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激光坡口切割新风口 选对软件系统至关重要

IT学院 IT学院 197 人阅读 | 0 人回复 | 2021-12-01



随着激光产业的发展,激光技术作为一种加工技术在各领域广泛应用。激光切割技术在加工行业中同样得到了广泛应用。其中,厚钢板的坡口加工是一项必不可少的工序,为确保部分工件在焊接时无缝对接,对工件加工的要求相对提高,切割面需具备一定的坡口角度。



在市场应用需求下,许多激光设备企业推出了坡口激光切割机。不过,对于应用领域的终端用户来说,要提高加工效率与质量,除了选择一款好用的坡口激光切割机之外,配套的坡口切割软件系统也非常重要。

在《步入软件定义的时代》中,梅宏院士对软件技术的基础性做了这样的阐述:“从使能技术的视角看,软件技术在信息技术中则始终处于‘灵魂’地位,所有新的信息技术应用、平台和服务模式,均离不开软件技术作为基础支撑;更为重要的是,在数字经济时代,软件技术已经成为企业的核心竞争力,不仅引领信息技术产业的变革,在很多传统领域(如汽车、能源、制造、零售等)中的存在比重和重要性也在不断加大,在支持这些传统领域产业结构升级换代甚至颠覆式创新的过程中起到核心关键作用,并进一步加速重构了全球分工体系和竞争格局。”

高功率激光切割控制系统仍待国产替代

在激光切割整套设备中,运动控制系统可谓设备工作时的大脑。运动控制系统一般由控制器、功率放大器与变换装置、电动机、负载及相关的传感器等部件组成。控制器下达指令后,驱动器将其转化为能够运行电机的电流,驱动电机旋转,带动工作机械运行,同时,电机上的传感器经过信号处理将电机的实时信息反馈给控制器,控制器进行实时调整,从而保证整个系统的稳定运转。

从激光切割系统国产化程度来看,中低功率激光切割控制系统领域中,目前国产激光运动控制系统已占据中国市场的主导地位。而在高功率激光切割控制系统领域中,目前国际厂商依然占据绝对优势,知名企业包括德国倍福、德国PA、西门子等。

以三维五轴激光切割机为例,主要适用于航空航天、汽车制造、工程机械、模具、健身器材等领域的碳钢、不锈钢、钛合金、铝合金等材料。而在三维五轴激光切割机配套系统上,仍存在一些难点。

国产配套系统处于积累阶段

目前,国内有少数激光设备厂商推出了三维五轴激光切割机。而与之相配套,在三维五轴空间轨迹运动控制方面,国产主流的激光切割控制系统供应商在该领域几乎也是从零开始,需要技术能力与经验积累。

套料软件国外采购成本高

另一方面,套料软件是一种CAM软件(计算机辅助制造),用于创建套料并准备零件,以便进行切割。第一,通常从CAD中导入零件几何形状。其次,应用各种切割参数,准备文件,以便进行加工。最后,由用户手动创建套料,或者由软件自动创建套料。自动套料使用一种或多种数学算法来自动向套料添加图形,同时旋转和装配零件,以实现最佳利用率。在许多情况下,软件会考虑零件、板材和套料策略的不同组合,以实现整体最好的效果。而采购坡口套料软件软件成本太高,国内企业在这一方面尚不成熟,软件功能有所欠缺。

设备厂家在坡口切割方面欠缺经验

此外,由于设备厂家在坡口切割方面欠缺经验,市场容量尚未释放。同时,摆头结构必须与控制系统软件精密配合,才能方便安装调试,并达到最终的使用效果,实现切割速度与精度要求。因此,设备厂家自己设计制作坡口摆头,既有失败风险,也有成本压力。

激光坡口切割工艺仍需沉淀

在激光坡口切割这个新型市场应用领域,激光设备厂家与终端依然存在经验不足的情况。激光坡口切割作为一种市场方向,工艺需要时间积累与经验沉淀,未来需求将是激增态势。这个时候就需要一款功能强大、开放性好的控制软件工艺数据库,方便用户在此基础上逐步形成成熟的专家工艺数据库。

如何选择坡口激光切割软件系统

下文将以威士登WisCut B坡口激光切割控制系统与软件为例进行介绍。威士登已经自主开发了专业坡口套料软件,具备坡口切割套料基本功能,能满足绝大部分生产需要,并且可以提供坡口摆头结构的软硬件整体解决方案。

WisCut B坡口激光切割控制系统与软件是基于德国倍福三维五轴数控系统,由武汉威士登自主研发的一款高端激光切割软件。整套控制系统与软件由核心的“3”+“3”=“6”大核心软硬件组成,是全球知名的大品牌数控系统,也是目前市面上最成熟、最广泛安装使用的坡口激光切割控制系统。



“3”大核心硬件

德国倍福三维五轴数控系统

如前文所述,目前在三维五轴数控系统上国内企业尚处于经验积累阶段。德国倍福是全球知名的大品牌,也是EtherCAT总线的发明与倡导者。WisCut软件基于稳定性与可靠性最好的硬件平台,核心硬件由倍福工业PC控制器与总线IO模块组成。C6xxx系列超紧凑工业PC采用倍福自主研发生产的工业PC主板,采用坚固的铝质外壳,将强大的计算能力与可扩展性结合于一体的稳定可靠的工业PC;倍福EtherCAT端子模块具备坚固的外壳、安全可靠的触点和性能稳定的电子元件,EtherCAT高速实时总线通讯,任意扩展IO点与信号类型,灵活方便。

