雷射切割機數控系統的製作方法

2023-06-04 15:18:06

專利名稱：雷射切割機數控系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種數控系統，尤其是一種雷射切割機數控系統，屬於雷射切割機控制的技術領域。
背景技術：
有些鈑金加工行業由於產品的需要，經常要切割多種中薄金屬板材，切割不同規格的形狀小尺寸鈑金件，通過配置不同功率大小的雷射器，可優質切割碳鋼板、不鏽鋼板、鋁板等薄板。在以下這些行業:電氣開關櫃製造、航空航天、糧食機械、紡織機械、工程機械、機車製造、農林機械、電梯製造、特種汽車、家用電器製造、工具加工、IT製造、石油機械製造、食品機械、裝飾廣告、雷射對外加工服務等各種機械製造加工行業得到廣泛應用。雷射切割機是鈑金加工的一次工藝革命，是鈑金加工中的「加工中心」;雷射切割機柔性化程度高，切割速度快，生產效率高，產品生產周期短，為客戶贏得了廣泛的市場。雷射切割機無切削力，加工無變形；無刀具磨損，材料適應性好；不管是簡單還是複雜零件，都可以用雷射一次精密快速成形切割；其切縫窄，切割質量好、自動化程度高，操作簡便，勞動強度低，沒有汙染；可實現切割自動排樣、套料，提高了材料利用率，生產成本低，經濟效益好。目前，雷射切割機的數控系統穩定性差，不能滿足雷射切割機加工使用的要求。
發明內容本實用新型的目的是克服現有技術中存在的不足，提供一種雷射切割機數控系統，其結構緊湊，安裝使用方便，提高穩定性，安全可靠。按照本實用新型提供的技術方案，所述雷射切割機數控系統，包括主控制器，所述主控制器通過X軸伺服控制器與X軸伺服電機相連，以通過X軸伺服電機驅動雷射切割機的小車橫梁在X軸方向移動，且主控制器通過Y軸伺服控制器與Y軸伺服電機相連，以通過Y軸伺服電機驅動雷射切割機的大車端梁在Y軸方向移動；主控制器的輸入端與輸入控制電路電連接，通過輸入控制電路向主控制器內輸入小車橫梁在X軸方向的限位信號及大車端梁在Y軸方向的限位信號與急停信號，主控制器通過所述相應的限位信號及急停信號控制X軸伺服電機及Y軸伺服電機的運動狀態；主控制器的輸出端與輸出控制電路電連接，主控制器通過輸出控制電路控制切割吹氣電磁閥的開閉狀態、雷射切割電容調高器的工作狀態、雷射電源光閘的開啟或關閉以及雷射割炬的升降狀態，以進行所需的切割控制。所述主控制器通過鍵盤信號接口與鍵盤相連。所述主控制器通過顯示器信號接口與顯示器相連，主控制器與顯示器相連後，通過顯示器顯示工作狀態。所述輸入控制電路包括第一光電接近開關、第二光電接近開關、第三光電接近開關及第四光電接近開關；輸入控制電路內通過第一光電接近開關及第四光電接近開關檢測小車橫梁在X軸方向的限位信號，並通過第二光電接近開關及第三光電接近開關檢測大車端梁在Y軸方向的限位信號。[0008]所述主控制器的輸入端與輸入控制電路內第七繼電器的常開觸點一端相連，第七繼電器的常開觸點的另一端通過第六繼電器的常開觸點與OV電源端相連；第七繼電器線圈的一端與+24V電源端相連，另一端與Y軸伺服控制器的輸出端相連；第六繼電器線圈的一端與+24V電源端相連,另一端與X軸伺服控制器的輸出端相連。