CN102914997A - 激光切割机数控系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种激光切割机数控系统，其包括主控制器，、主控制器通过X轴伺服控制器与X轴伺服电机相连，且主控制器通过Y轴伺服控制器与Y轴伺服电机相连；主控制器的输入端与输入控制电路电连接，通过输入控制电路向主控制器内输入小车横梁在X轴方向的限位信号及大车端梁在Y轴方向的限位信号与急停信号，主控制器通过所述相应的限位信号及急停信号控制X轴伺服电机及Y轴伺服电机的运动状态；主控制器的输出端与输出控制电路电连接，主控制器通过输出控制电路控制切割吹气电磁阀的开闭状态、激光切割电容调高器的工作状态、激光电源光闸的开启或关闭以及激光割炬的升降状态。本发明结构紧凑，安装使用方便，提高稳定性，安全可靠。

Description

激光切割机数控系统

技术领域

本发明涉及一种数控系统，尤其是一种激光切割机数控系统，属于激光切割机控制的技术领域。

背景技术

有些钣金加工行业由于产品的需要，经常要切割多种中薄金属板材,切割不同规格的形状小尺寸钣金件，通过配置不同功率大小的激光器, 可优质切割碳钢板、不锈钢板、铝板等薄板。在以下这些行业：电气开关柜制造、航空航天、粮食机械、纺织机械、工程机械、机车制造、农林机械、电梯制造、特种汽车、家用电器制造、工具加工、IT制造、石油机械制造、食品机械、装饰广告、激光对外加工服务等各种机械制造加工行业得到广泛应用。激光切割机是钣金加工的一次工艺革命，是钣金加工中的“加工中心”；激光切割机柔性化程度高，切割速度快，生产效率高，产品生产周期短，为客户赢得了广泛的市场。

激光切割机无切削力，加工无变形；无刀具磨损，材料适应性好；不管是简单还是复杂零件，都可以用激光一次精密快速成形切割；其切缝窄，切割质量好、自动化程度高，操作简便，劳动强度低，没有污染；可实现切割自动排样、套料，提高了材料利用率，生产成本低，经济效益好。目前，激光切割机的数控系统稳定性差，不能满足激光切割机加工使用的要求。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种激光切割机数控系统，其结构紧凑，安装使用方便，提高稳定性，安全可靠。

按照本发明提供的技术方案，所述激光切割机数控系统，包括主控制器，所述主控制器通过X轴伺服控制器与X轴伺服电机相连，以通过X轴伺服电机驱动激光切割机的小车横梁在X轴方向移动，且主控制器通过Y轴伺服控制器与Y轴伺服电机相连，以通过Y轴伺服电机驱动激光切割机的大车端梁在Y轴方向移动；主控制器的输入端与输入控制电路电连接，通过输入控制电路向主控制器内输入小车横梁在X轴方向的限位信号及大车端梁在Y轴方向的限位信号与急停信号，主控制器通过所述相应的限位信号及急停信号控制X轴伺服电机及Y轴伺服电机的运动状态；主控制器的输出端与输出控制电路电连接，主控制器通过输出控制电路控制切割吹气电磁阀的开闭状态、激光切割电容调高器的工作状态、激光电源光闸的开启或关闭以及激光割炬的升降状态，以进行所需的切割控制。

所述主控制器通过键盘信号接口与键盘相连。所述主控制器通过显示器信号接口与显示器相连，主控制器与显示器相连后，通过显示器显示工作状态。

所述输入控制电路包括第一光电接近开关、第二光电接近开关、第三光电接近开关及第四光电接近开关；输入控制电路内通过第一光电接近开关及第四光电接近开关检测小车横梁在X轴方向的限位信号，并通过第二光电接近开关及第三光电接近开关检测大车端梁在Y轴方向的限位信号。

所述主控制器的输入端与输入控制电路内第七继电器的常开触点一端相连，第七继电器的常开触点的另一端通过第六继电器的常开触点与0V电源端相连；第七继电器线圈的一端与+24V电源端相连，另一端与Y轴伺服控制器的输出端相连；第六继电器线圈的一端与+24V电源端相连，另一端与X轴伺服控制器的输出端相连。

所述输出控制电路包括第一继电器、第二继电器、第三继电器、第四继电器及第五继电器；

第一继电器线圈的一端与主控制器的输出端相连，另一端与+24电源端相连；第一继电器的常开触点的一端与主控制器的输出端相连，另一端通过切割吹气电磁阀与+24V电源端相连；

第二继电器线圈的一端与主控制器的输出端相连，另一端与+24V电源端相连，第二继电器的触点控制激光切割机的激光切割电容调高器的工作状态，使得在切割时，激光切割电容调高器处于自动工作状态，否则处于手动状态；

