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設(shè)備簡介

圖1.1  激光打孔機整機

圖2.2  輔助設(shè)備

      激光打孔機是最早達到實用化的激光加工技術(shù)，也是激光加工的主要應(yīng)用領(lǐng)域之一。激光束在空間和時間上的高度集中，可以將光斑直徑縮小到微米級從而獲得很高的功率密度，幾乎可以對任何材料進行激光打孔。例如，在高熔點金屬鉬板上加工微米量級孔徑，在硬質(zhì)碳化鎢上加工幾十微米的小孔；在紅、藍(lán)寶石上加工幾十微米的深孔以及金剛石拉絲模具、化學(xué)纖維的噴絲頭等。這一類的加工任務(wù)用常規(guī)的機械方法很難，有時甚至是不可能的，而用激光打孔則不難實現(xiàn)。

圖2.4  加工成品圖

工藝簡介	激光打孔機主要是利用激光的高能量特點，通過調(diào)節(jié)激光的電流與焦距，在不同的材料上按照工藝要求進行加工。
原先方案	XY平臺絲杠傳動，采用松下伺服200W電機控制
新方案	XY平臺改為直線電機傳動
方案比較	對比舊方案，新的方案可以快速完成點到點的定位，具有高加速度，高精度的優(yōu)勢，大大提升了加工效率

調(diào)試過程
1.設(shè)計性能
      客戶目標(biāo) 1 秒內(nèi)打孔 100 個，一共提出兩種解決方案。
      1)XY 直線電機每運行到一個位置停止之后，激光進行打孔，打完孔之后，電機運行到下一個位置，然后再進行第二次打孔。
      2)XY 直線電機一直處于運行狀態(tài)，激光頭成周期性的在目標(biāo)位置打孔。受激光頭性能影響（不能快速高響應(yīng)的觸發(fā)），暫時不能測試，所以此次主要是測試第一種方案。

2.工藝詳解

     

      圖3.1  打孔流程示意圖

      該工藝的難點主要在于上位，驅(qū)動以及激光發(fā)射器之間時間上的配合，即如何配合才能讓激光發(fā)射出 去的時候，XY 軸剛好移動到位。目前是采用工藝流程如上流程圖所示，即上位給出指令位置信號到伺服 驅(qū)動器，而電機完全到位時間根據(jù)示波器可以得出在延遲 25ms 的時間節(jié)點上，則上位可以在指令位置到 預(yù)到位時間 完全到位 激光發(fā)出 激光發(fā)射延遲時間 完成打孔 脈沖控制 P+D 華科大運動板卡 洛源 1.5kW 驅(qū)動 XY 直線電機 激光觸發(fā)信號 到位時間位后，延遲 23ms 左右給激光觸發(fā)信號，激光從觸發(fā)到發(fā)出約 1ms。這樣就可以保證在激光發(fā)出到加工件 的時候，XY 軸的直線電機的實際位置剛好移動到位，最大程度上的保證了加工精度。通過該工藝操作方 式，目前最高可以做到 1S 內(nèi)加工 25 個孔，加工精度可達 1μm，精度滿足客戶需求，而傳統(tǒng)絲桿類的加 工模式效率普遍在 1S5 到 8 孔之間，效率已經(jīng)遠(yuǎn)低于目前的方案。

3.參數(shù)設(shè)置     
      脈沖電子齒輪比設(shè)置為 48000 個脈沖為 1 個磁極距。主要是因為該電機磁矩為 24mm，最小分辨率為 0.5um。所以選用 48000 剛好可以 1 個脈沖對應(yīng)到 0.5um，不至于造成精度上的浪費。
4.波形圖
     4.1電流環(huán)響應(yīng)特性：

圖4.1  上軸電流環(huán)響應(yīng)特性

圖4.2  下軸電流環(huán)響應(yīng)特性

圖4.3  上軸電流環(huán)波形

圖4.4  下軸電流環(huán)波形

圖4.5  上軸在工藝位的時候位置跟隨誤差

圖4.6  下軸在工藝位的時候位置跟隨誤差

5.測試結(jié)果

性能上對比傳統(tǒng)絲桿已經(jīng)有了較大的提升，但是對于客戶預(yù)期的1秒內(nèi)100個孔還是有著比較大的距離。

應(yīng)用總結(jié)
      洛源科技高階版伺服驅(qū)動器，配套直線電機 XY 平臺應(yīng)用于高速激光打孔機，與傳統(tǒng)絲杠結(jié)構(gòu)相比，效率大 幅度提升 300%，由之前的 8 孔/秒提高到 25 孔/秒，精度更是達到了 1μm，提高了 10 倍。直線電機 XY 平臺還有異乎尋常的精度保持性，這是傳統(tǒng)絲杠結(jié)構(gòu)完全無法提供的潛在價值。

客戶建議&進一步需求

1.繼續(xù)測試尋找各個間隔時間之間的最佳配合關(guān)系，找到最優(yōu)解。

2.更換最新激光頭，激光響應(yīng)時間級別在皮秒級，幾乎可以忽略不計，在此基礎(chǔ)上繼續(xù)提高打孔效率。
3.固件以及參數(shù)再次進行優(yōu)化，盡可能的再次縮短到位時間，提升打孔效率。
4.加強對 XY 大理石平臺的固定力度，這樣可以將加減速度再次提升，而不至于導(dǎo)致平臺晃動，從而達到提速的效果。
5.更換加工工藝，不采用一停一打的控制方式，而改為電機在高勻速運行中，激光頭以固定頻率連續(xù)打孔的加工方式，測試該加工工藝是否會提升效率。