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    年夜大都认识年夜型工业激光加工的人都见过一台高通量的激光数控机床，以使人目炫狼籍的速率切割出年夜型钢板及钢管。咱们这些从事激光微加工的人，零件的质量取决在微米级的加工精度，想知道咱们是否能于实现云云高的呆板吞吐量的同时，仍旧出产出高精度的零件。谜底是必定的 然后问题就酿成了 怎么做？ 本文切磋了呆板设计及节制方面的基本思量，人们必需认识这些思量，才能从周详激光微处置惩罚机中得到最年夜的吞吐量。

于制造历程中，确定可接管部件的尺度凡是是不成协商的。零件公役是由零件正常或者安全运行的要求确定的。它们划定了制造历程的答应偏差预算。然后，由呆板设计、节制器功效及加工历程中激光质料彼此作用孕育发生的差别偏差源 耗尽 了偏差预算。于制造高精度零件时实现最年夜吞吐量的要害是尽可能多地为动态跟踪偏差留下偏差预算。遵照健全的体系及布局设计原则，并选择一个功效强盛的运动节制器-一个使用动态跟踪偏差预算的最年夜上风-将最年夜限度地提高吞吐量，是以是激光微加工体系的经济理由。

制造体系的布局设计是提高制造体系高通量运行能力的基础。为了使节制体系拒绝并最小化偏差，用在 不雅察 体系内运动的传感器必需可以或许不雅察东西及零件之间的相对于运动。于年夜大都体系中，这些传感器其实不直接不雅察东西尖真个运动，即激光光斑，相反，它们的信息来自光学读取头，该读取头查看嵌入于运动体系机制中的编码器刻度（现实上是一把尺子）。是以，为了尽可能地为节制器中的动态跟踪预算节省偏差预算，设计职员必需只管即便削减因为机架内弯曲或者振动引起的不成不雅察偏差。使不成不雅测偏差最小化的要害是使布局的刚度最年夜化。实现最年夜刚度的一种要领是最小化呆板布局回路的长度。布局环是由呆板运动孕育发生的力与响应布局元件孕育发生的力相一致或者相等或者相反的力的路径。想象一下，构成呆板布局元件的质料是由成千上万个微小的弹簧串联于一路形成的。于串联链条上增长更多的弹簧现实上降低了链条的刚度。是以，设计职员应缩短弹簧元件的布局 链 以使呆板变硬。此外，并联增长弹簧元件使链条更刚性。为了得到最年夜的刚度，设计职员应该于呆板的框架上添加冗余撑持惯性力的布局元件。呆板越硬，注入布局的能量就越多，而不会造成没必要要的运动。这答应用户更快地鞭策运动节制元素，具备更多的加快度及能量，同时最年夜限度地削减不成不雅察的处置惩罚过错。下面的图1描写了呆板布局回路及弹簧元件的串联与并联。

图1所示。串联添加弹簧会使弹簧链变患上不那末僵直，而平行添加弹簧会使弹簧链变患上更僵直。这一道理可用在最年夜化呆板布局回路的刚度。

一个刚性的呆板，答应注入更多的能量，而不弯曲，节省更多的偏差预算，为其他处所，是一个直接的改良。这为提高吞吐量的下一个重点范畴摊平了门路：呆板动力学道理。跟着运动平台及机架刚度的增年夜，其固有频率也随之增年夜。跟着它们的固有频率增长，它们的可控性及出产速率也会提高。

每一个运动轨迹 激光光斑制造零件所需的路径 都有孕育发生运动所触及的每一个轴的光谱内容。每一个轴的号令都有必然的正弦波频带，需要用数学级数或者乞降来暗示它。下面的图2显示了一个阶跃函数和其利用有限带宽的正弦波类似的例子。

图2.用正弦波的级数及迫近阶跃函数。类似值中利用的正弦波频率或者带宽越多，类似值与阶跃函数越靠近。阶跃函数需要无穷级数的正弦波来完善地暗示，但光滑函数可以用有限级数或者带宽暗示。