第三继电器线圈的一端与主控制器的输出端相连，另一端与+24V电源相连，以通过第三继电器的触点控制激光电源的光闸开关与关闭；

第四继电器线圈的一端与主控制器的输出端相连，另一端与+24V电源相连，以通过第四继电器的触点向激光切割电容调高器传输上升信号，使得激光割炬上升；

第五继电器线圈的一端与主控制器的输出端相连，另一端与+24V电源相连，以通过第五继电器的触点向激光切割电容调高器传输下降信号，使得激光割炬下降。

所述第一继电器的线圈与主控制器输出端相连的一端通过第一按钮与0V电源端相连，第一继电器线圈的两端并联有第一按钮指示灯；

第二继电器的线圈与主控制器输出端相连的一端通过第四按钮与0V电源端相连，第二继电器线圈的两端并联有第四按钮指示灯；

第三继电器的线圈与主控制器输出端相连的一端通过第二按钮与0V电源端相连，第三继电器线圈的两端并联有第二按钮指示灯；

第四继电器的线圈与主控制器输出端相连的一端通过第三按钮与0V电源端相连，第四继电器线圈的两端并联有第三按钮指示灯。

所述主控制器采用ARM。所述X轴伺服控制器及Y轴伺服控制器均为数字式伺服控制器。

本发明的优点：连接操作方便，抗干扰能力强，具有超低功耗不发热，高温也不容易死机的，可随时直接断电进行开机关机操作的，最适合车间工作环境的，加工过程稳定可靠，结构紧凑，安装使用方便。

附图说明

图1为本发明的结构框图。

图2为本发明主控制器与输入控制电路、输出控制电路配合的电路原理图。

图3为本发明主控制器与X轴伺服控制器、Y轴伺服控制器配合的电路原理图。

附图标记说明：U1-X轴伺服控制器、U2-Y轴伺服控制器、U3-主控制器、U4-键盘、U5-显示屏、M1-X轴伺服电机、M2-Y轴伺服电机、10-第一光电接近开关、20-第二光电接近开关、30-第三光电接近开关、40-第四光电接近开关、50-输入控制电路及60-输出控制电路。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。

一般地，光切割机机床主要包括YAG激光切割机数控系统（工控机型数控系统）、伺服系统；激光电源系统、冷水机系统及光路系统等组成。而数控系统也是YAG激光切割机机床主要控制部件，直接影响整个激光切割机机床的运行稳定性。所述YAG激光切割机数控系统用于控制激光切割机输入信号控制、输出信号控制、驱动伺服输出控制，完成输入信号保护控制，输出信号控制激光切割机的切割工艺要求完成对零件的切割。目前，光切割机床的YAG激光切割机数控系统稳定性差、可靠性低且使用成本较高。

如图1、图2和图3所示：为了提高光切割机床中数控系统的稳定性及可靠性，同时降低使用成本，本发明包括主控制器U3，所述主控制器U3通过X轴伺服控制器U1与X轴伺服电机M1相连，以通过X轴伺服电机M1驱动激光切割机的小车横梁在X轴方向移动，且主控制器U3通过Y轴伺服控制器U2与Y轴伺服电机M2相连，以通过Y轴伺服电机M2驱动激光切割机的大车端梁在Y轴方向移动；主控制器U3的输入端与输入控制电路50电连接，通过输入控制电路50向主控制器U3内输入小车横梁在X轴方向的限位信号及大车端梁在Y轴方向的限位信号与急停信号，主控制器U3通过所述相应的限位信号及急停信号控制X轴伺服电机M1及Y轴伺服电机M2的运动状态；主控制器U3的输出端与输出控制电路60电连接，主控制器U3通过输出控制电路60控制切割吹气电磁阀YV1的开闭状态、激光切割电容调高器的工作状态、激光电源光闸的开启或关闭以及激光割炬的升降状态，以进行所需的切割控制。通过主控制器U3与X轴伺服控制器U1、Y轴伺服控制器U2、输入控制电路50及输出控制电路60的配合，实现对光切割机床的高速、高精度插补控制，提高运行的平稳性及可靠性。

具体地：主控制器U3采用ARM（Advanced RISC Machines），主控制器U3、输入控制电路50及输出控制电路60共用一组24V直流电源供电，以满足主控制器U3、输入控制电路50及输出控制电路60的工作要求。主控制器U3还通过键盘信号接口与键盘U4相连，并通过显示屏信号接口与显示器U5相连，通过键盘U4输入所需的信号或设置相应的工作参数，通过显示器U5显示整个数控系统的工作状态。X轴伺服控制器U1及Y轴伺服控制器U2均为数字式伺服控制器；X轴伺服控制器U1及Y轴伺服控制器U2的电源端与外部220V三相交流电压相连，提供所需的工作电源。

