ซีเอ็นซีเลเซอร์

อุปกรณ์การประมวลผลเลเซอร์ CNC

อุปกรณ์การประมวลผลด้วยเลเซอร์ CNC ไม่ใช่อุปกรณ์ชิ้นเดียว แต่เป็นระบบการทำงานร่วมกันที่ประกอบด้วยโมดูลหลัก 3 โมดูล ได้แก่ เครื่องกำเนิดเลเซอร์ ระบบ CNC และแอคชูเอเตอร์ในการประมวลผล รวมถึงระบบเสริม (การทำความเย็น การกำจัดฝุ่น การกำหนดตำแหน่ง ฯลฯ) ฟังก์ชั่นของแต่ละโมดูลสนับสนุนซึ่งกันและกันและร่วมกันกำหนดความแม่นยำและประสิทธิภาพของการประมวลผล:

ในอุปกรณ์การประมวลผลด้วยเลเซอร์ CNC ระบบขับเคลื่อนเซอร์โวคือ "หน่วยกำลังหลัก" ที่กำหนดความแม่นยำ ความเร็ว และความเสถียรในการประมวลผล โดยจะเชื่อมต่อระบบ CNC ของอุปกรณ์ ("สมอง") กับแอคชูเอเตอร์ (เช่น แกนการเคลื่อนที่ของหัวเลเซอร์และโต๊ะทำงาน) โดยแปลงคำสั่ง CNC ให้เป็นการเคลื่อนที่เชิงกลที่แม่นยำ ซึ่งส่งผลโดยตรงต่อผลลัพธ์สุดท้ายของกระบวนการ เช่น การตัดด้วยเลเซอร์และการเชื่อม

ส่วนประกอบหลักของระบบขับเคลื่อนเซอร์โว

โดยทั่วไประบบขับเคลื่อนเซอร์โวของอุปกรณ์การประมวลผลด้วยเลเซอร์ CNC ประกอบด้วยโครงสร้างสาม-ชั้น: "command layer - drive layer - Execution Layer" โมดูลเหล่านี้ทำงานร่วมกันเพื่อใช้การควบคุม-ลูปปิดของ "การตีความคำสั่ง - กำลังขับ - การตอบรับการเคลื่อนไหว" โครงสร้างเฉพาะมีดังนี้:

หลักการทำงานหลัก: การควบคุมวงปิด-คือกุญแจสำคัญ

การประมวลผลด้วยเลเซอร์ CNC ต้องการความแม่นยำในการเคลื่อนที่ที่สูงมาก (เช่น การวางตำแหน่งในระดับไมครอน-) ดังนั้น ระบบขับเคลื่อนเซอร์โวต้องใช้ตรรกะการควบคุมลูปปิด- เพื่อกำจัดข้อผิดพลาดในการเคลื่อนไหวผ่านวงจรของ "คำสั่ง - การดำเนินการ - ข้อเสนอแนะ - การแก้ไข" กระบวนการเฉพาะมีดังนี้:

การออกคำสั่ง: ตามเส้นทางการตัดเฉือน ระบบ CNC ส่งสัญญาณคำสั่ง (ประเภทสัญญาณทั่วไปได้แก่ สัญญาณพัลส์/ทิศทาง สัญญาณอะนาล็อก หรือสัญญาณบัสอุตสาหกรรม เช่น EtherCAT และ Profinet) ไปยังเซอร์โวไดรฟ์ โดยระบุตำแหน่งเป้าหมาย (เช่น X-การเคลื่อนที่ของแกน 10 มม.) และความเร็ว (เช่น 500 มม./วินาที)

เอาท์พุตของไดรฟ์: หลังจากได้รับคำสั่ง เซอร์โวไดรฟ์จะแปลงเป็นสัญญาณปัจจุบันสำหรับมอเตอร์ผ่านอัลกอริธึมควบคุมลูปสาม-ภายใน: ลูปตำแหน่ง ลูปความเร็ว และลูปกระแส สิ่งนี้จะควบคุมการหมุนของโรเตอร์ของมอเตอร์ (หรือการเคลื่อนที่เชิงเส้นของมอเตอร์เชิงเส้น)

การได้รับผลป้อนกลับ: อุปกรณ์ป้อนกลับตำแหน่ง (เช่น ตัวเข้ารหัสโฟโตอิเล็กทริคสูง-ที่มีความแม่นยำ 23-บิตหรือสเกลเชิงเส้นระดับนาโนเมตร) ที่ซิงโครไนซ์กับมอเตอร์จะรวบรวมตำแหน่งและความเร็วที่แท้จริงของมอเตอร์แบบเรียลไทม์ และส่งข้อมูลนี้กลับไปยังเซอร์โวไดรฟ์