所述輸出控制電路包括第一繼電器、第二繼電器、第三繼電器、第四繼電器及第五繼電器；第一繼電器線圈的一端與主控制器的輸出端相連，另一端與+24電源端相連；第一繼電器的常開觸點的一端與主控制器的輸出端相連，另一端通過切割吹氣電磁閥與+24V電源端相連；第二繼電器線圈的一端與主控制器的輸出端相連，另一端與+24V電源端相連，第二繼電器的觸點控制雷射切割機的雷射切割電容調高器的工作狀態，使得在切割時，雷射切割電容調高器處於自動工作狀態，否則處於手動狀態；第三繼電器線圈的一端與主控制器的輸出端相連，另一端與+24V電源相連，以通過第三繼電器的觸點控制雷射電源的光閘開關與關閉；第四繼電器線圈的一端與主控制器的輸出端相連，另一端與+24V電源相連，以通過第四繼電器的觸點向雷射切割電容調高器傳輸上升信號，使得雷射割炬上升；第五繼電器線圈的一端與主控制器的輸出端相連，另一端與+24V電源相連，以通過第五繼電器的觸點向雷射切割電容調高器傳輸下降信號，使得雷射割炬下降。所述第一繼電器的線圈與主控制器輸出端相連的一端通過第一按鈕與OV電源端相連，第一繼電器線圈的兩端並聯有第一按鈕指示燈；第二繼電器的線圈與主控制器輸出端相連的一端通過第四按鈕與OV電源端相連，第二繼電器線圈的兩端並聯有第四按鈕指示燈；第三繼電器的線圈與主控制器輸出端相連的一端通過第二按鈕與OV電源端相連，第三繼電器線圈的兩端並聯有第二按鈕指示燈；第四繼電器的線圈與主控制器輸出端相連的一端通過第三按鈕與OV電源端相連，第四繼電器線圈的兩端並聯有第三按鈕指示燈。所述主控制器採用ARM。所述X軸伺服控制器及Y軸伺服控制器均為數字式伺服控制器。本實用新型的優點:連接操作方便，抗幹擾能力強，具有超低功耗不發熱，高溫也不容易死機的，可隨時直接斷電進行開機關機操作的，最適合車間工作環境的，加工過程穩定可靠，結構緊湊，安裝使用方便。

圖1為本實用新型的結構框圖。圖2為本實用新型主控制器與輸入控制電路、輸出控制電路配合的電路原理圖。圖3為本實用新型主控制器與X軸伺服控制器、Y軸伺服控制器配合的電路原理圖。附圖標記說明:U1-X軸伺服控制器、U2-Y軸伺服控制器、U3-主控制器、U4-鍵盤、U5-顯示屏、Ml-X軸伺服電機、M2-Y軸伺服電機、10-第一光電接近開關、20-第二光電接近開關、30-第三光電接近開關、40-第四光電接近開關、50-輸入控制電路及60-輸出控制電路。
具體實施方式
下面結合具體附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。一般地，光切割機工具機主要包括YAG雷射切割機數控系統(工控機型數控系統)、伺服系統；雷射電源系統、冷水機系統及光路系統等組成。而數控系統也是YAG雷射切割機工具機主要控制部件，直接影響整個雷射切割機工具機的運行穩定性。所述YAG雷射切割機數控系統用於控制雷射切割機輸入信號控制、輸出信號控制、驅動伺服輸出控制，完成輸入信號保護控制，輸出信號控制雷射切割機的切割工藝要求完成對零件的切割。目前，光切割工具機的YAG雷射切割機數控系統穩定性差、可靠性低且使用成本較高。如圖1、圖2和圖3所示:為了提高光切割工具機中數控系統的穩定性及可靠性，同時降低使用成本，本實用新型包括主控制器U3，所述主控制器U3通過X軸伺服控制器Ul與X軸伺服電機Ml相連，以通過X軸伺服電機Ml驅動雷射切割機的小車橫梁在X軸方向移動，且主控制器U3通過Y軸伺服控制器U2與Y軸伺服電機M2相連，以通過Y軸伺服電機M2驅動雷射切割機的大車端梁在Y軸方向移動；主控制器U3的輸入端與輸入控制電路50電連接，通過輸入控制電路50向主控制器U3內輸入小車橫梁在X軸方向的限位信號及大車端梁在Y軸方向的限位信號與急停信號，主控制器U3通過所述相應的限位信號及急停信號控制X軸伺服電機Ml及Y軸伺服電機M2的運動狀態；主控制器U3的輸出端與輸出控制電路60電連接，主控制器U3通過輸出控制電路60控制切割吹氣電磁閥YVl的開閉狀態、雷射切割電容調高器的工作狀態、雷射電源光閘的開啟或關閉以及雷射割炬的升降狀態，以進行所需的切割控制。