比例閥在激光切割機床上測試與研究

夏建斌， 鄭東

（江蘇金方圓數控機床有限公司，江蘇 揚州 225127）

比例閥在激光切割機床上測試與研究

夏建斌， 鄭東

（江蘇金方圓數控機床有限公司，江蘇 揚州 225127）

輔助氣體在激光切割上對切割質量和切割效率有較大影響，切割中需要根據板材種類和厚度頻繁更換氣體種類并調整氣壓大小。如果進行手動調整，則操作繁瑣，而且影響效率。采用比例閥的控制可以自動調整氣體壓力大小，從而使機床操作變得簡單方便，機床效率可以得到大大提升。

激光切割；比例閥；壓力調整

0 引言

輔助氣體在切割過程中起著至關重要的作用。氣體種類和壓力大小隨著切割板材的種類不同以及厚度不同而隨時調整。如何自動選擇輔助氣體種類和快速準確地自動調整氣體壓力大小是激光切割中影響到工件切割質量和切割效率的關鍵因素。

1 背景技術

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

經過比選，ASCO和Nanny比例閥均能滿足條件，因此，我們選擇了這兩種比例閥進行測試。測試輔助氣體壓力控制的可靠性以及比例閥工作時的溫度變化。

2 測試研究方法

2.1 測試所需元器件

我們選擇在FANUC 31i-LB激光切割機床系統測試Nanny和Asco比例閥，并分別采用帶或不帶隔離放大器進行測試。

2.2 測試方法

1）按輔助氣體控制連接示意圖（圖1）接線，系統輔助氣體壓力設定由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記錄系統設定氣壓和檢測氣壓。

2）在比例閥插頭處測量3種狀態下的模擬信號電壓：FANUC系統輸出的標準模擬電壓（斷開和比例閥的連接）；氣壓遞增時，比例閥插頭處的模擬信號電壓；氣壓遞減時，比例閥插頭處的模擬信號電壓。

3）按輔助氣體控制連接示意圖（圖2）接線，系統輔助氣體壓力設定由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記錄系統設定氣壓和檢測氣壓。

圖2 輔助氣體控制連接示意圖

同時測量ASCO和Nanny比例閥工作時的溫度變化。

3 測試研究過程

按輔助氣體控制連接示意圖（圖1）接線，系統輔助氣體壓力設定由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記錄系統設定氣壓和檢測氣壓得到圖3、圖4所示的曲線。

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

圖3 ASCO設定氣壓檢測氣壓關系曲線

圖4 Nanny設定氣壓和檢測氣壓關系曲線

在比例閥插頭處測量3種狀態下的模擬信號電壓如圖5所示。

由圖5可以看出：1）FANUC系統輸出的標準模擬電壓隨氣壓設定呈現線性變化；2）連接比例閥后，在比例閥插頭處測量的模擬電壓存在明顯的壓降；3）改變氣壓設定，遞增和遞減測量的電壓曲線存在壓差。

圖5 接比例閥時3種狀態下模擬信號電壓

圖6 ASCO設定氣壓和檢測氣壓關系曲線

圖7 Nanny設定氣壓和檢測氣壓關系曲線

按輔助氣體控制連接示意圖（圖2）接線，系統輔助氣體壓力設定由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記錄系統設定氣壓和檢測氣壓，得到圖6、圖7所示的曲線。

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

溫度變化測試：我們選擇在環境溫度35℃下，模擬信號源電壓5 V的條件下，每隔5 min采集一次溫度數據。

由圖8及圖9可以看出：ASCO閥體溫度在35 min內由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

圖9 Nanny閥體溫度變化曲線

4 結論

FANUC系統輸出的標準模擬電壓正常，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，ASCO和Nanny均難以滿足機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，從測量數據來看，ASCO和Nanny均能滿足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現；但Nanny比例閥較ASCO比例閥在工作時的溫度相對較高。這兩種比例閥是可以在激光切割機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，高級工程師，從事大功率激光加工設備及其自動化技術研發工作。

2016-12-20