ليزر سي ان سي

معدات المعالجة بالليزر CNC

معدات المعالجة بالليزر CNC ليست جهازًا واحدًا، ولكنها نظام عمل تعاوني يتكون من ثلاث وحدات أساسية: مولد الليزر، ونظام CNC، ومشغل المعالجة، بالإضافة إلى الأنظمة المساعدة (التبريد، وإزالة الغبار، وتحديد المواقع، وما إلى ذلك). وظائف كل وحدة تدعم بعضها البعض وتحدد بشكل مشترك دقة وكفاءة المعالجة:

في معدات المعالجة بالليزر CNC، يعد نظام التشغيل المؤازر "وحدة الطاقة الأساسية" التي تحدد دقة المعالجة وسرعتها واستقرارها. فهو يربط نظام CNC الخاص بالمعدات ("الدماغ") مع المحركات (مثل محور حركة رأس الليزر ومنضدة العمل)، مما يحول تعليمات CNC إلى حركة ميكانيكية دقيقة، مما يؤثر بشكل مباشر على النتائج النهائية لعمليات مثل القطع واللحام بالليزر.

المكونات الأساسية لنظام محرك سيرفو

يتكون نظام التشغيل المؤازر لمعدات المعالجة بالليزر CNC بشكل عام من بنية ثلاث-طبقات: "طبقة الأوامر - طبقة المحرك - طبقة التنفيذ". تعمل هذه الوحدات معًا لتنفيذ التحكم في الحلقة المغلقة - لـ "تفسير الأوامر - خرج الطاقة - ردود الفعل الحركية". الهيكل المحدد هو كما يلي:

مبدأ العمل الأساسي: التحكم في الحلقة المغلقة-هو المفتاح

تتطلب المعالجة بالليزر باستخدام الحاسب الآلي دقة حركة عالية للغاية (مثل تحديد المواقع على مستوى الميكرون-). لذلك، يجب أن يعتمد نظام محرك المؤازرة منطق التحكم في الحلقة المغلقة- للتخلص من أخطاء الحركة من خلال دورة "تصحيح الأمر - التنفيذ - التعليق -". العملية المحددة هي كما يلي:

إصدار الأمر: استنادًا إلى مسار المعالجة، يرسل نظام CNC إشارات الأوامر (تتضمن أنواع الإشارات الشائعة إشارات النبض/الاتجاه أو الإشارات التناظرية أو إشارات الناقل الصناعية مثل EtherCAT وProfinet) إلى محرك المؤازرة، مما يشير إلى موضع الهدف (على سبيل المثال، حركة المحور X-10 مم) والسرعة (على سبيل المثال، 500 مم/ثانية).

إخراج المحرك: بعد تلقي الأمر، يقوم محرك المؤازرة بتحويله إلى إشارة حالية للمحرك من خلال خوارزمية التحكم في الحلقات الثلاث الداخلية: حلقة الموضع، وحلقة السرعة، والحلقة الحالية. يتحكم هذا في دوران الجزء الدوار للمحرك (أو الحركة الخطية للمحرك الخطي).

الحصول على ردود الفعل: يقوم جهاز ردود الفعل على الموضع (على سبيل المثال، جهاز تشفير كهروضوئي عالي الدقة يبلغ 23-بت-} أو مقياس خطي على مستوى النانومتر) متزامنًا مع المحرك بجمع الموقع الفعلي للمحرك وسرعته في الوقت الفعلي ويرسل هذه البيانات مرة أخرى إلى محرك المؤازرة.

تصحيح الخطأ: يقارن محرك المؤازرة قيمة أمر الهدف مع قيمة التغذية المرتدة الفعلية، ويحسب الخطأ (على سبيل المثال، إذا كانت حركة الهدف 10 مم وكانت الحركة الفعلية 9.998 مم فقط، فإن الخطأ هو 0.002 مم)، ويضبط تيار الإخراج في الوقت الحقيقي لتصحيح مسار حركة المحرك حتى يتم تقليل الخطأ إلى ضمن النطاق المسموح به (عادةً ضمن ± 0.001 مم).

المتطلبات الفنية الأساسية في سيناريوهات المعالجة بالليزر

تضع المعالجة بالليزر (مثل-القطع الدقيق واللحام-الدقيق) متطلبات أعلى بكثير على سرعة استجابة نظام محرك المؤازرة، ودقة تحديد الموقع، وقدرات مكافحة-التداخل مقارنة بالمعالجة الميكانيكية التقليدية. وعلى وجه التحديد، يجب استيفاء الشروط التالية:

1. دقة عالية جدًا في تحديد المواقع وإمكانية التكرار
يجب أن تصل دقة تحديد الموضع إلى ±0.001–±0.005 مم (مستوى المليمتر أو حتى الميكرون) لتجنب إزاحة تركيز الليزر وعيوب العملية (مثل نتوءات حواف القطع وعيوب اللحام).