通過主控制器U3與X軸伺服控制器U1、Y軸伺服控制器U2、輸入控制電路50及輸出控制電路60的配合，實現對光切割工具機的高速、高精度插補控制，提高運行的平穩性及可靠性。具體地:主控制器U3採用ARM (Advanced RISC Machines),主控制器U3、輸入控制電路50及輸出控制電路60共用一組24V直流電源供電，以滿足主控制器U3、輸入控制電路50及輸出控制電路60的工作要求。主控制器U3還通過鍵盤信號接口與鍵盤U4相連，並通過顯示屏信號接口與顯示器U5相連，通過鍵盤U4輸入所需的信號或設置相應的工作參數，通過顯示器U5顯示整個數控系統的工作狀態。X軸伺服控制器Ul及Y軸伺服控制器U2均為數字式伺服控制器；X軸伺服控制器Ul及Y軸伺服控制器U2的電源端與外部220V三相交流電壓相連，提供所需的工作電源。如圖2所示:輸入控制電路50包括第一光電接近開關10、第二光電接近開關20、第三光電接近開關30及第四光電接近開關40 ;輸入控制電路50內通過第一光電接近開關10及第四光電接近開關40檢測小車橫梁在X軸方向的限位信號，並通過第二光電接近開關20及第三光電接近開關30檢測大車端梁在Y軸方向的限位信號。本實用新型實施例中，第一光電接近開關10、第二光電接近開關20、第三光電接近開關30及第四光電接近開關40電源端的一端與+24V電源端相連，另一端與OV電源端相連。為了能夠使得雷射切割工具機在特殊情況下的急停，本實用新型實施例中，所述主控制器U3的輸入端與輸入控制電路50內第七繼電器KA7的常開觸點KA7-1 —端相連，第七繼電器KA7的常開觸點KA7-1的另一端通過第六繼電器KA6的常開觸點KA6-1與OV電源端相連；第七繼電器KA7線圈的一端與+24V電源端相連,另一端與Y軸伺服控制器U2的輸出端相連；第六繼電器KA6線圈的一端與+24V電源端相連，另一端與X軸伺服控制器Ul的輸出端相連。當雷射切割工具機在移動工作過程中，X軸伺服控制器Ul或Y軸伺服控制器U2有報警，通過第六繼電器KA6、第七繼電器KA7的常開觸點向主控制器U3內輸入急停信號，主控制器U3會立即停止整個系統的執行動作，以保護工具機及人身安全；或按動急停按鈕時，主控制器U3同樣也會執行急停操作，所述急停按鈕為工業加工工具機常用的命令按鈕；第六繼電器KA6、第七繼電器KA7能作為輸出報警。所述輸出控制電路60包括第一繼電器KAl、第二繼電器KA2、第三繼電器KA3、第四繼電器KA4及第五繼電器KA5 ；第一繼電器KAl線圈的一端與主控制器U3的輸出端相連,另一端與+24電源端相連；第一繼電器KAl的常開觸點KAl-1的一端與主控制器U3的輸出端相連,另一端通過切割吹氣電磁閥YVl與+24V電源端相連；為了能夠實現手動操作，本實用新型實施例中，所述第一繼電器KAl的線圈與主控制器U3輸出端相連的一端通過第一按鈕SB2與OV電源端相連，第一繼電器KAl線圈的兩端並聯有第一按鈕指示燈SB2-1。當主控制器U3與第一繼電器KAl線圈相連的輸出端輸出高電平時，第一繼電器KAl的線圈不會有電流，即第一繼電器KAl的常開觸點保持常開狀態。當手動閉合第一按鈕SB2時，由於第一繼電器KAl線圈的一端與+24V電源端相連，另一端通過第一按鈕SB2與OV電源端相連，能夠形成閉合迴路，此時第一繼電器KAl的線圈得電，第一繼電器KAl的常開觸點KAl-1閉合。