

本研究項目主要組成：由1夾緊定位裝置;2氣動送料夾緊裝置;3水平滑臺;4縱向滑臺;5步進電機a;6氣動夾緊裝置a;7激光頭裝置;8氣動夾緊裝置b;9步進電機b。（如圖1、圖2所示）

本研究項目工作原理：將工件A放入切割裝置中，8氣動夾緊裝置b通氣，2氣動送料夾緊裝置夾緊工件，5步進電機a工作，2氣動送料夾緊裝置送工件，6氣動夾緊裝置a通氣，1氣動夾緊定位裝置夾緊工件，9步進電機b工作，7激光頭裝置進行工作，8氣動夾緊裝置b通氣，2氣動送料夾緊裝置松開，5步進電機工作，2氣動送料夾緊裝置返回原點，6氣動夾緊裝置a通氣，1氣動夾緊定位裝置松開工件，5步進電機a工作，2氣動送料夾緊裝置送工件，進行循環工作。

1.3PLC控制程序設計

（1）程序設計思路

（2）PLC梯形圖編程

實現控制的PLC梯形圖，如圖3所示。

1.4本裝備的主要技術指標

（1）PLC的編程控制無誤;

（2）裝置基座底座的耐高溫性能好;

（3）整體強度和耐沖擊性好;

（4）裝置定位無誤，無切割缺陷。

1.5本裝備的特色

（1）加工精度保證。目前行業里切割機主要以粗加工精度為主，無法實現高精度加工生產需求，適用范圍較小，本切割裝備采用了PLC編程控制技術，控制送料步距精度及液壓夾緊裝置，加工全程可控，產品精度提高。

（2）自動化程度高。采用激光切割，達到長度數字化控制精準，切割速度快，能量可控、適用材料廣泛、切口整齊等優勢。全面實現自動化生產需求，自動化突出。

（3）加工成本降低。此款切割機提高了切割性，如：割縫方面，切割片切割割縫會達到2.5-3mm，激光切割機割縫只有0.1-0.2mm。有效的減少廢料，降低成本。

（4）裝備結構緊湊。切割裝備小巧，結構緊湊，有效的節約了占地空間，使車間的環境布置更加簡潔，得到優化。

2.PLC激光切割的應用前景

2.1適用行業

在造船，航空和汽車制造等多個領域中，激光已成為自動化流程的重要組成部分。基于PLC可編程控制技術的激光切割裝置，保證步距精度及液壓及夾緊裝置控制，切割工件范圍廣，有助于提高生產率，同時保證了加工零件的質量 ，提高生產的安全性。

2.2預期經濟效益

按照目前的市場價格，帶編碼的步進電機兩個（驅動）1500元，PLC數控機一套1600元，原點左右傳感器6個180元，電磁閥3個150元，氣缸三個180元，激光開關控制30元總共成本約3700元左右，采用本設備的利潤達到了成本的10%，假設有300家模具企業需要進行切割，保守凈利潤30萬元左右，市場需求量大，具有較好的經濟效益。

3.結論

實際操作運行表明，基于PLC可編程控制技術的激光自動化切割裝備，能成功實現工件的生產切割工作。該裝備可靠性好，結構緊湊，有效減少了材料的浪費，節約了車間空間。在自動化生產中，通過PLC可編程控制技術的運用，實現自動化高效生產，可控割逢寬度及修切次數，有效提高加工精度，降低生產成本。

參考文獻

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作者簡介：周星宇（1998.05--），女，漢族，江西萍鄉人，常州機電職業技術學院模具技術學院2017級大專生，主要研究方向為模具設計與制造、數控自動化裝備。