الطرق: استخدم جهاز تغذية راجعة عالي الدقة- (مثل جهاز تشفير كهروضوئي 25 بت أو أعلى أو مقياس خطي) جنبًا إلى جنب مع الترس الإلكتروني للمحرك ووظائف تعويض الأخطاء (مثل التعويض عن ردة الفعل الميكانيكية وأخطاء ميل لولب الرصاص).

2. استجابة ديناميكية سريعة
تتطلب المعالجة بالليزر (خصوصًا{0}}القطع عالي السرعة) أن يتبع نظام المؤازرة تغييرات التسارع والتباطؤ بأمر CNC بسرعة (مثل التغيرات المفاجئة في الاتجاه أو زيادة السرعة) لتجنب أخطاء التباطؤ.

المواصفات الرئيسية: يجب أن يصل عرض النطاق الترددي لنظام المؤازرة إلى 500-1000 هرتز (كلما زاد عرض النطاق الترددي، زادت سرعة الاستجابة)، ويجب التحكم في أوقات التسارع والتباطؤ في حدود 10-50 مللي ثانية (على سبيل المثال، التسارع من 0 إلى 1000 مم/ثانية في 30 مللي ثانية فقط).

3. ارتفاع الاستقرار ومقاومة التدخل
أثناء المعالجة بالليزر، يولد مصدر طاقة الليزر والغازات ذات الضغط العالي-(مثل الأكسجين والنيتروجين المستخدم في القطع) تداخلًا كهرومغناطيسيًا. إذا كان نظام المؤازرة يتمتع بمقاومة تداخل ضعيفة، فإنه يكون عرضة لفقدان الخطوات والارتعاش، مما يتسبب في انحراف مسار المعالجة.

تصميم مضاد-للتداخل: يستخدم السائق العزلة الإلكترونية الضوئية وتصميمات EMC (التوافق الكهرومغناطيسي)؛ يتم استخدام الكابلات المحمية للمحرك وكابلات التغذية المرتدة. وتكون مقاومة النظام الأرضية أقل من أو تساوي 4Ω لمنع تداخل الوضع الشائع -.

4. ميزات خاصة للمعالجة بالليزر
التعويض الديناميكي للأخطاء التالية: لمعالجة "تأخر القصور الذاتي" لرأس الليزر أثناء الحركة بسرعة عالية-، يحسب السائق قوة القصور الذاتي في الوقت الفعلي ويضبط عزم الدوران الناتج مقدمًا لضمان محاذاة تركيز الليزر بشكل مثالي مع مسار المعالجة.

قفل المؤازرة: في سيناريوهات المعالجة الثابتة مثل اللحام بالليزر، يجب على نظام المؤازرة "قفل" المحور المتحرك في موضع ثابت مع خطأ موضعي أقل من أو يساوي 0.0005 مم لمنع الاهتزاز من التأثير على دقة اللحام.

التحكم المتزامن للحافلة: أثناء التصنيع متعدد المحاور- (مثل القطع بالليزر للأسطح ثلاثية الأبعاد)، يتم تحقيق مزامنة على مستوى ميكروثانية - لمحركات أقراص متعددة عبر ناقلات الوقت الحقيقي- مثل EtherCAT، مما يضمن مطابقة التوقيت المثالية لحركة كل محور (خطأ المزامنة أقل من أو يساوي 1μs).

حالة التكيف

حالات التطبيق

تحتوي سيناريوهات المعالجة بالليزر المختلفة على متطلبات مختلفة لأنظمة محرك المؤازرة. فيما يلي حلول التكيف لسيناريوهين أساسيين:

1. قطع الصفائح المعدنية بالليزر (على سبيل المثال، معالجة الصفائح المعدنية للسيارات)
المتطلبات: سرعة عالية (سرعة القطع 1-3 م/دقيقة)، ودقة عالية (دقة القطع ±0.01 مم)، وربط متعدد المحاور (تزامن المحور X/Y/Z).

تكوين المؤازرة: محرك سيرفو متزامن بمغناطيس دائم يعمل بالتيار المتردد (الطاقة 1.5-5 كيلووات، عزم الدوران 5-15 نيوتن · متر) + 23- جهاز تشفير بصري بت؛ يدعم محرك الأقراص مزامنة ناقل EtherCAT؛ يتم تمكين "تعويض الأخطاء الديناميكية" لتعويض القصور الذاتي للحركة عالية السرعة.

2. اللحام بالليزر لبطارية الليثيوم (التصنيع الدقيق)
المتطلبات: تحديد موضع فائق الدقة (±0.002 مم)، واهتزاز منخفض (لمنع تشوه اللسان)، وبدء وإيقاف سريعين (دورة لحام أقل من أو تساوي 0.5 ثانية/دورة).

التكوين المؤازر: يتم استخدام محرك سيرفو مصغر (طاقة 0.4-1 كيلووات، عزم الدوران 1-3 نيوتن · متر) + مقياس خطي (دقة تحديد المواقع ± 0.001 مم). يستخدم السائق "وضع الاهتزاز المنخفض" لتحسين منحنيات التسارع والتباطؤ (مثل المنحنيات على شكل حرف S) لتقليل التأثير.