基于PLC可编程控制技术的激光自动化切割装备开发研究

周星宇 钱子龙

【摘  要】针对传统切割工艺精度不高，效率低等问题，采用PLC可编程控制技术，对送料步距精度及液压夹紧装置进行精确控制，提升自动化程度，提高生产效率，控制加工精度，降低生产成本。本项目加工出来的产品满足高强度、高韧性、高硬度、高脆性与磁性等不同性能材料的工艺要求。与此同时，通过产品UG三维模型，产品CAE分析及3D打印技术的验证，得出了PLC可编程控制技术应用在激光自动化切割装备中技术标准，对模具的加工精度起到了指导性作用。

【关键词】PLC可编程控制技术;激光切割;自动化

【Abstract】in view of the traditional cutting process precision is not high， low efficiency， the use of PLC programmable control technology， the feed step precision and hydraulic clamping device for accurate control， improve the degree of automation， improve production efficiency， control processing precision， reduce production costs. The products produced by this project meet the technological requirements of materials with different properties such as high strength， high toughness， high hardness， high brittleness and magnetism. At the same time， through product UG 3D model， product CAE analysis and verification of 3D printing technology， the technical standard of PLC programmable control technology applied in laser automatic cutting equipment is obtained， which plays a guiding role in the machining accuracy of the mold.

【Keywords】PLC programmable control technology;Laser cutting;Automation

引言

目前市場切割工艺应用广泛且种类繁多，例如模具制造中，顶杆长度的加工通常采用电加工或切片切割工艺，而以上工艺存在着效率低、精度差、废料、割逢大等一些不足现象。现代工业发展的要求是高质量、高精度与高效率并存。因此，如何在确保产品高质量的前提下，同时提高加工效率与加工精度，成为了该研究解决的主要发展方向。

1.PLC可编程控制技术的应用及装备研究

1.1激光切割装备企业应用现状分析

对长三角模具行业，制造小、微型企业在加工制造中运用切割设备的情况进行了调研统计，见表1。

YAG固体激光切割 能切割其他激光切割铝板，铜板及相关有色金属材料;成本低;操作维护简单 只能切割8mm以下的材料，且切割效率相当低。

光纤激光切割 光电转换频率高;耗电少;能切割12mm以内的钢材;割逢细小;光斑小;可用于精细切割 目前光纤核心技术掌握于欧美国家，价格昂贵;割逢细，耗气量巨大，很难切割铝板，铜板等高反射材料;切厚板速度慢。

CO2激光切割机 功率大，一般可达2000-4000W之间，能切割25mm以内的全尺寸不锈钢，碳钢等常规材料及4mm内铝板和60mm以内的亚克力板，木质材料，PVC板;切割波板速度快;连续切割时，切割断面效果光滑。 CO2激光器核心技术掌握在欧美厂家，价格昂贵;配件耗材等相关维护费用高;实际运营成本高;切割时好凄凉很大。

由此可知，激光切割在先进的技术领域，例如光纤激光切割技术及CO2激光器核心技术等的应用，虽然切割精度较高，但受制于国外的技术壁垒，设备购置及维修成本高昂;对于普通切割机，虽成本低，但精度和效率难以符合要求。

1.2激光自动化切割装备的结构及原理

本研究项目主要组成：由1夹紧定位装置;2气动送料夹紧装置;3水平滑台;4纵向滑台;5步进电机a;6气动夹紧装置a;7激光头装置;8气动夹紧装置b;9步进电机b。（如图1、图2所示）

本研究项目工作原理：将工件A放入切割装置中，8气动夹紧装置b通气，2气动送料夹紧装置夹紧工件，5步进电机a工作，2气动送料夹紧装置送工件，6气动夹紧装置a通气，1气动夹紧定位装置夹紧工件，9步进电机b工作，7激光头装置进行工作，8气动夹紧装置b通气，2气动送料夹紧装置松开，5步进电机工作，2气动送料夹紧装置返回原点，6气动夹紧装置a通气，1气动夹紧定位装置松开工件，5步进电机a工作，2气动送料夹紧装置送工件，进行循环工作。

1.3PLC控制程序设计

（1）程序设计思路

（2）PLC梯形图编程

实现控制的PLC梯形图，如图3所示。

1.4本装备的主要技术指标

（1）PLC的编程控制无误;

（2）装置基座底座的耐高温性能好;

（3）整体强度和耐冲击性好;

（4）装置定位无误，无切割缺陷。

1.5本装备的特色

（1）加工精度保证。目前行业里切割机主要以粗加工精度为主，无法实现高精度加工生产需求，适用范围较小，本切割装备采用了PLC编程控制技术，控制送料步距精度及液压夹紧装置，加工全程可控，产品精度提高。

（2）自動化程度高。采用激光切割，达到长度数字化控制精准，切割速度快，能量可控、适用材料广泛、切口整齐等优势。全面实现自动化生产需求，自动化突出。

（3）加工成本降低。此款切割机提高了切割性，如：割缝方面，切割片切割割缝会达到2.5-3mm，激光切割机割缝只有0.1-0.2mm。有效的减少废料，降低成本。

（4）装备结构紧凑。切割装备小巧，结构紧凑，有效的节约了占地空间，使车间的环境布置更加简洁，得到优化。

2.PLC激光切割的应用前景

2.1适用行业

在造船，航空和汽车制造等多个领域中，激光已成为自动化流程的重要组成部分。基于PLC可编程控制技术的激光切割装置，保证步距精度及液压及夹紧装置控制，切割工件范围广，有助于提高生产率，同时保证了加工零件的质量 ，提高生产的安全性。

2.2预期经济效益

按照目前的市场价格，带编码的步进电机两个（驱动）1500元，PLC数控机一套1600元，原点左右传感器6个180元，电磁阀3个150元，气缸三个180元，激光开关控制30元总共成本约3700元左右，采用本设备的利润达到了成本的10%，假设有300家模具企业需要进行切割，保守净利润30万元左右，市场需求量大，具有较好的经济效益。

3.结论

实际操作运行表明，基于PLC可编程控制技术的激光自动化切割装备，能成功实现工件的生产切割工作。该装备可靠性好，结构紧凑，有效减少了材料的浪费，节约了车间空间。在自动化生产中，通过PLC可编程控制技术的运用，实现自动化高效生产，可控割逢宽度及修切次数，有效提高加工精度，降低生产成本。

参考文献

[1]姚同果. 基于PLC的压块机液压控制系统的设计与应用[D].吉林大学，2018.

[2]周博雅. 气压传动系统PLC顺序控制自动编程研究[D].大连海事大学，2018.

[3]张薇薇.激光技术在航天中的应用[J].中国战略新兴产业，2018（36）：131.

[4]周博雅. 气压传动系统PLC顺序控制自动编程研究[D].大连海事大学，2018.

作者简介：周星宇（1998.05--），女，汉族，江西萍乡人，常州机电职业技术学院模具技术学院2017级大专生，主要研究方向为模具设计与制造、数控自动化装备。