一体化电机激光切割机中的应用

发布日期:2022-09-16 浏览次数:16

1        行业背景

激光切割机是工业革命的产物,是时代进步的宠儿,加强对激光切割机的研究和开发,对我国机械化程度的提高具有重大意义。

激光切割机是集合了光和机电的设备相比传统的机械式加工,激光切割精度更高,稳定性更好,生产成本也大大降低,可谓是一场技术革命。

激光切割的主要对象是普通机床难以切割的材料,如高强度、高韧性、高硬度、高脆性、磁性的材料,以及精密细小和形状复杂的部件。

激光切割技术正在各行各业中得到广泛的应用,发展势头十分良好。

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2        激光切割机的主要流程以及原理

一般 3D 打印机的工作流程主要分为机器初始化开始切割切割结束回归原点;

2.1       机械初始化

切割机开始初始化程序,准备执行命令。

2.2       切割机开始切割

切割机根据控制器传输的指令控制 X Y 轴伺服电机大幅度移动,Z 轴电机根据传来的指令配合激光切割头开始切割。

2.3       切割结束回归原点

切割结束电机回归原点等待下一步指令。

2.4       激光切割机的原理

激光切割原理:激光切割是由激光器所发出的水平激光束经 45°全反射镜变为垂直向下的激光束,后经透镜聚焦,在焦点处聚成一极小的光斑,使被照射的材料迅速熔化、汽化、烧蚀或达到燃点,同时借助与光束同轴的高速气流吹除熔融物质,从而实现将工件割开。

3        常见激光切割机类型

3.1       YAG 固体激光切割机

YAG 固体激光切割机具有价格低、稳定性好的特点,但能量效率低一般<3%,目前产品的输出功率大多在 600W 以下,由于输出能量小,主要用于打孔和点焊及薄板的切割。它的绿色的激光束可在脉冲或连续波的情况下应用,具有波长短、聚光性好适于精密加工特别是在脉冲下进行孔加工最为有效,也可用于切削、焊接和光刻等。YAG 固体激光切割机激光器的波长不易被非金

属吸收,故不能切割非金属材料,且 YAG 固体激光切割机需要解决的是提高电源的稳定性和寿命,即要研制大容量、长寿命的光泵激励光源,如采用半导体光泵可使能量效率大幅度地增长。

3.2       光纤激光切割机

光纤激光切割机由于它可以通过光纤传输,柔性化程度空前提高,故障点少,维护方便,速度奇快,所以在切割 4mm 以内薄板时光纤切割机有着很大的优势,但是受固体激光波长的影响它在切割厚板时质量较差。光纤激光器激光切割机的波长为 1.06um,不易被非金属吸收,故不能切割非金属材料。光纤激光的光电转化率高达 25%以上,在电费消耗、配套冷却系统等方面光纴激光的优势相当明显。根据国际安全标准,激光危害等级分 4 级,光纤激光由于波长短对人体由于是眼睛的伤害大,属于危害最大的一级,出于安全考虑,光纤激光加工需要全封闭的环境。光纤激光切割机作为一种新兴的激光技术,普及程度远远不如 CO2 激光切割机。

3.3       CO2 激光切割机

CO2 激光切割机,可以稳定切割 20mm 以内的碳钢,10mm 以内的不锈钢,8mm 以下的铝合金。CO2 激光器的波长为 10.6um,比较容易被非金属吸收,可以高质量地切割木材、亚克力、PP、有机玻璃等非金属材料,但是 CO2 激光的光电转化率只有 10%左右。CO2 激光切割机在光束出口处装有喷吹氧气、压缩空气或惰性气体 N2 的喷嘴,用以提高切割速度和切口的平整光洁。为了提高电源的稳定性和寿命,对于 C02 气体激光要解决大功率激光器的放电稳定性。根据国际安全标准,激光危害等级分 4 级,CO2 激光属于危害最小的一级。

4        控制系统解决方案

4.1       传统方案

传统的电控系统一般采用 PC+单片机+触摸屏+驱动器+步进电机等控制方案,这样不仅布线繁琐、空间占用大,而且整个控制流程也十分复杂,大大增加了开发周期;


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4.2       解决方案

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一体化控制器= 单片机+触摸屏

        优势:主板,结构简单、体积小;可以实现更多功能,比如连接控制供电行程开关,激光振荡器

 

一体化电机= 驱动器+步进电机优势:占用空间小、高精确、高响应、总线控制、接线简单、丰富的报警功能、成本更低;

4.3       PMM 一体化低压伺服电机产品特点

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4.4       PMM 一体化低压伺服电机技术参数

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4.5       STM42-M 高性能一体化电机外形尺寸

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