如图2所示：输入控制电路50包括第一光电接近开关10、第二光电接近开关20、第三光电接近开关30及第四光电接近开关40；输入控制电路50内通过第一光电接近开关10及第四光电接近开关40检测小车横梁在X轴方向的限位信号，并通过第二光电接近开关20及第三光电接近开关30检测大车端梁在Y轴方向的限位信号。本发明实施例中，第一光电接近开关10、第二光电接近开关20、第三光电接近开关30及第四光电接近开关40电源端的一端与+24V电源端相连，另一端与0V电源端相连。为了能够使得激光切割机床在特殊情况下的急停，本发明实施例中，所述主控制器U3的输入端与输入控制电路50内第七继电器KA7的常开触点KA7-1一端相连，第七继电器KA7的常开触点KA7-1的另一端通过第六继电器KA6的常开触点KA6-1与0V电源端相连；第七继电器KA7线圈的一端与+24V电源端相连，另一端与Y轴伺服控制器U2的输出端相连；第六继电器KA6线圈的一端与+24V电源端相连，另一端与X轴伺服控制器U1的输出端相连。当激光切割机床在移动工作过程中，X轴伺服控制器U1或Y轴伺服控制器U2有报警，通过第六继电器KA6、第七继电器KA7的常开触点向主控制器U3内输入急停信号，主控制器U3会立即停止整个系统的执行动作，以保护机床及人身安全；或按动急停按钮时，主控制器U3同样也会执行急停操作，所述急停按钮为工业加工机床常用的命令按钮；第六继电器KA6、第七继电器KA7能作为输出报警。

所述输出控制电路60包括第一继电器KA1、第二继电器KA2、第三继电器KA3、第四继电器KA4及第五继电器KA5；

第一继电器KA1线圈的一端与主控制器U3的输出端相连，另一端与+24电源端相连；第一继电器KA1的常开触点KA1-1的一端与主控制器U3的输出端相连，另一端通过切割吹气电磁阀YV1与+24V电源端相连；为了能够实现手动操作，本发明实施例中，所述第一继电器KA1的线圈与主控制器U3输出端相连的一端通过第一按钮SB2与0V电源端相连，第一继电器KA1线圈的两端并联有第一按钮指示灯SB2-1。当主控制器U3与第一继电器KA1线圈相连的输出端输出高电平时，第一继电器KA1的线圈不会有电流，即第一继电器KA1的常开触点保持常开状态。当手动闭合第一按钮SB2时，由于第一继电器KA1线圈的一端与+24V电源端相连，另一端通过第一按钮SB2与0V电源端相连，能够形成闭合回路，此时第一继电器KA1的线圈得电，第一继电器KA1的常开触点KA1-1闭合。当第一继电器KA1的常开触点KA1-1闭合后，切割吹气电磁阀YV1的一端与+24V电源端相连，另一端与0V电源端相连形成闭合回路，从而打开切割吹气电磁阀YV1，从而实现通过第一按钮SB2检查激光切割吹气电磁阀通断调节吹气量大小的目的。当主控制器U3与第一继电器KA1线圈相连输出端输出低电平时，第一继电器KA1的线圈与+24V电源端及主控制器U3的输出端间形成回路，实现主控制器U3输出信号控制第一继电器KA1的常开触点KA1-1闭合状态的目的。

第二继电器KA2线圈的一端与主控制器U3的输出端相连，另一端与+24V电源端相连，第二继电器KA2的触点控制激光切割机的激光切割电容调高器的工作状态，使得在切割时，激光切割电容调高器处于自动工作状态，否则处于手动状态；同时，第二继电器KA2的线圈与主控制器U3输出端相连的一端通过第四按钮SB5与0V电源端相连，第二继电器KA2线圈的两端并联有第四按钮指示灯SB5-1。本发明实施例中，激光切割机的激光切割电容调高器并未在图中示出，只要第二继电器KA2的常开触点或常闭触点动作后实现调节激光切割电容调高器工作状态的目的即可。通过第四按钮SB5实现手动调节的原理如上所述，此处不再详述；当第四按钮SB5闭合后，第四按钮指示灯SB5-1点亮，通过第二继电器KA2的触点给激光电容调高器自动使能信号，能使激光电容调高器在切割状态时处于自动状态，进一步地使得激光割炬下降检测到正常切割高度，即离钢板1mm处停止下降。

