隨著激光產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，激光技術(shù)作為一種加工技術(shù)在各領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。激光切割技術(shù)在加工行業(yè)中同樣得到了廣泛應(yīng)用。其中，厚鋼板的坡口加工是一項(xiàng)必不可少的工序，為確保部分工件在焊接時(shí)無縫對(duì)接，對(duì)工件加工的要求相對(duì)提高，切割面需具備一定的坡口角度。

在市場應(yīng)用需求下，許多激光設(shè)備企業(yè)推出了坡口激光切割機(jī)。不過，對(duì)于應(yīng)用領(lǐng)域的終端用戶來說，要提高加工效率與質(zhì)量，除了選擇一款好用的坡口激光切割機(jī)之外，配套的坡口切割軟件系統(tǒng)也非常重要。

在《步入軟件定義的時(shí)代》中，梅宏院士對(duì)軟件技術(shù)的基礎(chǔ)性做了這樣的闡述：“從使能技術(shù)的視角看，軟件技術(shù)在信息技術(shù)中則始終處于‘靈魂’地位，所有新的信息技術(shù)應(yīng)用、平臺(tái)和服務(wù)模式，均離不開軟件技術(shù)作為基礎(chǔ)支撐；更為重要的是，在數(shù)字經(jīng)濟(jì)時(shí)代，軟件技術(shù)已經(jīng)成為企業(yè)的核心競爭力，不僅引領(lǐng)信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的變革，在很多傳統(tǒng)領(lǐng)域（如汽車、能源、制造、零售等）中的存在比重和重要性也在不斷加大，在支持這些傳統(tǒng)領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級(jí)換代甚至顛覆式創(chuàng)新的過程中起到核心關(guān)鍵作用，并進(jìn)一步加速重構(gòu)了全球分工體系和競爭格局。”

在激光切割整套設(shè)備中，運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)可謂設(shè)備工作時(shí)的大腦。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)一般由控制器、功率放大器與變換裝置、電動(dòng)機(jī)、負(fù)載及相關(guān)的傳感器等部件組成?？刂破飨逻_(dá)指令后，驅(qū)動(dòng)器將其轉(zhuǎn)化為能夠運(yùn)行電機(jī)的電流，驅(qū)動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)工作機(jī)械運(yùn)行，同時(shí)，電機(jī)上的傳感器經(jīng)過信號(hào)處理將電機(jī)的實(shí)時(shí)信息反饋給控制器，控制器進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，從而保證整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。

從激光切割系統(tǒng)國產(chǎn)化程度來看，中低功率激光切割控制系統(tǒng)領(lǐng)域中，目前國產(chǎn)激光運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)已占據(jù)中國市場的主導(dǎo)地位。而在高功率激光切割控制系統(tǒng)領(lǐng)域中，目前國際廠商依然占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，知名企業(yè)包括德國倍福、德國PA、西門子等。

以三維五軸激光切割機(jī)為例，主要適用于航空航天、汽車制造、工程機(jī)械、模具、健身器材等領(lǐng)域的碳鋼、不銹鋼、鈦合金、鋁合金等材料。而在三維五軸激光切割機(jī)配套系統(tǒng)上，仍存在一些難點(diǎn)。

目前，國內(nèi)有少數(shù)激光設(shè)備廠商推出了三維五軸激光切割機(jī)。而與之相配套，在三維五軸空間軌跡運(yùn)動(dòng)控制方面，國產(chǎn)主流的激光切割控制系統(tǒng)供應(yīng)商在該領(lǐng)域幾乎也是從零開始，需要技術(shù)能力與經(jīng)驗(yàn)積累。