當第一繼電器KAl的常開觸點KAl-1閉合後，切割吹氣電磁閥YVl的一端與+24V電源端相連，另一端與OV電源端相連形成閉合迴路，從而打開切割吹氣電磁閥YVl，從而實現通過第一按鈕SB2檢查雷射切割吹氣電磁閥通斷調節吹氣量大小的目的。當主控制器U3與第一繼電器KAl線圈相連輸出端輸出低電平時，第一繼電器KAl的線圈與+24V電源端及主控制器U3的輸出端間形成迴路，實現主控制器U3輸出信號控制第一繼電器KAl的常開觸點KAl-1閉合狀態的目的。第二繼電器KA2線圈的一端與主控制器U3的輸出端相連，另一端與+24V電源端相連，第二繼電器KA2的觸點控制雷射切割機的雷射切割電容調高器的工作狀態，使得在切割時，雷射切割電容調高器處於自動工作狀態，否則處於手動狀態；同時，第二繼電器KA2的線圈與主控制器U3輸出端相連的一端通過第四按鈕SB5與OV電源端相連，第二繼電器KA2線圈的兩端並聯有第四按鈕指示燈SB5-1。本實用新型實施例中，雷射切割機的雷射切割電容調高器並未在圖中示出，只要第二繼電器KA2的常開觸點或常閉觸點動作後實現調節雷射切割電容調高器工作狀態的目的即可。通過第四按鈕SB5實現手動調節的原理如上所述，此處不再詳述；當第四按鈕SB5閉合後，第四按鈕指示燈SB5-1點亮，通過第二繼電器KA2的觸點給雷射電容調高器自動使能信號，能使雷射電容調高器在切割狀態時處於自動狀態，進一步地使得雷射割炬下降檢測到正常切割高度，即離鋼板1_處停止下降。第三繼電器KA3線圈的一端與主控制器U3的輸出端相連，另一端與+24V電源相連，以通過第三繼電器KA3的觸點控制雷射電源的光閘開關與關閉；第三繼電器KA3的線圈與主控制器U3輸出端相連的一端通過第二按鈕SB3與OV電源端相連，第三繼電器KA3線圈的兩端並聯有第二按鈕指示燈SB3-1。本實用新型實施例中，雷射光源光閘與第三繼電器KA3觸點的配合連接未在圖中示出，具體實施時，只要使得第三繼電器KA3的觸點狀態變換時，能夠控制雷射光源光閘的開關或關閉即可，為本技術領域人員所熟知，此處不再詳述。通過第二按鈕SB3實現手動檢查的功能如上所述，此處不再詳述。當第二按鈕SB3按動閉合後，使得第三繼電器KA3與雷射光源光閘配合的觸點狀態變換，雷射光源光閘閉合後，能夠手動調節雷射光源光束的中心位置，滿足加工要求。第四繼電器KA4線圈的一端與主控制器U3的輸出端相連，另一端與+24V電源相連，以通過第四繼電器KA4的觸點向雷射切割電容調高器傳輸上升信號，使得雷射割炬上升；第四繼電器KA4的線圈與主控制器U3輸出端相連的一端通過第三按鈕SB4與OV電源端相連，第四繼電器KA4線圈的兩端並聯有第三按鈕指示燈SB4-1。本實用新型實施例中，第四繼電器KA4的觸點與雷射切割電容調高器的配合連接形式並未在圖中示出，只要能夠實現第四繼電器KA4的觸點變換後，向雷射切割電容調高器輸出信號，雷射切割電容調高器能夠實現上升，進而實現雷射割炬上升的目的即可。第五繼電器KA5線圈的一端與主控制器U3的輸出端相連,另一端與+24V電源相連，以通過第五繼電器KA5的觸點向雷射切割電容調高器傳輸下降信號，使得雷射割炬下降。本實用新型實施例中，第五繼電器KA5的觸點與雷射切割電容調高器的配合連接形式並未在圖中示出，只要能夠實現第四繼電器KA4的觸點變換後，向雷射切割電容調高器輸出信號，雷射切割電容調高器能夠實現下降，進而實現雷射割炬下降的目的即可。如圖f圖3所示:工作時，預先在主控制器U3內設置雷射切割加工參數或通過鍵盤U4輸入所需的加工參數，對主控制器U3設定後，可以通過上述按鈕進行手動調節或檢查，確保所有的部分均能進行正常的工作，並等待整個數控系統進行加工。