完美的金刚石激光焊接 由你做主

金刚石，是钻石的前身，也是自然界中天然存在的最坚硬的物质。在珠宝界，它是华丽的象征，经过打磨之后，变成了女人爱不释手的华丽首饰；在工业界，它摇身一变，以它“坚忍不拔”的品质，变为一种切割工具，用于混凝土、耐火材料、石材、陶瓷等硬脆材料的加工，并广泛应用于在石材加工、建筑、装潢、高速公路等领域的切割应用中。

然而，金刚石锯片的焊接过程令工程师们苦恼不已：由于金刚石和金属基体的热膨胀系数差异大，焊接残余应力大，当温度升高时，接头强度会变低，切割时会出现刀头飞出去的事故；此外，金刚石表面金属化的实现方式，与材料的匹配、与钎剂和气体介质的选择等问题都需要经过缜密的筛选。这对于工程师而言，是“绳命“和“脑力”的双重挑战。

相比之下，激光焊接圆锯片不需要银焊片，是直接通过激光基体和刀头熔化使两者形成有机结合，从而提高金刚石锯片的焊接强度，保证金刚石锯片在使用之中不掉齿。并且，激光焊接速度快、焊缝窄、热影响区小，锯片整体无变形，这些优点都促使激光焊接金刚石圆锯片“秒杀”传统焊接方式。

作为激光焊接本土化专家，郑州金海威科技实业有限公司(以下简称金海威)长期从事金刚石工具专用设备的研制与开发工作。目前已具备从简单设备到全自动高智能化产品的完整产品线。在焊接及强度检测领域，金海威的产品已经畅销国内，并出口到韩国、巴西、欧洲、加拿大、中东及印度等国家及地区。



图1：LAWS1200系列锯片激光自动焊接成套设备

LAWS1200系列锯片激光自动焊接成套设备是金海威旗下适用于用于金刚石圆锯片激光焊接的“明星”产品之一。它能够做到刀头夹具与锯片基体对称，保证每一个刀头与基体的侧隙对称分布，适合不同厚度规格的锯片，且夹具能够提供足够的焊接预紧力和夹持稳定性。

LAWS1200的锯片基体中心与夹具之间位置采用数控调节，焊接锯片的直径规格可以在105mm～1200mm之间连续变化。除此之外，LAWS1200横向数控轴控制基体中心与主轴线偏离，保证特殊斜齿焊接时焊接轨迹与焊接预紧力方向保持垂直，可以方便焊接各种特殊护齿。LAWS1200采用液压系统夹持基体，并采用数控运动方式、配合多圈绝对值编码器，完全去除设备自检校对时间，使工作效率大大提高。

LAWS1200系列锯片激光自动焊接成套设备用于金刚石圆锯片的激光焊接，它生产效率高，适应连续批量生产，生产出的产品平均成本低，质量稳定可靠。要想达到设备生产高水平及高效率，对自动化设备的要求是极高的。

要求高是一方面，设备所遇到的困难也是非常之多：LAWS1200焊接轨迹采用二维数控飞行光路，要对圆弧齿、直线齿等轨迹进行焊接。数控加工在X、Y两轴的走刀方向上，应满足起点和终点之间的直线插补与圆弧插补协同运作，并减少协同运作过程中的偏差；除此之外，设备须根据已有的走刀情况进行数据点的密化工作，使得激光焊接更加精准及完美，这些都需要自动化控制系统具有极高的精度。

面对这些挑战，金海威在诸多品牌中，最终选择了罗克韦尔自动化！



图2：激光焊接机控制系统架构

据了解，金海威选用的罗克韦尔自动化中型控制系统，触摸屏采用PanelView Plus 6，控制器采用Compactlogix 5370 L3中型控制器，远程IO采用Point IO，伺服采用kinetix5500驱动器加VPL Kinetix® VP电机。其整个控制系统采用以太网络结构，各功能控制模块分散布置，连线简单；以太网DLR设备层环网冗余，保证系统的稳定性。同时，模块单元与执行机构距离近，连线短方便。且其CPU支持8轴伺服运动，并通过CIP Motion协议实现运动控制。

系统中所采用的CompactLogix 5370 L3可编程自动化控制器(PLC)是Logix系列控制器的扩展，作为集成架构系统的一部分，CompactLogix 5370 L3控制器与所有Logix控制器使用相同的编程软件、网络协议和信息功能，为实现所有控制策略提供一个通用的开发环境。它基于EtherNet/IP的集成运动控制最高可支持16轴集成运动控制。

于伺服控制而言Kinetix® 5500 伺服驱动器可连接 CompactLogix™ 5370 控制器并与之配合运行，从而支持基于 EtherNet/IP™ 的集成运动控制。凭借其创新的紧凑型设计，Kinetix5500 驱动器尽可能减小机器体积，简化系统布线。VPL Kinetix® VP 低惯量伺服电机连接到 Kinetix 5500 伺服驱动器并与其一起运行，支持基于 EtherNet/IP™的集成运动控制。 它基于具有高动态性能的成熟 MP 技术，有助于提高可靠性并实现大批量生产。 它只需要一条电缆就可提供反馈、电机制动和电机电源，从而缩短安装与调试时间，简化接线，减少库存。

于网络功能而言，CompactLogix 5370 L3控制器与Kinetix® 5500 伺服驱动器通过双以太网端口和集成式以太网交换机联网，现已支持设备级环形(DLR)网络拓扑结构，从而简化了控制系统中各组件的集成，并降低了系统成本，提供弹性机制，应对单个网络连接丢失的情况。也就是说，允许逐一更换设备，无需停止生产，并减少控制系统中以太网交换机的数量。

罗克韦尔自动化中型控制系统通过全以太网将伺服全部连接，简化了繁琐的布线过程。与其它产品的PLC与伺服控制的协议相互独立不同，罗克韦尔自动化所采用的中型控制系统的CIP Motion协议包含在基于PLC的 Ethernet IP协议中，同时一个PLC的CPU也可带动伺服。通俗来讲，一个PLC既解决了伺服控制的问题又解决了可编程逻辑控制的问题。还有一点很重要，罗克韦尔自动化中型控制系统的精度等级已经达到4级，伺服定位精度达到正负0.001mm，完全符合激光焊接对于精度的高要求。

相较于其它控制系统，罗克韦尔自动化控制系统工艺参数设置简单，不需要员工进行编程，且它具有形象化操作，界面友好性强等优势，便于操作人员调整，令操作人员无需经过专业培训即可操作。除此之外，从产品的选型到购买，再到售后服务，罗克韦尔自动化能够提供“一条龙”的服务。

靠单一产品打拼天下的时代早已经过去，可靠的产品加上完善的技术支持服务，才能成为客户需要的完美解决方案。

“罗克韦尔自动化的分销商-北京首科力通的技术支持让我们公司的技术及管理人员省了不少心。”金海威电气总工耿工坦言，“要知道，接触一个全新的控制系统，很多技术层面的知识及应用都需要重新了解，北京首科力通的技术人员耐心讲解，帮助我们快速解决了多个技术难题。”他补充道，“除了LAWS1200系列锯片激光自动焊接成套设备外，今后我们将会在金海威的其它大型设备的自动化生产线上采用罗克韦尔自动化的控制系统，以提高生产效率。”

运用罗克韦尔自动化的中型控制系统，LAWS1200系列锯片激光自动焊接成套设备已经有多台在生产线上长期正常运转，每天连续工作20小时，焊接质量稳定可靠。生产效率比传统方法高出10倍以上，对于项目周期而言，项目时间已由一般的七个月缩短至两个月。