针对这个工作目标,本课题完成了以下主要研究工作: (1)研究多轴运动控制的实现方法和手段; (2)研究实时通讯总线EtherCAT的协议原理,协议特性; (3)在激光切割机方案中选用的运动控制解决方案,设计硬件系统架构,包括运动控制器,伺服驱动系统;编写运动控制软件,确保多轴系统的同步运行,同时实现龙门轴控制功能,蛙跳功能,随动控制,功率控制等激光切割工艺. 本研究工作的主要创新点和改进后的优势: (1)提高了切割的速度,从而提高生产效率; (2)提高系统的可靠性,减少维护成本.


介绍了光纤传输脉冲固体激光切割机系统的设计原理及工作特点,主要是优化设计光纤传输系统,使光纤输出后的激光束聚焦光斑直径尽量小;满足激光切割所需功率密度要求.系统使用双灯单棒的聚光腔,光纤输出后的功率达到400W,小光斑直径小于0.25mm,可满足1~4mm内的碳钢,不锈钢等金属材料的切割要求.该系统可配合数控工作台,机器人或手持使用,为钣金行业提供了一种较好的激光切割方案.


通过有限元法建立三维激光切的有限元模型,分析重力及离心力对激光切末端位移的影响,并综合考虑几何误差及静载荷下激光切末端位移误差,分析了激光切的***误差。针对激光切的振动响应性能,进行了整体结构的模态分析及谐响应分析,得出激光切阶固有频率数据,并得出各阶振型。根据激光切平动加速过程中的加速冲击效应,进行了瞬态动力学分析,分析结果显示,激光切在平动加速阶段,顶端位移与低端位移相差很小,动态性能良好。