自动寻边功能在数控激光切割机上的应用

周亚丽，邢振宏，刘 健，靳兵花

（济南铸造锻压机械研究所有限公司，山东 济南 250022）

0 前言

激光设备产业作为一个新兴行业，发展前景广阔。国外以美、德、日为代表的几个发达国家在激光加工产业领域的发展速度惊人，它们在主要的大型制造产业，如汽车、电子、机械、航空、钢铁等行业中基本完成了用激光加工工艺对传统工艺的更新换代，进入“光制造”时代。激光切割机具有能量密度可控性好、切缝窄、工件变形小、切面质量好、切割形状无限制、无接触加工等优点。而激光加工在工业制造中所显示出的低成本、高效率以及在应用上的巨大潜力，成为世界主要工业国家间互相竞争的动力，纷纷将激光技术作为本国重要的尖端技术给予积极支持，加紧制定国家级激光产业发展计划。在我国，激光加工技术逐步进入各类制造业，使产品技术含量提高，更新换代速度加快，实现了敏捷制造，满足市场对“个性化”产品的需求。

在钣金行业对大幅面、中厚金属板材进行切割时，为了提高板材的利用率以及便于编程，在进行激光切割前必须使放置板材的直边和机床X 轴加工方向平行。通常方式是用人工校准，效率低，误差大，材料浪费严重，影响加工效率。我们在激光切割机中应用了自动寻边功能，该功能操作简单，精度高，耗时短，很好地解决了这一难题。

1 自动寻边功能介绍

大幅面、中厚金属板材放置在封闭的机床工作台上，只需工人按一下“寻边”按键，在几秒之内设备就会计算出板材的倾斜角，同时机床的坐标系会进行相应的旋转，保证切割的X 方向与板材的长直边方向平行。

1.1 系统组成

实现自动寻边功能所需要的硬件连接及组成如图1 所示，主要包括CNC、伺服控制、线性驱动、传感器等。本设计方案选择FANUC31i 数控和PRECITEC EG8030 电容传感器来实现。

图1 传感器与数控系统连接图

FANUC31i 系统采用模块化结构控制板高度集成，使可靠性有很大提高，而且便于维修、更换。FANUC31i 系统性能稳定，操作界面友好，可以在较为宽泛的环境中使用，对于电压、温度等外界条件的要求不是特别高，因此适应性很强。

EG8030 电容传感器如图2 所示。其测量点小，发生碰撞、电缆破损或超出测量范围时会发出相应信号。电容传感器能够保持切割头始终聚焦在板材表面，并且切割头离板材表面的距离始终是固定的，不会因板材的高低不平而变化，如果传感器离板材的高度超出设定高度，传感器会发出报警信号传送到数控系统。数控系统负责将电容传感器采集的数据进行运算，将运算结果传送给电容传感器和各伺服轴来控制切割时机床坐标的旋转角度。EG8030 技术参数以及与数控系统连接需要的输入输出口参见表1。

1.2 硬件连接

电容传感器输出的数字量、模拟量信号接到FANUC31i 数控系统里，为数控系统提供采集相关数据所需的电信号，同时接收数控系统发出的指令信号。

表1 EG8030 技术参数

电容传感器与相关针脚的接线图如图3 所示。

1.3 自动寻边过程原理及程序

图4 是数控系统PMC 关于该信号的梯形图，其利用传感器A15 针脚返回的信号X9.6 激活PMC 代码G6.6，从而实现采集板材边缘坐标的目的。

图4 PMC 梯形图

具体寻边过程如图5所示，切割头停在X0 点，首先沿Y 轴方向运行到X1 点板材的边缘，系统记录下X1 点的坐标值，延时1s 快速返回到X0 点，延时1s 快速向X2 点运行，到达板材边缘停止，系统记录下X2点的坐标，由X1 和X2 点的坐标差值运算得出α 值即板材的倾斜角。

我们首先设定程序里的M 代码和宏变量的含意如表2 所示。

表2 程序里M 代码和宏变量的含意

具体程序如下：

M50

****************************

G92X0Y0

G13

#500=#5021

#501=#5022

G31Y2000F12000

#600=#5021 //X1 点 X 轴坐标

#601=#5022 //X1 点 Y 轴坐标

G04X1

G14

G91G00Z10

G90G0X#600Y#601

G13

G31X4000Y2000F2000

#602=#5021 //X2 点 X 轴坐标

#603=#5022 //X2 点 Y 轴坐标

G14

G91G00Z50

G90G0X#600Y#601

#604=#602-#600

#605=#603-#601

#606=ATAN[#605]/[#604]//板材倾斜角度

G00G90X0Y0

M99

****************************

M51

****************************

G68X0Y0R#606

M99

****************************

M52

****************************

G69

M99

2 结束语

自动寻边功能运用在数控激光切割机上，很好地解决了大幅面、中厚金属板材加工过程中材料利用率低的问题，省去了校准板材的时间，有效提高了生产效率，给用户带来了可观的效益，同时也提高了数控激光切割机的自动化程度。

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