第三继电器KA3线圈的一端与主控制器U3的输出端相连，另一端与+24V电源相连，以通过第三继电器KA3的触点控制激光电源的光闸开关与关闭；第三继电器KA3的线圈与主控制器U3输出端相连的一端通过第二按钮SB3与0V电源端相连，第三继电器KA3线圈的两端并联有第二按钮指示灯SB3-1。本发明实施例中，激光光源光闸与第三继电器KA3触点的配合连接未在图中示出，具体实施时，只要使得第三继电器KA3的触点状态变换时，能够控制激光光源光闸的开关或关闭即可，为本技术领域人员所熟知，此处不再详述。通过第二按钮SB3实现手动检查的功能如上所述，此处不再详述。当第二按钮SB3按动闭合后，使得第三继电器KA3与激光光源光闸配合的触点状态变换，激光光源光闸闭合后，能够手动调节激光光源光束的中心位置，满足加工要求。

第四继电器KA4线圈的一端与主控制器U3的输出端相连，另一端与+24V电源相连，以通过第四继电器KA4的触点向激光切割电容调高器传输上升信号，使得激光割炬上升；第四继电器KA4的线圈与主控制器U3输出端相连的一端通过第三按钮SB4与0V电源端相连，第四继电器KA4线圈的两端并联有第三按钮指示灯SB4-1。本发明实施例中，第四继电器KA4的触点与激光切割电容调高器的配合连接形式并未在图中示出，只要能够实现第四继电器KA4的触点变换后，向激光切割电容调高器输出信号，激光切割电容调高器能够实现上升，进而实现激光割炬上升的目的即可。

第五继电器KA5线圈的一端与主控制器U3的输出端相连，另一端与+24V电源相连，以通过第五继电器KA5的触点向激光切割电容调高器传输下降信号，使得激光割炬下降。本发明实施例中，第五继电器KA5的触点与激光切割电容调高器的配合连接形式并未在图中示出，只要能够实现第四继电器KA4的触点变换后，向激光切割电容调高器输出信号，激光切割电容调高器能够实现下降，进而实现激光割炬下降的目的即可。

如图1~图3所示：工作时，预先在主控制器U3内设置激光切割加工参数或通过键盘U4输入所需的加工参数，对主控制器U3设定后，可以通过上述按钮进行手动调节或检查，确保所有的部分均能进行正常的工作，并等待整个数控系统进行加工。加工时，主控制器U3按照激光切割时序输出控制信号，第一时序输出激光电容调高器自动信号，使得激光电容调高器在自动状态工作，激光割炬经过设定延时时间后降到离工件切割高度1毫米后不再下降；第二时序中，主控制器U3输出激光切割吹气信号，通过第一继电器KA1的触点打开切割吹气电磁阀YV1；第三时序中，主控制器U3输出控制激光电源的光闸信号使激光电源使能工作，延时设定穿孔钢板时间，主控制器U3开始控制X轴伺服控制器U1、Y轴伺服控制器U2联动，以通过X轴伺服电机M1驱动小车横梁在X轴方向的运动，并通过Y轴伺服电机M2驱动大车端梁在Y轴方向的运动；输入控制电路50内的第一光电接近开关10、第二光电接近开关20、第三光电接近开关30及第四光电接近开关40能够检测小车横梁在X轴、大车端梁在Y轴的限位信号，确保主控制器U3控制小车横梁在X轴运动及大车端梁在Y轴运动的平稳性及可靠性，通过小车横梁在X轴、大车端梁在Y轴方向的运动，实现所需的激光切割加工要求，直至整个加工结束。

本发明与现有YAG数控系统，不需要专用运动控制卡、控制板或连接电缆等，连接操作方便，抗干扰能力强，具有超低功耗不发热，高温也不容易死机的，可随时直接断电进行开机关机操作的，最适合车间工作环境的，加工过程稳定可靠，结构紧凑，安装使用方便。

Claims (9)

1.一种激光切割机数控系统，其特征是：包括主控制器（U3），所述主控制器（U3）通过X轴伺服控制器（U1）与X轴伺服电机（M1）相连，以通过X轴伺服电机（M1）驱动激光切割机的小车横梁在X轴方向移动，且主控制器（U3）通过Y轴伺服控制器（U2）与Y轴伺服电机（M2）相连，以通过Y轴伺服电机（M2）驱动激光切割机的大车端梁在Y轴方向移动；主控制器（U3）的输入端与输入控制电路（50）电连接，通过输入控制电路（50）向主控制器（U3）内输入小车横梁在X轴方向的限位信号及大车端梁在Y轴方向的限位信号与急停信号，主控制器（U3）通过所述相应的限位信号及急停信号控制X轴伺服电机（M1）及Y轴伺服电机（M2）的运动状态；主控制器（U3）的输出端与输出控制电路（60）电连接，主控制器（U3）通过输出控制电路（60）控制切割吹气电磁阀（YV1）的开闭状态、激光切割电容调高器的工作状态、激光电源光闸的开启或关闭以及激光割炬的升降状态，以进行所需的切割控制。