การแก้ไขข้อผิดพลาด: เซอร์โวไดรฟ์จะเปรียบเทียบค่าคำสั่งเป้าหมายกับค่าป้อนกลับตามจริง คำนวณข้อผิดพลาด (เช่น หากการเคลื่อนที่ของเป้าหมายคือ 10 มม. และการเคลื่อนไหวจริงเพียง 9.998 มม. ค่าผิดพลาดคือ 0.002 มม.) และปรับกระแสเอาต์พุตแบบเรียลไทม์เพื่อแก้ไขวิถีการเคลื่อนที่ของมอเตอร์จนกว่าข้อผิดพลาดจะลดลงให้อยู่ภายในช่วงที่อนุญาต (โดยปกติจะอยู่ภายใน ±0.001 มม.)

ข้อกำหนดทางเทคนิคหลักในสถานการณ์การประมวลผลด้วยเลเซอร์

การประมวลผลด้วยเลเซอร์ (เช่น การตัด-ที่มีความแม่นยำสูงและการเชื่อมแบบไมโคร- ทำให้มีความต้องการความเร็วการตอบสนองของระบบเซอร์โวไดรฟ์ ความแม่นยำในการกำหนดตำแหน่ง และความสามารถในการ-ป้องกันการรบกวนของระบบเซอร์โวไดรฟ์ที่สูงกว่าการประมวลผลเชิงกลแบบดั้งเดิม โดยเฉพาะอย่างยิ่งต้องเป็นไปตามเงื่อนไขต่อไปนี้:

1. ความแม่นยำในการระบุตำแหน่งและความสามารถในการทำซ้ำสูงเป็นพิเศษ-
ความแม่นยำของตำแหน่งต้องสูงถึง ±0.001–±0.005 มม. (ระดับมิลลิเมตรหรือไมครอน) เพื่อหลีกเลี่ยงการชดเชยโฟกัสด้วยเลเซอร์และข้อบกพร่องในกระบวนการ (เช่น ครีบบนคมตัดและข้อบกพร่องในการเชื่อม)

วิธีการ: ใช้อุปกรณ์ป้อนกลับที่มีความแม่นยำสูง- (เช่น ตัวเข้ารหัสโฟโตอิเล็กทริคหรือสเกลเชิงเส้น 25 บิตขึ้นไป) ร่วมกับฟังก์ชันการชดเชยข้อผิดพลาดและเกียร์อิเล็กทรอนิกส์ของไดรฟ์ (เช่น การชดเชยระยะฟันเฟืองเชิงกลและข้อผิดพลาดระยะพิทช์ลีดสกรู)

2. การตอบสนองแบบไดนามิกที่รวดเร็ว
การประมวลผลด้วยเลเซอร์ (โดยเฉพาะการตัดด้วยความเร็วสูง-) ต้องการให้ระบบเซอร์โวปฏิบัติตามคำสั่งการเร่งความเร็วและการชะลอตัวของคำสั่ง CNC อย่างรวดเร็ว (เช่น การเปลี่ยนแปลงทิศทางหรือความเร็วเพิ่มขึ้นกะทันหัน) เพื่อหลีกเลี่ยงข้อผิดพลาดฮิสเทรีซีส

ข้อมูลจำเพาะที่สำคัญ: แบนด์วิดท์ของระบบเซอร์โวจะต้องถึง 500-1000Hz (ยิ่งแบนด์วิดท์สูง ความเร็วตอบสนองก็จะยิ่งเร็วขึ้น) และเวลาเร่งความเร็วและการชะลอตัวจะต้องได้รับการควบคุมภายใน 10-50ms (เช่น การเร่งความเร็วจาก 0 ถึง 1,000 มม./วินาที ในเวลาเพียง 30ms)

3. ความเสถียรสูงและความต้านทานการรบกวน
ในระหว่างการประมวลผลด้วยเลเซอร์ แหล่งจ่ายไฟเลเซอร์และก๊าซแรงดันสูง- (เช่น ออกซิเจนและไนโตรเจนที่ใช้สำหรับการตัด) จะทำให้เกิดการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า หากระบบเซอร์โวมีความต้านทานสัญญาณรบกวนต่ำ ก็มีแนวโน้มที่จะเกิดการสูญเสียและความกระวนกระวายใจ ส่งผลให้เส้นทางการประมวลผลเบี่ยงเบนไป