另一方面，套料軟件是一種CAM軟件（計(jì)算機(jī)輔助制造），用于創(chuàng)建套料并準(zhǔn)備零件，以便進(jìn)行切割。第一，通常從CAD中導(dǎo)入零件幾何形狀。其次，應(yīng)用各種切割參數(shù)，準(zhǔn)備文件，以便進(jìn)行加工。最后，由用戶手動(dòng)創(chuàng)建套料，或者由軟件自動(dòng)創(chuàng)建套料。自動(dòng)套料使用一種或多種數(shù)學(xué)算法來自動(dòng)向套料添加圖形，同時(shí)旋轉(zhuǎn)和裝配零件，以實(shí)現(xiàn)最佳利用率。在許多情況下，軟件會(huì)考慮零件、板材和套料策略的不同組合，以實(shí)現(xiàn)整體最好的效果。而采購坡口套料軟件軟件成本太高，國內(nèi)企業(yè)在這一方面尚不成熟，軟件功能有所欠缺。

此外，由于設(shè)備廠家在坡口切割方面欠缺經(jīng)驗(yàn)，市場容量尚未釋放。同時(shí)，擺頭結(jié)構(gòu)必須與控制系統(tǒng)軟件精密配合，才能方便安裝調(diào)試，并達(dá)到最終的使用效果，實(shí)現(xiàn)切割速度與精度要求。因此，設(shè)備廠家自己設(shè)計(jì)制作坡口擺頭，既有失敗風(fēng)險(xiǎn)，也有成本壓力。

在激光坡口切割這個(gè)新型市場應(yīng)用領(lǐng)域，激光設(shè)備廠家與終端依然存在經(jīng)驗(yàn)不足的情況。激光坡口切割作為一種市場方向，工藝需要時(shí)間積累與經(jīng)驗(yàn)沉淀，未來需求將是激增態(tài)勢(shì)。這個(gè)時(shí)候就需要一款功能強(qiáng)大、開放性好的控制軟件工藝數(shù)據(jù)庫，方便用戶在此基礎(chǔ)上逐步形成成熟的專家工藝數(shù)據(jù)庫。

下文將以威士登WisCut B坡口激光切割控制系統(tǒng)與軟件為例進(jìn)行介紹。威士登已經(jīng)自主開發(fā)了專業(yè)坡口套料軟件，具備坡口切割套料基本功能，能滿足絕大部分生產(chǎn)需要，并且可以提供坡口擺頭結(jié)構(gòu)的軟硬件整體解決方案。

WisCut B坡口激光切割控制系統(tǒng)與軟件是基于德國倍福三維五軸數(shù)控系統(tǒng)，由武漢威士登自主研發(fā)的一款高端激光切割軟件。整套控制系統(tǒng)與軟件由核心的“3”+“3”=“6”大核心軟硬件組成，是全球知名的大品牌數(shù)控系統(tǒng)，也是目前市面上最成熟、最廣泛安裝使用的坡口激光切割控制系統(tǒng)。

如前文所述，目前在三維五軸數(shù)控系統(tǒng)上國內(nèi)企業(yè)尚處于經(jīng)驗(yàn)積累階段。德國倍福是全球知名的大品牌，也是EtherCAT總線的發(fā)明與倡導(dǎo)者。WisCut軟件基于穩(wěn)定性與可靠性最好的硬件平臺(tái)，核心硬件由倍福工業(yè)PC控制器與總線IO模塊組成。C6xxx系列超緊湊工業(yè)PC采用倍福自主研發(fā)生產(chǎn)的工業(yè)PC主板，采用堅(jiān)固的鋁質(zhì)外殼，將強(qiáng)大的計(jì)算能力與可擴(kuò)展性結(jié)合于一體的穩(wěn)定可靠的工業(yè)PC；倍福EtherCAT端子模塊具備堅(jiān)固的外殼、安全可靠的觸點(diǎn)和性能穩(wěn)定的電子元件，EtherCAT高速實(shí)時(shí)總線通訊，任意擴(kuò)展IO點(diǎn)與信號(hào)類型，靈活方便。

