摘 要：激光切割機(jī)床在切割板材時(shí)不同的聚焦鏡焦點(diǎn)位置對(duì)穿孔和切割效果有較大影響，因此需要頻繁調(diào)整聚焦鏡的焦點(diǎn)位置來(lái)實(shí)現(xiàn)板材加工中快速穿孔和切割。如果進(jìn)行手動(dòng)焦點(diǎn)調(diào)整，則操作繁瑣，而且影響效率。變形鏡的曲率變化可以使激光光束在傳導(dǎo)至聚焦鏡時(shí)焦點(diǎn)隨之變化，因此可以將變形鏡應(yīng)用在激光機(jī)床上作為自動(dòng)調(diào)整焦點(diǎn)裝置，從而提升機(jī)床使用效率。
關(guān)鍵詞：變形鏡；焦點(diǎn)；激光機(jī)床

0 、引 言

激光切割機(jī)在板材加工中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，但由于早期機(jī)床技術(shù)薄弱，機(jī)床功能不太完善，僅僅能夠勉強(qiáng)滿足使用。而目前激光技術(shù)發(fā)展突飛猛進(jìn)，機(jī)床原有功能已不能適應(yīng)當(dāng)前需要，如果能在相關(guān)功能上進(jìn)行改造，可以提高機(jī)床性能，在花費(fèi)盡可能少的情況下就可以滿足客戶的需要。某公司欲對(duì)早期購(gòu)買的數(shù)控激光切割機(jī)在提高機(jī)床加工效率上進(jìn)行相關(guān)改進(jìn)。

1 、背景技術(shù)

該機(jī)床為2008年的激光切割機(jī)，該機(jī)床采用FANUC CO2 的 4 kW 激光器，數(shù)控系統(tǒng)為 FANUC 18iL。通過(guò)對(duì)該機(jī)床的結(jié)構(gòu)、性能、精度等進(jìn)行全面分析，我們發(fā)現(xiàn)機(jī)床性能良好，切割速度快，工件的切割斷面光潔。但是切割頭的焦點(diǎn)調(diào)整為手動(dòng)調(diào)整，比較繁瑣和費(fèi)時(shí)；同時(shí)機(jī)床在加工 6 mm 厚以上的碳鋼板材，穿孔時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，嚴(yán)重影響了機(jī)床的加工效率。因此僅需縮短機(jī)床切割時(shí)的穿孔時(shí)間和焦點(diǎn)自動(dòng)調(diào)整改進(jìn)就可以提高機(jī)床整個(gè)加工效率。

2 、設(shè)計(jì)原理

由于激光切割機(jī)床在切割板材時(shí)不同的聚焦鏡焦點(diǎn)位置對(duì)穿孔和切割效果有較大影響, 因此需要頻繁調(diào)整聚焦鏡的焦點(diǎn)位置,早期機(jī)床一般 用的是通過(guò)手動(dòng)調(diào)整切割頭焦點(diǎn) ,如圖 1.

在切割碳鋼板材時(shí)，切割時(shí)焦點(diǎn)在板材表面左右，而實(shí)際上穿孔時(shí)焦點(diǎn)在板材下則更易穿透，如果通過(guò)采用變形鏡能自動(dòng)調(diào)節(jié)焦點(diǎn)位置，就可以使穿孔時(shí)間大大縮短，提高碳鋼穿孔的加工效率，如圖 2。

同時(shí)在加工不銹鋼材料時(shí)，以前隨著板厚不同而頻繁手動(dòng)調(diào)節(jié)切割頭焦點(diǎn)，通過(guò)采用變型鏡可以自動(dòng)控制聚焦鏡焦點(diǎn)位置，也就提高了不銹鋼材料的加工效率。

因此可以通過(guò)采用 0——10 V 模擬量電壓控制比例閥的氣壓使變形鏡的曲率變化，從而使聚焦鏡的焦點(diǎn)隨之變化。

3 、線路整改

在 FANUC 18i-LB 系統(tǒng)上增加變形鏡穿孔功能需增加一個(gè)端子型 I/O 模塊基本模塊和擴(kuò)展模塊 E，具體的線路整改詳見(jiàn)圖 3。

4、 PLC 軟件設(shè)計(jì)、變形鏡的設(shè)定及子程序

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，我們將控制地址按如下定義：

X40:2001/8

Y40:2001/4

通過(guò)對(duì)宏變量數(shù)值的設(shè)定來(lái)改變變形鏡的曲率，從而達(dá)到調(diào)節(jié)焦點(diǎn)的目的：

#530 當(dāng)前變形鏡數(shù)值

#531 第一次變焦時(shí)變形鏡數(shù)值 推薦數(shù)值：1.0

#532 第二次變焦時(shí)變形鏡數(shù)值 推薦數(shù)值：1.2

#533 第三次變焦時(shí)變形鏡數(shù)值 推薦數(shù)值=#534

#534 切割時(shí)變形鏡數(shù)值 具體焦點(diǎn)數(shù)值

表1 焦點(diǎn)位置及宏數(shù)值對(duì)應(yīng)關(guān)系

宏參數(shù) #530=0.67 是焦點(diǎn)為 0，宏參數(shù)+0.08 焦點(diǎn)位置向下移動(dòng)約 1 mm，宏參數(shù)-0.08 焦點(diǎn)位置向上移動(dòng) 1 mm。

5、 改造效果

當(dāng)我們對(duì)機(jī)床的硬件和軟件進(jìn)行改造后，在穿孔效率上提高明顯，表 2 為改造前后的時(shí)間對(duì)比。

表 2 改造前后的時(shí)間對(duì)比

6、 結(jié) 語(yǔ)
此次改造，通過(guò)在已有舊機(jī)床局部進(jìn)行了改進(jìn)，用戶僅僅花了較少的費(fèi)用，機(jī)床使用效率卻得到很大的提升，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益。