最优化的CNC切削方案

Lasercomb公司的CLS激光切割设备配备有Eckmann的CNC系统，
两家企业的工程师们共同参与了对设备控制系统的最优化集成工作

轨迹控制的质量和速度是影响CNC机床的主要因素。其实用性取决于许多的功能，其中主要包括在整体加工流程中的完美集成，应用软件和硬件功能与切削界面的配备。

在机械制造业中，CNC技术的应用是否成功，取决于操作人员在控制时的换装时间是否可以降到最低，以及是否具备一种可以灵活协助设备进一步发展的方案。此外，很多最优化的因素是依据加工工艺而确定的，即控制系统的最佳设置应该包含能够与流程特征或与工艺相符的典型设备部件相匹配的特性。由此需要开发能够与各种加工工艺很好匹配的集成式软件包和硬件包。

技术和几何外形方面的功能

加工中经常需要CNC系统具备对切割参数的轨迹速度进行调节的功能。尽管要依据切削工具（如刀具、激光和水射流）和该功能对不同的流程参数进行控制，但是在实施相应的控制技术时，总是会遵循相同的模式。对这种特征，下文将通过激光切割实例加以阐述。

图1 Lasercomb切削样机上的Eckelmann图像处理摄像机

为了达到最佳、均匀和定义准确的接缝，特别需要注意激光发出能量的恒定性。在需要调节加工速度（如在切割复杂和精细的外形轮廓）时，激光功率必须依据各个轨迹速度情况，做出相应调节。对此，Eckelmann-CNC机床可以依据不同的电压信号或PWM信号，或通过总线接口提供一个与轨迹速度相关的出口。

这种工艺也可以被应用到其他的切削刀具上。如采用与轨迹速度相关的信号来调节切削量和水射流切削的压力。其他的参数编写（如水射流切削时的最小压力等极限值）也同样可以实现。

另一个切削时经常会用到的NC功能是Z轴高度的自动调节。借助于激光切削就可解释这项功能，在激光切削时，会出现一种可能影响切削条件稳定并降低切削质量的典型效应。由于工件的曲面和加工过程中的扭曲作用，工件表面与激光焦点之间的间距会发生变动。为了在切削范围内仍然能够实现稳定的激光束外形，这些高度差就必须能够通过对Z轴位置的快速纠偏得到自动纠正。对此，CNC设有一种模拟或增量的输入通道，以获得工件表面和刀具之间的间距。在加工薄板时，高度测量可以通过一个高容量的环形传感器或离子电弧电压来实现，也可以采用其他的光学或触觉系统来测定距离。

此外，Eckelmann-NC系统还拥有其他更多可以促进加工准备和CNC切削加工的流程，或在其他加工场合经常能见到的的一些功能，如针对工作台表面的测量，工件位置的测定和计算，刀具的正切导入和向工件外轮廓的靠近与离开等。

图2 Lasercomb切削样机所采用的切削刀具nextpage

跨行业的人机界面

从设备的接受程度上看，依据操作者的工作需要和典型工作习惯而设计的操作方式具有重要的意义。因此，所设计的设备具有切削方面的典型特征。Eckelmann-CNC操作界面可以实现简单的加工数据输入（DXF、DIN、ESSI），并可借助于大容量宏数据库支持的舒适的NC编程。

“针对切削作业的CNC”版的HMI设计支持多种嵌套方案：栅格嵌套是最简单的一种方案，所有部件均可被嵌套在一个正方形的栅格内。通过类似的嵌套方式即可实现空间利用的最大化（图3）。

图3 Eckelmann公司嵌入式CNC-Ex-C66
控制系统可用于所有Lasercomb切削设备

另一种方案是轮廓嵌套。不同种类的部件都可以用此方式被嵌套。切削轨迹的自动定位和对切削顺序的选择与最优化处理，都可以促进生产效率的进一步提高。集成在软件里的订单管理和加工数据收集功能可以实现高效率的生产操作。

成功的研发合作

设备制造企业Lasercomb公司是Eckelmann AG公司的客户，其中很多客户都实现并完善了所介绍的这些控制功能。Lasercomb公司是一家国际知名的包装和冲压模具制造供应商。

Lasercomb公司的产品为各种不同的刀具和切削工艺提供了支持，在所有的设备中，都采用了不同造型和不同规格的Eckelmann公司的CNC控制系统。

针对冲压模具制造，可以提供加工面达4000mm×2000mm的激光切削设备。

在切削样机（加工面达5500mm×2500mm）上，使用了扁刀、开槽刀、铣刀和画笔。由此，样机所作的包装和显示即可精确实现刻刮深度并实现打孔、铣削、切削和标识。为了使切削效果达到最佳，刀具以正切的方式被引入到轨迹轮廓线上，通过Z轴补偿与不同的台面高度相匹配。

对机器制造嗅觉灵敏的控制技术

30多年以来，Eckelmann AG公司作为一家设备控制的软件和硬件专业公司服务于机床和特殊设备的制造厂商。在几何外形和技术上的NC功能，以及特殊的HMI设计相匹配的多年工作经验的基础上，该公司开发出了专门针对本行业的“用于切削作业的CNC”完整技术方案。借助于这种精选控制元件的技术包，Eckelmann公司配置了各种技术方案，以满足常规切削、离子切削、激光切削和水射流切削，以及采用切削轮、振荡刀具、条刀、切削线和带柄刀具与盘形刀具等设备的需求。

“用于切削作业的CNC”技术包是控制系统开发商与设备制造商紧密合作开发的一种产品，其早期被应用于中小企业的生产中。虽然Eckelmann公司向市场提供了品种繁多的自行研发和制造的驱动与控制技术产品。但是，其产品价值的体现并非在于销售的高数量，而是对用户专有整体技术方案的各个元件的优化上。这种目标通过设备设计工程师与Eckelmann应用工程师之间的直接沟通和反复的匹配过程而达到。在沟通中，设备厂家的技术得到有效的保护。同时，厂家仍可以从常规技术的再开发中获利。

用户专用的控制系统配置与系统集成

Eckelmann AG公司的产品在设备自动化的各个层次上都拥有能够与切削设备的功率需求和装备准确匹配的相应的部件：

● 用于各种恶劣环境下的设备操作和可视化的工业PC，也可选择装备单独的设备操作区域；

● 用于分散式技术设备和低费用的设备布线的现场总线模块；

● 用于设备实时监控功能、通过内置自监控系统实现安全的运行控制的嵌入式控制器；

● 针对设备高动态性的轴类件的驱动技术；

● 用于工件位置识别和校正值向CNC加工程序传送的图像处理系统；通过CNC编程的自动轮廓扫描；通过读取条形码、矩阵码或清晰字符对工件的识别。

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最优化的CNC切削方案

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