德國倍?；赑C與EtherCAT總線的三維五軸數(shù)控系統(tǒng)，具備全球最成熟的RTCP三維五軸空間運(yùn)動(dòng)控制算法，坡口激光切割必須基于RTCP功能實(shí)現(xiàn)切割擺頭的空間運(yùn)動(dòng)控制功能。德國倍福數(shù)控系統(tǒng)RTCP功能已經(jīng)有超過20年的成熟應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，且廣泛應(yīng)用于激光坡口切割、等離子/火焰坡口切割、三維五軸激光切割、五軸數(shù)控加工中心等領(lǐng)域。

總線控制系統(tǒng)指將運(yùn)動(dòng)控制器、計(jì)算機(jī)、調(diào)高器進(jìn)行集成，以網(wǎng)線連接外設(shè)并通過實(shí)時(shí)以太網(wǎng)協(xié)議與其他外設(shè)通訊，具有更高實(shí)時(shí)性、穩(wěn)定性的專業(yè)型控制系統(tǒng)。WSD-M-TG-Epro基于總線的電容隨動(dòng)調(diào)高系統(tǒng)，由武漢威士登公司自主研發(fā)設(shè)計(jì)制造，最大加速度3G，最高速度可達(dá)999mm/s，采用高性能實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)EtherCAT總線與控制器進(jìn)行通訊，精度可達(dá)0.001mm。具備以下功能：

具備防撞功能，有效躲避空程運(yùn)行與切割過程中的板材翹起與異物對(duì)噴嘴/陶瓷環(huán)的碰撞；配合WisCut軟件，具備三點(diǎn)尋邊等功能，并有尋邊保護(hù)功能；振動(dòng)抑制功能，能有效的抑制由于板材抖動(dòng)與切割頭跟隨過程中的振動(dòng)現(xiàn)象；與WisCut搭配使用可實(shí)現(xiàn)蛙跳、高速隨動(dòng)、高中低位穿孔以及多段穿孔、漸進(jìn)穿孔、極速穿孔、無感穿孔等多種穿孔模式。

武漢威士登自主研發(fā)設(shè)計(jì)的坡口擺頭結(jié)構(gòu)，深入融合德國倍福數(shù)控系統(tǒng)，搭配WisCut B系列軟件成為完善的整體解決方案。該結(jié)構(gòu)具備這些技術(shù)特點(diǎn)：靈活多變，可擴(kuò)展性強(qiáng)，可外掛不同類別、配置的激光切割頭；采用交流伺服諧波減速機(jī)一體化設(shè)計(jì)，AB軸旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)執(zhí)行器；輕量化、穩(wěn)固的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；高動(dòng)態(tài)特性、高精度、高剛性；牢靠的防塵設(shè)計(jì)；絕對(duì)值編碼器反饋，安全角度保護(hù)功能。

技術(shù)參數(shù)如下圖所示：

武漢威士登公司基于德國倍福TwinCAT CNC實(shí)時(shí)底核平臺(tái)研發(fā)編寫的激光運(yùn)動(dòng)控制與邏輯控制軟件。技術(shù)亮點(diǎn)包括：三維五軸G代碼架構(gòu)程序、RTCP刀尖校準(zhǔn)算法、高速龍門雙驅(qū)運(yùn)動(dòng)控制保護(hù)程序、CNC Z軸高速運(yùn)動(dòng)控制算法、高速CNC智能蛙跳算法、閃電切割/飛行切割算法、快速穿孔/無感穿孔算法、斷點(diǎn)/斷電續(xù)切功能算法。

威士登采用Python高級(jí)語言開發(fā)的高功率專用激光切割軟件，功能完善、性能卓越，操作方便、簡單易用。軟件由如下功能模塊組成：

WisHMI：人性化UI人機(jī)界面

WisDebug：集成式一體化調(diào)試軟件

WisCDB：切割工藝專家數(shù)據(jù)庫

WisVision：激光切割機(jī)器視覺軟件等功能模塊軟件組成支持多相機(jī)視覺監(jiān)控，支持切割軟件與監(jiān)控軟件運(yùn)行于同一顯示器（標(biāo)配），具備機(jī)器視覺感知人員與物體進(jìn)入監(jiān)控區(qū)域并觸發(fā)報(bào)警功能（選配）。