于这个阶跃函数的例子中，需要无穷的带宽来完善地迫近阶跃，这使患上它不成能于现实呆板中实现。这是运动步伐员只管即便防止发送给呆板的号令不持续的一个重要缘故原由。图2中演示的道理合用在每一个号令旌旗灯号。当运动轮廓是多维的，触及多个运动轴时，呆板遍历该轮廓的速率会转变发送到每一个相干轴的号令带宽。这类瓜葛的一个简朴例子是用两个轴来创立一个圆。于基础三角学中，两个轴穿过一个圆，于位置、速率及加快度上履历一个正弦波。每一个轴被要求履行的正弦波的频率与光滑油滑过的速率成正比。呆板需要走一圈的速率越快，所触及的每一个轴的正弦波的频率就越高，必需可以或许于位置、速率及加快度上体现出来。对于在任何运动轴履行所提供的号令配置文件，该配置文件的带宽必需于运动体系的带宽内。没错，每一个运动体系都有带宽。

节制体系依赖反馈旌旗灯号、伺服节制回路及强盛的机电对于号令做出反映，并使现实成果与指望成果相匹配。节制体系的反映速率取决在节制器于现实运动与号令运动不彻底匹配时做出决议计划及效果变化的速率。这类 节制体系的反映速率 险些彻底取决在所利用的节制产物的规格及设计。轨迹孕育发生率、电流闭环率（给定机电驱动孕育发生的电流可以转变的速率）及装备机电孕育发生的峰值力等规格将决议节制体系的反映速度。是以，选择功效强盛的节制产物及强盛的机电对于设计师有益，这是一个有些较着的结论。然而，节制体系的反映速度只是整个运动体系相应号令能力的一部门，即运动体系带宽。运动平台的物理刚度及节制体系带宽的联合决议了整个体系的动态能力。给定不异的节制体系及机电，机械体系的固有频率越高，即越硬，则体系可以或许乐成相应的频率带宽越年夜。

一般来讲，运动节制中最主要的旌旗灯号是加快号令。加快是呆板操作员感兴致的重要旌旗灯号，由于它与呆板节制器现实节制的工具最紧密亲密相干，即机电的电流。送入各轴机电的电流与各机电孕育发生的力成正比。每一个机电孕育发生的力与呆板运动时该自由度所履历的加快度成正比。跟踪偏差，或者因为运动体系没法完善地遵照指令轨迹而注入到出产历程中的偏差，与指令加快度带宽中凌驾运动体系带宽的部门成正比。一辆基在吊挂体系、策动机及驾驶员的汽车只能以必然的速率穿过赛道，假如被迫以跨越其极限的速率转弯，它就会冲出门路。这对于在激光加工机也是同样的。经由过程相识于运动配置文件中发送到呆板的加快号令的带宽以和呆板的反映能力或者动力学的带宽，咱们有一个坚实的基础，以确保高质量的零件出产于最年夜的吞吐量。一些进步前辈的运动节制器现实上提供了一些功效，答应步伐员主动思量运动体系的带宽，并自我限定发送到呆板元件的加快号令，以避免发生过量的过错。

联合这些观点为呆板设计师创造了一个成心义的信息。机架布局越刚性，机床弯曲及振动对于加工成果的影响越小，为动态跟踪偏差留下更多的偏差预算。运动体系的机械设计越刚性，运动体系的带宽就越高。所利用的节制产物的机能越高，运动体系的带宽就越高。运动体系的带宽越高，于孕育发生不异程度零件偏差的环境下，它所能相应的加快度号令带宽就越年夜。于不制造坏零件的环境下，答应加快号令的带宽越高，于零件出产历程中，可以号令呆板越快地遍历所需的轮廓。是以，呆板设计职员应该思量每一一种可能的要领来最年夜限度地提高呆板刚度及节制体系带宽，以最年夜限度地提高工艺吞吐量，而不影响零件质量。

转自：北京微纳通科技

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