比例閥在激光切割機(jī)床上測(cè)試與研究

夏建斌， 鄭東

（江蘇金方圓數(shù)控機(jī)床有限公司，江蘇 揚(yáng)州 225127）

比例閥在激光切割機(jī)床上測(cè)試與研究

夏建斌， 鄭東

（江蘇金方圓數(shù)控機(jī)床有限公司，江蘇 揚(yáng)州 225127）

輔助氣體在激光切割上對(duì)切割質(zhì)量和切割效率有較大影響，切割中需要根據(jù)板材種類(lèi)和厚度頻繁更換氣體種類(lèi)并調(diào)整氣壓大小。如果進(jìn)行手動(dòng)調(diào)整，則操作繁瑣，而且影響效率。采用比例閥的控制可以自動(dòng)調(diào)整氣體壓力大小，從而使機(jī)床操作變得簡(jiǎn)單方便，機(jī)床效率可以得到大大提升。

激光切割；比例閥；壓力調(diào)整

0 引言

輔助氣體在切割過(guò)程中起著至關(guān)重要的作用。氣體種類(lèi)和壓力大小隨著切割板材的種類(lèi)不同以及厚度不同而隨時(shí)調(diào)整。如何自動(dòng)選擇輔助氣體種類(lèi)和快速準(zhǔn)確地自動(dòng)調(diào)整氣體壓力大小是激光切割中影響到工件切割質(zhì)量和切割效率的關(guān)鍵因素。

1 背景技術(shù)

在激光切割機(jī)床上通常有以下3種方法進(jìn)行輔助氣體的選擇和壓力調(diào)整：1）手動(dòng)控制切換氣體種類(lèi)，分別使用減壓閥進(jìn)行氣體壓力手動(dòng)調(diào)整；2）自動(dòng)控制切換氣體種類(lèi)，分別采用高壓比例閥和低壓比例閥進(jìn)行氣體壓力自動(dòng)調(diào)整；3）自動(dòng)控制切換氣體種類(lèi)，采用高低壓一體比例閥進(jìn)行氣體壓力自動(dòng)調(diào)整。第一種方法操作繁瑣，容易出錯(cuò)；第二種方法操作簡(jiǎn)單，但成本較高；第三種方法操作簡(jiǎn)單方便，成本也較低。因此，我們將按照第三種方法選擇元器件進(jìn)行測(cè)試研究。

經(jīng)過(guò)比選，ASCO和Nanny比例閥均能滿(mǎn)足條件，因此，我們選擇了這兩種比例閥進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試輔助氣體壓力控制的可靠性以及比例閥工作時(shí)的溫度變化。

2 測(cè)試研究方法

2.1 測(cè)試所需元器件

我們選擇在FANUC 31i-LB激光切割機(jī)床系統(tǒng)測(cè)試Nanny和Asco比例閥，并分別采用帶或不帶隔離放大器進(jìn)行測(cè)試。

2.2 測(cè)試方法

1）按輔助氣體控制連接示意圖（圖1）接線(xiàn)，系統(tǒng)輔助氣體壓力設(shè)定由0 MPa按照0.01 MPa遞增至0.15 MPa，再由0.15 MPa按照0.01 MPa遞減至0 MPa記錄系統(tǒng)設(shè)定氣壓和檢測(cè)氣壓。

2）在比例閥插頭處測(cè)量3種狀態(tài)下的模擬信號(hào)電壓：FANUC系統(tǒng)輸出的標(biāo)準(zhǔn)模擬電壓（斷開(kāi)和比例閥的連接）；氣壓遞增時(shí)，比例閥插頭處的模擬信號(hào)電壓；氣壓遞減時(shí)，比例閥插頭處的模擬信號(hào)電壓。

3）按輔助氣體控制連接示意圖（圖2）接線(xiàn)，系統(tǒng)輔助氣體壓力設(shè)定由0 MPa按照0.01 MPa遞增至0.15 MPa，再由0.15 MPa按照0.01 MPa遞減至0 MPa記錄系統(tǒng)設(shè)定氣壓和檢測(cè)氣壓。

圖2 輔助氣體控制連接示意圖

同時(shí)測(cè)量ASCO和Nanny比例閥工作時(shí)的溫度變化。

3 測(cè)試研究過(guò)程

按輔助氣體控制連接示意圖（圖1）接線(xiàn)，系統(tǒng)輔助氣體壓力設(shè)定由0 MPa按照0.01 MPa遞增至0.15 MPa，再由0.15 MPa按照0.01 MPa遞減至0 MPa記錄系統(tǒng)設(shè)定氣壓和檢測(cè)氣壓得到圖3、圖4所示的曲線(xiàn)。