在線編輯坡口切割軌跡，可設(shè)置多種坡口類型和不同的坡口角度、厚度，滿足客戶的打樣和快速加工需求；包含WisNest平面套料軟件，平面切割與坡口切割模式隨意變換；符合AutoCAD操作習(xí)慣的繪圖軟件，提供豐富的圖形編輯工具，可以在軟件界面直接繪圖或者導(dǎo)入DXF圖形進(jìn)行編輯，并直接進(jìn)行切割，無需再次轉(zhuǎn)換圖形G代碼；提供多樣化的圖形零件庫，調(diào)入圖檔，方便快捷進(jìn)行打樣切割與工藝測試。簡潔、易用、符合激光切割領(lǐng)域操作習(xí)慣的排版套料軟件，智能高效的排版算法，多種軌跡優(yōu)化算法，具備微連、橋接、共邊、環(huán)切、補(bǔ)償?shù)雀呒?jí)功能。

此外，附件包含專為激光切割設(shè)計(jì)開發(fā)的無線手持操作盒，具有多種操作功能按鍵，可方便快捷的對(duì)激光切割機(jī)床進(jìn)行操作與調(diào)試。配套齊全的EtherCAT實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)總線電纜，DP/DVI/VGA等顯示器轉(zhuǎn)換接頭。

在空間軌跡與運(yùn)動(dòng)控制方面考慮，標(biāo)準(zhǔn)的直線與圓弧進(jìn)行坡口切割，相對(duì)來說會(huì)簡單一些，但針對(duì)于異形曲線的坡口切割，更加考驗(yàn)數(shù)控系統(tǒng)的三維五軸RTCP底層算法功能。

45度大角度的坡口切割，一直是整個(gè)行業(yè)的難點(diǎn)。因?yàn)榻嵌仍酱?，?duì)機(jī)床結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、XYZ三軸相互之間的垂直度要求就越高，同時(shí)也十分考驗(yàn)AB軸擺頭機(jī)構(gòu)的剛性、回轉(zhuǎn)精度等技術(shù)性能。即使如此，仍然需要一款底層算法強(qiáng)大，上位切割軟件功能完善、坡口切割工藝數(shù)據(jù)庫靈活方便的切割軟件進(jìn)行配合，不斷的優(yōu)化機(jī)械結(jié)構(gòu)與切割工藝，才能做好45度的坡口切割。

如下是采用WisCut B 激光坡口切割軟件的機(jī)器在用戶現(xiàn)場加工生產(chǎn)的部分異形曲線與45度坡口切割零件。

控制系統(tǒng)相當(dāng)于我們?nèi)祟惖拇竽X，所有外部指令，進(jìn)入到控制系統(tǒng)內(nèi)后都是通過它進(jìn)行處理和發(fā)出。在坡口切割中，大量的狀態(tài)需要控制系統(tǒng)進(jìn)行處理和調(diào)整，同時(shí)也需要運(yùn)算各種所設(shè)定的數(shù)據(jù)關(guān)系，還需要能夠處理各種切割工藝，切割運(yùn)動(dòng)中的各種變化因素等方面。基于此考慮，威士登公司采用了目前全球最成熟的三維五軸數(shù)控系統(tǒng)之一的德國倍福Twin CAT CNC底層控制系統(tǒng)，擁有20年成熟應(yīng)用的RTCP三維五軸功能，在這個(gè)基礎(chǔ)上進(jìn)行坡口激光切割控制系統(tǒng)的整合，在整體解決方案的6大關(guān)鍵核心技術(shù)之中，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了其中5項(xiàng)的國產(chǎn)化突破，僅僅保留最核心的底層數(shù)控系統(tǒng)。威士登公司不斷的在關(guān)鍵核心技術(shù)與切割軟件層面突破瓶頸，實(shí)現(xiàn)了大部分國產(chǎn)化的同時(shí)也具備了優(yōu)越的穩(wěn)定性與先進(jìn)性。