隨著近幾年激光設備的普及，國內市場已經(jīng)從“我要激光”發(fā)展到“為什么要激光”的階段。如何讓激光切割速度更快精度更高就是其中一個永恒的課題。本文通過對高速飛行加工的探討，介紹了FANUC作為激光器與系統(tǒng)集成供應商，在這方面先進的解決方案與思路。

1、高速飛行機理

1）控制原理：

傳統(tǒng)控制方法如圖一所示，CNC程序經(jīng)預處理以后，激光功率輸出指令與伺服指令分為相互獨立的兩路，分別進行控制。這樣的結果是，在插補程序段執(zhí)行過程中，如果要穿插激光功率控制，時序上就會不可控。FANUC 激光系統(tǒng)如圖二所示，增加了插補和激光功率控制之間的雙向通信，使得激光功率可以跟插補周期同步控制。如此，在插補程序段中穿插激光功率控制成為現(xiàn)實。

2）指令傳輸：

僅僅做到激光功率控制跟插補周期同步，還不足以實現(xiàn)高速飛行。傳統(tǒng)方法因使用I/O控制激光器（如圖一），指令傳輸速度慢。低速飛行加工（≤3m/min）尚可達成，高速加工場合，會因為光束開關響應延遲，引起較大的位置偏差。以切割速度30m/min，數(shù)據(jù)傳輸周期2ms計算，最大會引起的位置偏差：

△E=30m/min×2ms=1mm

不僅達不到激光切割精度（≤0.1mm）,甚至可能造成切割線段不合縫，切割廢料不能自行脫落。不僅沒有提高效率，反而增加了后道工序。所以，要想順利進行高速飛行控制，比較可行性的方法是實現(xiàn)激光指令的高速傳輸及激光器光閘的高速響應。

FANUC產(chǎn)品使用光纖傳輸相關激光數(shù)據(jù)，縮短了傳輸周期（ms提升至us級，F(xiàn)ANUC專利技術），并采用了高速響應的電子光閘，極大提升了高速切割的精確度。圖三所示，兩種傳輸周期條件下，實際切割的樣件對比可以印證：2ms傳輸周期條件下，在切割直線線段相交點處（②與③），位置偏差很大，而傳輸周期提升至us級后，已無明顯偏差。至此，我們才真正實現(xiàn)了高速飛行控制。

2、高速飛行加工樣例

飛行加工包括高速飛行加工和低速飛行加工，他們的工藝理念是一樣的：在加工過程中，以連貫線為主，盡量避免出現(xiàn)拐角軌跡，進而減少加減速的次數(shù)，提高加工效率。下面根據(jù)高速飛行切割與高速飛行打標樣例的加工軌跡，簡單介紹飛行加工的應用方法。

1）高速飛行切割  

圖四所示零件有大量的規(guī)整方孔，橫向7排，縱向7列，共49個。按傳統(tǒng)方法，需要對每個方孔單獨切割，在每個拐角都需要加減速，耗時較長。按一個方孔4次加減速算，共需要196次。采用飛行加工，軌跡可以改成縱向14條和橫向14條直線線段，加減速減少到28次，大大減少了加工耗時。

圖五(右)所示，飛行切割進給過程中，速度保持恒定，通過控制光束的開關，分別達到切割與快移的目的。圖五（左）所示V-T曲線可見，因為以長直線線段代替了拐角軌跡，無需加減速，所以保證了恒定高速切割。

2）高速飛行打標

圖六所示為高速飛行打標樣例，在高速飛行加工應用中比較有代表性。加工的要求是在不銹鋼板材上進行明文打標。實際加工過程中，整個圖形被分成N條直線線段，每條線段均通過飛行加工的方法來實現(xiàn)高速打標。因為激光指令的高速傳輸及激光器光閘的高速響應，實現(xiàn)了恒速率穩(wěn)定高精打標。

3、飛行加工應用

市場上有一種誤區(qū)認識，認為飛行控制只能應用于特定形狀，比如方形孔或者扇形孔的常規(guī)排列，而實際上任何形狀的工件均可應用飛行控制方法。在加工過程中，我們需要靈活掌握。下面介紹了幾種典型的應用場合，以供參考。

4、結束語：

高可靠性、高效率的激光設備能給企業(yè)帶來競爭力，而激光設備的高可靠性、高效率不僅來源于激光器、控制系統(tǒng)、驅動系統(tǒng)以及激光頭這樣的核心部件，更來源于這幾項技術的完美匹配。FANUC一體化提供激光器、控制系統(tǒng)與驅動系統(tǒng)，在這方面具有先進、獨到、成熟的集成經(jīng)驗。也正是得益于三者的無縫結合，才展現(xiàn)出如此“飛”的藝術。