由圖3、圖4可以看出：1）ASCO的氣壓曲線(xiàn)線(xiàn)形特征相對(duì)較明顯，Nanny的氣壓曲線(xiàn)呈現(xiàn)明顯的階梯狀；2）ASCO和Nanny的遞增、遞減的氣壓曲線(xiàn)均存在明顯磁滯；3）ASCO和Nanny均難以滿(mǎn)足目前機(jī)床切割輔助氣體控制的需要。

圖3 ASCO設(shè)定氣壓檢測(cè)氣壓關(guān)系曲線(xiàn)

圖4 Nanny設(shè)定氣壓和檢測(cè)氣壓關(guān)系曲線(xiàn)

在比例閥插頭處測(cè)量3種狀態(tài)下的模擬信號(hào)電壓如圖5所示。

由圖5可以看出：1）FANUC系統(tǒng)輸出的標(biāo)準(zhǔn)模擬電壓隨氣壓設(shè)定呈現(xiàn)線(xiàn)性變化；2）連接比例閥后，在比例閥插頭處測(cè)量的模擬電壓存在明顯的壓降；3）改變氣壓設(shè)定，遞增和遞減測(cè)量的電壓曲線(xiàn)存在壓差。

圖5 接比例閥時(shí)3種狀態(tài)下模擬信號(hào)電壓

圖6 ASCO設(shè)定氣壓和檢測(cè)氣壓關(guān)系曲線(xiàn)

圖7 Nanny設(shè)定氣壓和檢測(cè)氣壓關(guān)系曲線(xiàn)

按輔助氣體控制連接示意圖（圖2）接線(xiàn)，系統(tǒng)輔助氣體壓力設(shè)定由0 MPa按照0.01 MPa遞增至0.15 MPa，再由0.15 MPa按照0.01 MPa遞減至0 MPa記錄系統(tǒng)設(shè)定氣壓和檢測(cè)氣壓，得到圖6、圖7所示的曲線(xiàn)。

由圖6、圖7可以看出：1）ASCO和Nanny氣壓曲線(xiàn)線(xiàn)形特征較明顯；2）ASCO和Nanny遞增、遞減的氣壓曲線(xiàn)局部存在氣壓波動(dòng)；3）ASCO和Nanny開(kāi)啟氣壓為0.04 MPa左右。

溫度變化測(cè)試：我們選擇在環(huán)境溫度35℃下，模擬信號(hào)源電壓5 V的條件下，每隔5 min采集一次溫度數(shù)據(jù)。

由圖8及圖9可以看出：ASCO閥體溫度在35 min內(nèi)由34.3℃升至85.3℃，控制單元由34.3℃升至53.8℃；Nanny閥體溫度在35 min內(nèi)由33.9℃升至97.5℃，控制單元由31.7℃升至76.5℃。

圖8 ASCO閥體溫度變化曲線(xiàn)

圖9 Nanny閥體溫度變化曲線(xiàn)

4 結(jié)論

FANUC系統(tǒng)輸出的標(biāo)準(zhǔn)模擬電壓正常，連接比例閥后存在明顯的電壓降；如果按輔助氣體控制連接示意圖（圖1）接線(xiàn)，ASCO和Nanny均難以滿(mǎn)足機(jī)床切割輔助氣體控制的需要；但按照輔助氣體控制連接示意圖（圖2）接線(xiàn)，從測(cè)量數(shù)據(jù)來(lái)看，ASCO和Nanny均能滿(mǎn)足0.04 MPa以上輔助氣體的控制需求，0.04 MPa以下的輔助氣體控制仍難以實(shí)現(xiàn)；但Nanny比例閥較ASCO比例閥在工作時(shí)的溫度相對(duì)較高。這兩種比例閥是可以在激光切割機(jī)床上控制輔助氣體壓力大小的。

[1] FANUC Series 16i-LB/160i-LB CONNECTION MANUAL[Z].

TG 485

A

1002－2333（2018）01－0158－02

（編輯昊 天）

夏建斌（1973—），男，高級(jí)工程師，從事大功率激光加工設(shè)備及其自動(dòng)化技術(shù)研發(fā)工作。

2016-12-20