Équipement de traitement laser CNC
L'équipement de traitement laser CNC n'est pas un appareil unique, mais un système de travail collaboratif composé de trois modules de base : un générateur laser, un système CNC et un actionneur de traitement, ainsi que des systèmes auxiliaires (refroidissement, dépoussiérage, positionnement, etc.). Les fonctions de chaque module se soutiennent mutuellement et déterminent conjointement la précision et l'efficacité du traitement :
| Module de base | Fonctionnalités principales | Indicateurs techniques clés | Types/composants courants |
|---|---|---|---|
| Générateur laser | Fournit le faisceau laser à haute énergie-nécessaire au traitement et constitue la "source d'énergie" de l'équipement. | Longueur d'onde du laser (détermine la compatibilité des matériaux), stabilité de la puissance (optimale à ± 1 %), qualité du faisceau (valeur M², plus proche de 1, mieux c'est) | Laser à fibre (courant dans le traitement des métaux), laser CO₂ (courant dans le traitement des métaux non-), laser UV (micro-usinage de précision) |
| Système CNC | Il reçoit les données de dessin de traitement et les convertit en instructions de mouvement pouvant être exécutées par l'équipement. C'est le « cerveau » de l'équipement. | Précision de positionnement (niveau ± 0,005 mm), algorithme d'interpolation (affecte la douceur du traitement des courbes), vitesse de réponse (niveau milliseconde) | Système CNC dédié-basé sur un API et plate-forme CNC ouverte équipée d'un logiciel industriel |
| Actionneur de traitement | Réaliser le mouvement relatif entre le faisceau laser et la pièce à usiner pour effectuer la découpe/soudage et d'autres actions est constitué des « mains et pieds » de l'équipement. | Nombre d'axes de mouvement (3 axes comme base, 5 axes peuvent traiter des surfaces complexes), répétabilité (niveau ±0,003 mm), vitesse de mouvement (niveau mètres/minute) | Plate-forme d'entraînement à moteur linéaire (scénario de haute-précision), plate-forme d'entraînement à vis à billes (scénario-rentable), tête laser (y compris lentille de focalisation et buse) |
| Systèmes d'assistance | Assurer un fonctionnement stable des équipements et optimiser les résultats du traitement | Précision du contrôle de la température de refroidissement (± 0,5 degrés), efficacité de dépoussiérage (supérieure ou égale à 95 %), pureté du gaz (telle que la pureté de l'oxygène de coupe supérieure ou égale à 99,99 %) | Refroidisseur d'eau (indispensable pour les lasers-haute puissance), dépoussiéreur industriel, gaz auxiliaire (oxygène, azote, air comprimé), système de positionnement visuel |
Dans les équipements de traitement laser CNC, le système de servomoteur est « l'unité de puissance principale » qui détermine la précision, la vitesse et la stabilité du traitement. Il connecte le système CNC de l'équipement (le « cerveau ») aux actionneurs (tels que l'axe de mouvement de la tête laser et la table de travail), convertissant les instructions CNC en mouvement mécanique précis, affectant directement les résultats finaux des processus tels que la découpe et le soudage au laser.
Les composants essentiels du système de servomoteur
Le système d'asservissement des équipements de traitement laser CNC est généralement composé d'une structure à trois -couches : "couche de commande - couche d'entraînement - couche d'exécution". Ces modules fonctionnent ensemble pour mettre en œuvre le contrôle en boucle fermée-de "l'interprétation des commandes - la puissance de sortie - le retour de mouvement". La structure spécifique est la suivante :
| Hiérarchie | Composants de base | Fonction |
|---|---|---|
| Couche d'instructions | Système CNC | Générez des instructions de mouvement : analysez les paramètres de déplacement, de vitesse et d'accélération de l'axe en fonction des dessins d'usinage (tels que des fichiers CAO) et des impulsions de sortie/signaux analogiques ou des instructions de bus. |
| Couche pilote | Servomoteur | Amplification et contrôle des commandes : reçoit les commandes du système CNC et les convertit en signaux courant/tension pour piloter le moteur. Il reçoit également des signaux de retour d'encodeur pour obtenir une régulation en boucle fermée-. |
| Couche d'exécution | Servomoteur + dispositif de retour de position | Puissance de sortie et retour d'état : les servomoteurs (tels que les servomoteurs et les moteurs linéaires) convertissent l'énergie électrique en énergie mécanique pour entraîner l'axe mobile/la table de travail ; les encodeurs (tels que les encodeurs photoélectriques et les règles de réseau) collectent la position/vitesse du moteur en temps réel et la renvoient au conducteur pour former une boucle fermée. |
Principe de fonctionnement de base : le contrôle en boucle fermée-est la clé
Le traitement laser CNC nécessite une précision de mouvement extrêmement élevée (comme un positionnement au niveau du micron-). Par conséquent, le système d'asservissement doit adopter une logique de contrôle en boucle fermée-pour éliminer les erreurs de mouvement grâce à un cycle de "commande - exécution - retour d'information - correction". Le processus spécifique est le suivant :
Émission de commande : en fonction du chemin d'usinage, le système CNC envoie des signaux de commande (les types de signaux courants incluent des signaux d'impulsion/direction, des signaux analogiques ou des signaux de bus industriels tels que EtherCAT et Profinet) au servomoteur, indiquant la position cible (par exemple, mouvement de l'axe X- 10 mm) et la vitesse (par exemple, 500 mm/s).
Sortie du variateur : après avoir reçu la commande, le servovariateur la convertit en un signal de courant pour le moteur via son algorithme de contrôle interne à trois -boucles : boucle de position, boucle de vitesse et boucle de courant. Cela contrôle la rotation du rotor du moteur (ou le mouvement linéaire d'un moteur linéaire).
