激光加工是利用光的能量經(jīng)過透鏡聚焦后在焦點(diǎn)上達(dá)到很高的能量密度，靠光熱效應(yīng)來加工的。激光加工不需要工具、加工速度快、表面變形小，可加工各種材料。用激光束對(duì)材料進(jìn)行各種加工，如打孔、切割、劃片、焊接、熱處理等。

隨客戶對(duì)激光設(shè)備加工要求的提升，對(duì)伺服的使用要求也越來越高。在實(shí)際使用中也暴露了一些問題，尤其是加工輪廓的變形問題，是比較困擾大家的一個(gè)主要方面。

其實(shí)無論是板材切割機(jī)、管材切割機(jī)或者是復(fù)雜的立體切割設(shè)備，要想設(shè)備按照既定的圖形進(jìn)行加工，關(guān)鍵就在于參與加工的各個(gè)軸動(dòng)態(tài)響應(yīng)性的高低及相互之間的配合問題。如果在加工過程中，各軸的整體響應(yīng)太慢，或者某些位置出現(xiàn)一個(gè)軸偏差小，另一個(gè)軸偏差大的情況，則就會(huì)出現(xiàn)加工輪廓變形的問題。而導(dǎo)致這種偏差不一致情況出現(xiàn)的原因眾多，有機(jī)械的、外力的、伺服響應(yīng)性、控制系統(tǒng)等因素，或是多因素疊加影響。因此，解決此類問題的關(guān)鍵在于各軸有較好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性及相互之間的配合的協(xié)調(diào)性，使其能比較嚴(yán)格地按照既定目標(biāo)進(jìn)行加工動(dòng)作。

1、機(jī)械因素

機(jī)械問題相對(duì)而言比較常見，主要體現(xiàn)在設(shè)計(jì)、傳動(dòng)方式、安裝、材質(zhì)、機(jī)械磨損等方面。

2、機(jī)械共振

機(jī)械共振問題對(duì)伺服最大的影響在于無法繼續(xù)提高伺服電機(jī)的響應(yīng)性，從而使設(shè)備整體運(yùn)行在比較低的響應(yīng)狀態(tài)。此類問題在同步帶傳動(dòng)的機(jī)械中比較常見，另外長(zhǎng)距離的滾珠絲桿有時(shí)也有此類情況。主要原因是同步帶的剛性偏低，共振頻率低，長(zhǎng)距離的絲桿自身慣量較大，且多有變形情況，特別是在電機(jī)容量選擇偏小的情況下比較容易起振。同時(shí)安裝時(shí)的裝配工藝高低和材質(zhì)的優(yōu)劣也會(huì)對(duì)機(jī)械的共振產(chǎn)生影響。如果出現(xiàn)此類問題，除在機(jī)械上優(yōu)化外，可通過伺服的調(diào)整來彌補(bǔ)。主要思路就是通過伺服抑制共振的功能來完成。

3、機(jī)械抖動(dòng)

機(jī)械抖動(dòng)實(shí)質(zhì)也是機(jī)械的固有頻率問題，通常比較多地出現(xiàn)在單端固定的懸梁結(jié)構(gòu)中，特別是在加減速階段表現(xiàn)尤其明顯。低頻的抖動(dòng)在加工件中會(huì)呈現(xiàn)出大波浪狀的形態(tài)，較高頻的抖動(dòng)會(huì)有鋸齒狀的形態(tài)。對(duì)于此種情況的基本思路是加入多種濾波器，錯(cuò)開轉(zhuǎn)矩指令頻率。

4、機(jī)械內(nèi)應(yīng)力、外力等因素

由于機(jī)械材質(zhì)和安裝的差異，設(shè)備上各傳動(dòng)軸的機(jī)械內(nèi)應(yīng)力、靜摩擦力等可能會(huì)不一致。如果設(shè)備中參與軌跡插補(bǔ)控制的兩軸中的某一軸的內(nèi)應(yīng)力或者靜摩擦力等更大，則會(huì)一定程度上消耗掉伺服的轉(zhuǎn)矩，造成此軸的加速變慢，從而導(dǎo)致加工輪廓變形。通常我們可以通過伺服驅(qū)動(dòng)器反饋生成的波形曲線來觀察傳動(dòng)軸的內(nèi)應(yīng)力問題。

外力作用于軸上的情況也比較類似。一般的板材切割機(jī)，各軸與工件之間是非接觸的，可能受到的外力有限。但某些管材切割機(jī)，送管軸會(huì)參與切割時(shí)候的插補(bǔ)，而另一軸一般是非接觸的。此時(shí)管材由于受到夾具的影響，會(huì)對(duì)送管軸產(chǎn)生一個(gè)反向作用力，這樣參與插補(bǔ)控制的兩軸受力情況不一致，切割的效果肯定會(huì)受到影響。

5、伺服因素

在機(jī)械正常的情況下，如果伺服參數(shù)偏差較大，也會(huì)引起切割的輪廓不理想的情況。因此伺服調(diào)試的時(shí)候應(yīng)該遵循的原則是：

伺服響應(yīng)性在允許的范圍內(nèi)應(yīng)保持較高的水平。

參與插補(bǔ)控制的各軸應(yīng)當(dāng)具有比較接近的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性，可通過波形曲線察看實(shí)際的脈沖偏差水平。

慣量比應(yīng)該按照比較真實(shí)的數(shù)值進(jìn)行設(shè)定，如果驅(qū)動(dòng)器自動(dòng)推算的慣量比較真實(shí)地反映了實(shí)際的負(fù)載情況，就不要隨意改變此數(shù)值。

響應(yīng)性調(diào)整時(shí)應(yīng)盡量使用自動(dòng)增益，就算需要手動(dòng)調(diào)試也要在自動(dòng)調(diào)試的基礎(chǔ)上調(diào)整，這樣會(huì)簡(jiǎn)化調(diào)試的難度。

6、數(shù)控系統(tǒng)因素

有的情況下，伺服的調(diào)試效果不明顯，此時(shí)可能就要介入對(duì)控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)了。激光切割機(jī)加工時(shí)通常線速度是比較恒定的，在直線與曲線上都是同一速度。這一點(diǎn)在直線運(yùn)動(dòng)上是沒有多大問題的，但是在曲線，特別是小尺寸圓弧的加工上可能會(huì)因?yàn)榧铀俣冗^大導(dǎo)致輪廓變形的情況。因此，在切割小圓等圖形時(shí)必須對(duì)速度及加速度加以限制。并且在遇到抖動(dòng)等問題的時(shí)候調(diào)整加速度，改變插補(bǔ)采樣周期等參數(shù)對(duì)抑制抖動(dòng)的效果比單純調(diào)整伺服效果更好。

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