2.根据权利要求1所述的激光切割机数控系统，其特征是：所述主控制器（U3）通过键盘信号接口与键盘（U4）相连。

3.根据权利要求1所述的激光切割机数控系统，其特征是：所述主控制器（U3）通过显示器信号接口与显示器（U5）相连，主控制器（U3）与显示器（U5）相连后，通过显示器（U5）显示工作状态。

4.根据权利要求1所述的激光切割机数控系统，其特征是：所述输入控制电路（50）包括第一光电接近开关（10）、第二光电接近开关（20）、第三光电接近开关（30）及第四光电接近开关（40）；输入控制电路（50）内通过第一光电接近开关（10）及第四光电接近开关（40）检测小车横梁在X轴方向的限位信号，并通过第二光电接近开关（20）及第三光电接近开关（30）检测大车端梁在Y轴方向的限位信号。

5.根据权利要求1或4所述的激光切割机数控系统，其特征是：所述主控制器（U3）的输入端与输入控制电路（50）内第七继电器（KA7）的常开触点（KA7-1）一端相连，第七继电器（KA7）的常开触点（KA7-1）的另一端通过第六继电器（KA6）的常开触点（KA6-1）与0V电源端相连；第七继电器（KA7）线圈的一端与+24V电源端相连，另一端与Y轴伺服控制器（U2）的输出端相连；第六继电器（KA6）线圈的一端与+24V电源端相连，另一端与X轴伺服控制器（U1）的输出端相连。

6.根据权利要求1所述的激光切割机数控系统，其特征是：所述输出控制电路（60）包括第一继电器（KA1）、第二继电器（KA2）、第三继电器（KA3）、第四继电器（KA4）及第五继电器（KA5）；

第一继电器（KA1）线圈的一端与主控制器（U3）的输出端相连，另一端与+24电源端相连；第一继电器（KA1）的常开触点（KA1-1）的一端与主控制器（U3）的输出端相连，另一端通过切割吹气电磁阀（YV1）与+24V电源端相连；

第二继电器（KA2）线圈的一端与主控制器（U3）的输出端相连，另一端与+24V电源端相连，第二继电器（KA2）的触点控制激光切割机的激光切割电容调高器的工作状态，使得在切割时，激光切割电容调高器处于自动工作状态，否则处于手动状态；

第三继电器（KA3）线圈的一端与主控制器（U3）的输出端相连，另一端与+24V电源相连，以通过第三继电器（KA3）的触点控制激光电源的光闸开关与关闭；

第四继电器（KA4）线圈的一端与主控制器（U3）的输出端相连，另一端与+24V电源相连，以通过第四继电器（KA4）的触点向激光切割电容调高器传输上升信号，使得激光割炬上升；

第五继电器（KA5）线圈的一端与主控制器（U3）的输出端相连，另一端与+24V电源相连，以通过第五继电器（KA5）的触点向激光切割电容调高器传输下降信号，使得激光割炬下降。

7.根据权利要求6所述的激光切割机数控系统，其特征是：所述第一继电器（KA1）的线圈与主控制器（U3）输出端相连的一端通过第一按钮（SB2）与0V电源端相连，第一继电器（KA1）线圈的两端并联有第一按钮指示灯（SB2-1）；

第二继电器（KA2）的线圈与主控制器（U3）输出端相连的一端通过第四按钮（SB5）与0V电源端相连，第二继电器（KA2）线圈的两端并联有第四按钮指示灯（SB5-1）；

第三继电器（KA3）的线圈与主控制器（U3）输出端相连的一端通过第二按钮（SB3）与0V电源端相连，第三继电器（KA3）线圈的两端并联有第二按钮指示灯（SB3-1）；

第四继电器（KA4）的线圈与主控制器（U3）输出端相连的一端通过第三按钮（SB4）与0V电源端相连，第四继电器（KA4）线圈的两端并联有第三按钮指示灯（SB4-1）。

8.根据权利要求1所述的激光切割机数控系统，其特征是：所述主控制器（U3）采用ARM。

9.根据权利要求1所述的激光切割机数控系统，其特征是：所述X轴伺服控制器（U1）及Y轴伺服控制器（U2）均为数字式伺服控制器。

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