Acquisition de retour : un dispositif de retour de position (par exemple, un codeur photoélectrique de haute précision de 23-bits-ou une échelle linéaire de niveau nanométrique) synchronisé avec le moteur collecte la position et la vitesse réelles du moteur en temps réel et transmet ces données au servomoteur.
Correction d'erreur : le servomoteur compare la valeur de commande cible avec la valeur de retour réelle, calcule l'erreur (par exemple, si le mouvement cible est de 10 mm et le mouvement réel n'est que de 9,998 mm, l'erreur est de 0,002 mm) et ajuste le courant de sortie en temps réel pour corriger la trajectoire de mouvement du moteur jusqu'à ce que l'erreur soit réduite dans la plage autorisée (généralement à ± 0,001 mm).
Exigences techniques de base dans les scénarios de traitement laser
Le traitement laser (tel que la découpe de haute-précision et le micro-soudage) impose des exigences bien plus élevées en termes de vitesse de réponse, de précision de positionnement et de capacités anti-anti-interférences du système de servomoteur que le traitement mécanique traditionnel. Plus précisément, les conditions suivantes doivent être remplies :
1. Précision et répétabilité de positionnement ultra-élevées
La précision du positionnement doit atteindre ±0,001 à ±0,005 mm (niveau millimétrique ou même micronique) pour éviter le décalage de la focalisation laser et les défauts de processus (tels que les bavures sur les arêtes de coupe et les défauts de soudure).
Méthodes : utilisez un dispositif de rétroaction de haute-précision (tel qu'un encodeur photoélectrique de 25 bits ou plus ou une échelle linéaire) en conjonction avec l'engrenage électronique du variateur et les fonctions de compensation d'erreur (telles que la compensation du jeu mécanique et des erreurs de pas de vis mère).
2. Réponse dynamique rapide
Le traitement laser (en particulier la découpe à grande vitesse-) nécessite que le système d'asservissement suive rapidement les changements d'accélération et de décélération des commandes CNC (tels que les changements brusques de direction ou les augmentations de vitesse) pour éviter les erreurs d'hystérésis.
Spécifications clés : la bande passante du système d'asservissement doit atteindre 500-1 000 Hz (plus la bande passante est élevée, plus la vitesse de réponse est rapide), et les temps d'accélération et de décélération doivent être contrôlés dans un délai de 10 à 50 ms (par exemple, accélération de 0 à 1 000 mm/s en seulement 30 ms).
3. Haute stabilité et résistance aux interférences
Pendant le traitement au laser, l'alimentation du laser et les gaz à haute-pression (tels que l'oxygène et l'azote utilisés pour la découpe) génèrent des interférences électromagnétiques. Si le système d'asservissement a une faible résistance aux interférences, il est sujet à des pertes de pas et à une gigue, provoquant une déviation du chemin de traitement.
Conception anti-interférence : le pilote utilise des conceptions d'isolation optoélectronique et CEM (compatibilité électromagnétique) ; des câbles blindés sont utilisés pour les câbles moteur et de retour ; et la résistance de terre du système est inférieure ou égale à 4 Ω pour éviter les interférences en mode commun -.
4. Caractéristiques spéciales pour le traitement laser
Compensation dynamique des erreurs de suivi : pour remédier au « retard d'inertie » de la tête laser lors d'un mouvement à grande vitesse-, le pilote calcule la force d'inertie en temps réel et ajuste le couple de sortie à l'avance pour garantir que la focalisation du laser est parfaitement alignée avec le chemin de traitement.
Verrouillage du servo : dans les scénarios de traitement statique comme le soudage au laser, le système d'asservissement doit « verrouiller » l'axe mobile dans une position fixe avec une erreur de position inférieure ou égale à 0,0005 mm pour éviter que les vibrations n'affectent la précision du soudage.
Contrôle synchrone du bus : lors de l'usinage multi-axes (comme la découpe laser de surfaces 3D), la synchronisation au niveau de la microseconde-de plusieurs entraînements est obtenue via des bus-en temps réel tels qu'EtherCAT, garantissant une correspondance temporelle parfaite du mouvement de chaque axe (erreur de synchronisation inférieure ou égale à 1 μs).
Cas d'adaptation
Cas de candidature
Différents scénarios de traitement laser ont des exigences variables pour les systèmes de servocommande. Voici des solutions d’adaptation pour deux scénarios principaux :
1. Découpe laser de tôle (par exemple, traitement de la tôle automobile)
Exigences : Haute vitesse (vitesse de coupe 1-3 m/min), haute précision (précision de coupe ±0,01 mm) et liaison multi-axes (synchronisation des axes X/Y/Z).
Configuration du servo : servomoteur synchrone à aimant permanent AC (puissance 1,5-5 kW, couple 5-15 N·m) codeur optique + 23-bit ; le lecteur prend en charge la synchronisation du bus EtherCAT ; La « compensation dynamique des erreurs » est activée pour compenser l'inertie du mouvement à grande vitesse.
2. Soudage laser des languettes de batterie au lithium (micro-usinage)
Exigences : Positionnement ultra-précis (± 0,002 mm), faibles vibrations (pour éviter la déformation de la languette) et démarrage et arrêt rapides (cycle de soudage inférieur ou égal à 0,5 s/cycle).
Configuration du servo : un servomoteur miniaturisé (puissance 0,4-1 kW, couple 1-3N·m) + une échelle linéaire (précision de positionnement ±0,001 mm) est utilisé. Le conducteur utilise le « mode faibles vibrations » pour optimiser les courbes d'accélération et de décélération (telles que les courbes en forme de S) afin de réduire l'impact.