加工時，主控制器U3按照雷射切割時序輸出控制信號,第一時序輸出雷射電容調高器自動信號,使得雷射電容調高器在自動狀態工作，雷射割炬經過設定延時時間後降到離工件切割高度I毫米後不再下降；第二時序中，主控制器U3輸出雷射切割吹氣信號，通過第一繼電器KAl的觸點打開切割吹氣電磁閥YVl ;第三時序中，主控制器U3輸出控制雷射電源的光閘信號使雷射電源使能工作，延時設定穿孔鋼板時間，主控制器U3開始控制X軸伺服控制器U1、Y軸伺服控制器U2聯動，以通過X軸伺服電機Ml驅動小車橫梁在X軸方向的運動，並通過Y軸伺服電機M2驅動大車端梁在Y軸方向的運動；輸入控制電路50內的第一光電接近開關10、第二光電接近開關20、第三光電接近開關30及第四光電接近開關40能夠檢測小車橫梁在X軸、大車端梁在Y軸的限位信號，確保主控制器U3控制小車橫梁在X軸運動及大車端梁在Y軸運動的平穩性及可靠性，通過小車橫梁在X軸、大車端梁在Y軸方向的運動，實現所需的雷射切割加工要求，直至整個加工結束。本實用新型與現有YAG數控系統，不需要專用運動控制卡、控制板或連接電纜等，連接操作方便，抗幹擾能力強，具有超低功耗不發熱，高溫也不容易死機的，可隨時直接斷電進行開機關機操作的，最適合車間工作環境的，加工過程穩定可靠，結構緊湊，安裝使用方便。
權利要求1.一種雷射切割機數控系統，其特徵是:包括主控制器(U3)，所述主控制器(U3)通過X軸伺服控制器(Ul)與X軸伺服電機(Ml)相連，以通過X軸伺服電機(Ml)驅動雷射切割機的小車橫梁在X軸方向移動，且主控制器(U3)通過Y軸伺服控制器(U2)與Y軸伺服電機(M2)相連，以通過Y軸伺服電機(M2)驅動雷射切割機的大車端梁在Y軸方向移動；主控制器(U3)的輸入端與輸入控制電路(50)電連接，通過輸入控制電路(50)向主控制器(U3)內輸入小車橫梁在X軸方向的限位信號及大車端梁在Y軸方向的限位信號與急停信號，主控制器(U3)通過所述相應的限位信號及急停信號控制X軸伺服電機(Ml)及Y軸伺服電機(M2)的運動狀態；主控制器(U3)的輸出端與輸出控制電路(60)電連接，主控制器(U3)通過輸出控制電路(60)控制切割吹氣電磁閥(YVl)的開閉狀態、雷射切割電容調高器的工作狀態、雷射電源光閘的開啟或關閉以及雷射割炬的升降狀態，以進行所需的切割控制。
2.根據權利要求1所述的雷射切割機數控系統，其特徵是:所述主控制器(U3)通過鍵盤信號接口與鍵盤(U4 )相連。
3.根據權利要求1所述的雷射切割機數控系統，其特徵是:所述主控制器(U3)通過顯示器信號接口與顯示器(U5)相連，主控制器(U3)與顯示器(U5)相連後，通過顯示器(U5)顯示工作狀態。
4.根據權利要求1所述的雷射切割機數控系統，其特徵是:所述輸入控制電路(50)包括第一光電接近開關(10)、第二光電接近開關(20)、第三光電接近開關(30)及第四光電接近開關(40);輸入控制電路(50)內通過第一光電接近開關(10)及第四光電接近開關(40)檢測小車橫梁在X軸方向的限位信號，並通過第二光電接近開關(20)及第三光電接近開關(30)檢測大車端梁在Y軸方向的限位信號。
5.根據權利要求1或4所述的雷射切割機數控系統，其特徵是:所述主控制器(U3)的輸入端與輸入控制電路(50)內第七繼電器(KA7)的常開觸點(KA7-1) —端相連,第七繼電器(KA7)的常開觸點(KA7-1)的另`一端通過第六繼電器(KA6)的常開觸點(KA6-1)與OV電源端相連；第七繼電器(KA7)線圈的一端與+24V電源端相連，另一端與Y軸伺服控制器(U2)的輸出端相連；第六繼電器(KA6)線圈的一端與+24V電源端相連,另一端與X軸伺服控制器(Ul)的輸出端相連。