德国倍福基于PC与EtherCAT总线的三维五轴数控系统,具备全球最成熟的RTCP三维五轴空间运动控制算法,坡口激光切割必须基于RTCP功能实现切割摆头的空间运动控制功能。德国倍福数控系统RTCP功能已经有超过20年的成熟应用经验,且广泛应用于激光坡口切割、等离子/火焰坡口切割、三维五轴激光切割、五轴数控加工中心等领域。

总线调高器

总线控制系统指将运动控制器、计算机、调高器进行集成,以网线连接外设并通过实时以太网协议与其他外设通讯,具有更高实时性、稳定性的专业型控制系统。WSD-M-TG-Epro基于总线的电容随动调高系统,由武汉威士登公司自主研发设计制造,最大加速度3G,最高速度可达999mm/s,采用高性能实时工业以太网EtherCAT总线与控制器进行通讯,精度可达0.001mm。具备以下功能:

具备防撞功能,有效躲避空程运行与切割过程中的板材翘起与异物对喷嘴/陶瓷环的碰撞;配合WisCut软件,具备三点寻边等功能,并有寻边保护功能;振动抑制功能,能有效的抑制由于板材抖动与切割头跟随过程中的振动现象;与WisCut搭配使用可实现蛙跳、高速随动、高中低位穿孔以及多段穿孔、渐进穿孔、极速穿孔、无感穿孔等多种穿孔模式。

坡口摆头结构

武汉威士登自主研发设计的坡口摆头结构,深入融合德国倍福数控系统,搭配WisCut B系列软件成为完善的整体解决方案。该结构具备这些技术特点:灵活多变,可扩展性强,可外挂不同类别、配置的激光切割头;采用交流伺服谐波减速机一体化设计,AB轴旋转摆动执行器;轻量化、稳固的结构设计;高动态特性、高精度、高刚性;牢靠的防尘设计;绝对值编码器反馈,安全角度保护功能。



技术参数如下图所示:



“3”大核心软件

WisCNC激光运动控制软件

武汉威士登公司基于德国倍福TwinCAT CNC实时底核平台研发编写的激光运动控制与逻辑控制软件。技术亮点包括:三维五轴G代码架构程序、RTCP刀尖校准算法、高速龙门双驱运动控制保护程序、CNC Z轴高速运动控制算法、高速CNC智能蛙跳算法、闪电切割/飞行切割算法、快速穿孔/无感穿孔算法、断点/断电续切功能算法。

WisCut B坡口激光切割软件

威士登采用Python高级语言开发的高功率专用激光切割软件,功能完善、性能卓越,操作方便、简单易用。软件由如下功能模块组成:

WisHMI:人性化UI人机界面

WisDebug:集成式一体化调试软件

WisCDB:切割工艺专家数据库

WisVision:激光切割机器视觉软件等功能模块软件组成支持多相机视觉监控,支持切割软件与监控软件运行于同一显示器(标配),具备机器视觉感知人员与物体进入监控区域并触发报警功能(选配)。



WisNest B坡口编辑套料软件

在线编辑坡口切割轨迹,可设置多种坡口类型和不同的坡口角度、厚度,满足客户的打样和快速加工需求;包含WisNest平面套料软件,平面切割与坡口切割模式随意变换;符合AutoCAD操作习惯的绘图软件,提供丰富的图形编辑工具,可以在软件界面直接绘图或者导入DXF图形进行编辑,并直接进行切割,无需再次转换图形G代码;提供多样化的图形零件库,调入图档,方便快捷进行打样切割与工艺测试。简洁、易用、符合激光切割领域操作习惯的排版套料软件,智能高效的排版算法,多种轨迹优化算法,具备微连、桥接、共边、环切、补偿等高级功能。

此外,附件包含专为激光切割设计开发的无线手持操作盒,具有多种操作功能按键,可方便快捷的对激光切割机床进行操作与调试。配套齐全的EtherCAT实时工业以太网总线电缆,DP/DVI/VGA等显示器转换接头。

异形曲线与45度坡口切割

在空间轨迹与运动控制方面考虑,标准的直线与圆弧进行坡口切割,相对来说会简单一些,但针对于异形曲线的坡口切割,更加考验数控系统的三维五轴RTCP底层算法功能。

45度大角度的坡口切割,一直是整个行业的难点。因为角度越大,对机床结构的稳定性、XYZ三轴相互之间的垂直度要求就越高,同时也十分考验AB轴摆头机构的刚性、回转精度等技术性能。即使如此,仍然需要一款底层算法强大,上位切割软件功能完善、坡口切割工艺数据库灵活方便的切割软件进行配合,不断的优化机械结构与切割工艺,才能做好45度的坡口切割。

如下是采用WisCut B 激光坡口切割软件的机器在用户现场加工生产的部分异形曲线与45度坡口切割零件。



控制系统相当于我们人类的大脑,所有外部指令,进入到控制系统内后都是通过它进行处理和发出。在坡口切割中,大量的状态需要控制系统进行处理和调整,同时也需要运算各种所设定的数据关系,还需要能够处理各种切割工艺,切割运动中的各种变化因素等方面。基于此考虑,威士登公司采用了目前全球最成熟的三维五轴数控系统之一的德国倍福

Twin CAT CNC底层控制系统,拥有20年成熟应用的RTCP三维五轴功能,在这个基础上进行坡口激光切割控制系统的整合,在整体解决方案的6大关键核心技术之中,已经实现了其中5项的国产化突破,仅仅保留最核心的底层数控系统。威士登公司不断的在关键核心技术与切割软件层面突破瓶颈,实现了大部分国产化的同时也具备了优越的稳定性与先进性。

图片来源:威士登



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