การออกแบบการป้องกันการรบกวน-: ไดรเวอร์ใช้การออกแบบการแยกออปโตอิเล็กทรอนิกส์และ EMC (ความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้า) สายเคเบิลหุ้มฉนวนใช้สำหรับมอเตอร์และสายเคเบิลป้อนกลับ และความต้านทานกราวด์ของระบบมีค่าน้อยกว่าหรือเท่ากับ 4Ω เพื่อป้องกันการรบกวนโหมดทั่วไป-

4. คุณสมบัติพิเศษสำหรับการประมวลผลด้วยเลเซอร์
การชดเชยข้อผิดพลาดต่อไปนี้แบบไดนามิก: เพื่อจัดการกับ "ความล่าช้าเฉื่อย" ของหัวเลเซอร์ในระหว่างการเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูง- ไดรเวอร์จะคำนวณแรงเฉื่อยแบบเรียลไทม์และปรับแรงบิดเอาท์พุตล่วงหน้าเพื่อให้แน่ใจว่าโฟกัสของเลเซอร์อยู่ในแนวเดียวกับเส้นทางการประมวลผลอย่างสมบูรณ์แบบ

เซอร์โวล็อค: ในสถานการณ์การประมวลผลแบบคงที่ เช่น การเชื่อมด้วยเลเซอร์ ระบบเซอร์โวจะต้อง "ล็อค" แกนที่กำลังเคลื่อนที่อยู่ในตำแหน่งคงที่ โดยมีข้อผิดพลาดของตำแหน่งน้อยกว่าหรือเท่ากับ 0.0005 มม. เพื่อป้องกันการสั่นสะเทือนไม่ให้ส่งผลต่อความแม่นยำในการเชื่อม

การควบคุมแบบซิงโครนัสบัส: ในระหว่างการตัดเฉือนแบบหลาย-แกน (เช่น การตัดด้วยเลเซอร์ของพื้นผิว 3 มิติ) การซิงโครไนซ์ระดับไมโครวินาที-ของไดรฟ์หลายตัวสามารถทำได้ผ่าน-บัสแบบเรียลไทม์ เช่น EtherCAT เพื่อให้มั่นใจว่าการจับคู่เวลาที่สมบูรณ์แบบสำหรับการเคลื่อนที่ของแกนแต่ละแกน (ข้อผิดพลาดในการซิงโครไนซ์น้อยกว่าหรือเท่ากับ 1μs)

กรณีการปรับตัว

กรณีการสมัคร

สถานการณ์การประมวลผลด้วยเลเซอร์ที่แตกต่างกันมีข้อกำหนดที่แตกต่างกันสำหรับระบบเซอร์โวไดรฟ์ ต่อไปนี้คือโซลูชันการปรับตัวสำหรับสถานการณ์หลักสองสถานการณ์:

1. การตัดด้วยเลเซอร์แผ่นโลหะ (เช่น การแปรรูปโลหะแผ่นในยานยนต์)
ข้อกำหนด: ความเร็วสูง (ความเร็วตัด 1-3 ม./นาที) ความแม่นยำสูง (ความแม่นยำในการตัด ±0.01 มม.) และการเชื่อมโยงแบบหลายแกน (การซิงโครไนซ์แกน X/Y/Z)

การกำหนดค่าเซอร์โว: เซอร์โวมอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวร AC (กำลัง 1.5-5 kW, แรงบิด 5-15 N·m) + 23-ตัวเข้ารหัสแสงบิต; ไดรฟ์รองรับการซิงโครไนซ์บัส EtherCAT; "การชดเชยข้อผิดพลาดแบบไดนามิก" ถูกเปิดใช้งานเพื่อชดเชยความเฉื่อยของการเคลื่อนไหวที่ความเร็วสูง

2. การเชื่อมด้วยเลเซอร์แท็บแบตเตอรี่ลิเธียม (ไมโครแมชชีนนิ่ง)
ข้อกำหนด: การวางตำแหน่งที่แม่นยำเป็นพิเศษ- (±0.002 มม.) การสั่นสะเทือนต่ำ (เพื่อป้องกันแท็บเสียรูป) และการสตาร์ทและหยุดอย่างรวดเร็ว (รอบการเชื่อมน้อยกว่าหรือเท่ากับ 0.5 วินาที/รอบ)

การกำหนดค่าเซอร์โว: ใช้เซอร์โวมอเตอร์ขนาดจิ๋ว (กำลัง 0.4-1kW แรงบิด 1-3N·m) + สเกลเชิงเส้น (ความแม่นยำของตำแหน่ง ±0.001 มม.) ผู้ขับขี่ใช้ "โหมดการสั่นสะเทือนต่ำ" เพื่อปรับเส้นโค้งการเร่งความเร็วและลดความเร็ว (เช่น เส้นโค้งรูปตัว S) ให้เหมาะสมเพื่อลดแรงกระแทก