6.根據權利要求1所述的雷射切割機數控系統，其特徵是:所述輸出控制電路(60)包括第一繼電器(KA1)、第二繼電器(KA2)、第三繼電器(KA3)、第四繼電器(KA4)及第五繼電器(KA5)； 第一繼電器(KAl)線圈的一端與主控制器(U3)的輸出端相連,另一端與+24電源端相連；第一繼電器(KAl)的常開觸點(KAl-1)的一端與主控制器(U3)的輸出端相連,另一端通過切割吹氣電磁閥(YVl)與+24V電源端相連； 第二繼電器(KA2)線圈的一端與主控制器(U3)的輸出端相連，另一端與+24V電源端相連，第二繼電器(KA2)的觸點控制雷射切割機的雷射切割電容調高器的工作狀態，使得在切割時，雷射切割電容調高器處於自動工作狀態，否則處於手動狀態； 第三繼電器(KA3)線圈的一端與主控制器(U3)的輸出端相連，另一端與+24V電源相連，以通過第三繼電器(KA3)的觸點控制雷射電源的光閘開關與關閉； 第四繼電器(KA4)線圈的一端與主控制器(U3)的輸出端相連，另一端與+24V電源相連，以通過第四繼電器(KA4)的觸點向雷射切割電容調高器傳輸上升信號，使得雷射割炬上升; 第五繼電器(KA5)線圈的一端與主控制器(U3)的輸出端相連,另一端與+24V電源相連，以通過第五繼電器(KA5)的觸點向雷射切割電容調高器傳輸下降信號，使得雷射割炬下降。
7.根據權利要求6所述的雷射切割機數控系統，其特徵是:所述第一繼電器(KAl)的線圈與主控制器(U3)輸出端相連的一端通過第一按鈕(SB2)與OV電源端相連，第一繼電器(KAl)線圈的兩端並聯有第一按鈕指示燈(SB2-1)； 第二繼電器(KA2)的線圈與主控制器(U3)輸出端相連的一端通過第四按鈕(SB5)與OV電源端相連，第二繼電器(KA2)線圈的兩端並聯有第四按鈕指示燈(SB5-1)； 第三繼電器(KA3)的線圈與主控制器(U3)輸出端相連的一端通過第二按鈕(SB3)與OV電源端相連，第三繼電器(KA3)線圈的兩端並聯有第二按鈕指示燈(SB3-1)； 第四繼電器(KA4)的線圈與主控制器(U3)輸出端相連的一端通過第三按鈕(SB4)與OV電源端相連，第四繼電器(KA4 )線圈的兩端並聯有第三按鈕指示燈(SB4-1)。
8.根據權利要求1所述的雷射切割機數控系統，其特徵是:所述主控制器(U3)採用ARM。
9.根據權利要求1所述的雷射切割機數控系統，其特徵是:所述X軸伺服控制器(Ul)及Y軸伺服控制器(U2)均 為數字式伺服控制器。
專利摘要本實用新型涉及一種雷射切割機數控系統，其包括主控制器，主控制器通過X軸伺服控制器與X軸伺服電機相連，且主控制器通過Y軸伺服控制器與Y軸伺服電機相連；主控制器的輸入端與輸入控制電路電連接，通過輸入控制電路向主控制器內輸入小車橫梁在X軸方向的限位信號及大車端梁在Y軸方向的限位信號與急停信號，主控制器通過所述相應的限位信號及急停信號控制X軸伺服電機及Y軸伺服電機的運動狀態；主控制器的輸出端與輸出控制電路電連接，主控制器通過輸出控制電路控制切割吹氣電磁閥的開閉狀態、雷射切割電容調高器的工作狀態、雷射電源光閘的開啟或關閉以及雷射割炬的升降狀態。本實用新型結構緊湊，安裝使用方便，提高穩定性，安全可靠。
文檔編號G05B19/414GK202929430SQ20122055988
公開日2013年5月8日 申請日期2012年10月29日 優先權日2012年10月29日
發明者楊傑, 李明傑 申請人:無錫市南方電器製造有限公司