客製化CNC —— 突破性雷射切割機的關鍵所在

專用 CNC 技術 —— 獨特的飛行光學系統 —— 幫助新型切割機大幅降低傳統價 格水平

2013 年 4 月 16 日，台灣新北市 —— NUM 客製化 CNC 技術幫助雷射切割機製造商 Favor Laser 加快產品研發步伐，開拓新的市場領域。利用 NUM 設計的專用軟硬體，Favor Laser 已成功研製出一款高精度雷射切割機。該雷射切割機可以將金屬板材加工成超小或超大組件，進料速度每分鐘高達 60 m。新機器的誕生並以 Favor Laser標誌 進軍高性能市場領域。公司計劃透過高性能和競爭力價格的開創性組合，促使機器成本降低近 20%，進而能夠更快速滲透到高端市場。

1994 年，Favor Laser 在台灣新北市成立，並在上海另行設立銷售部門和生產設備。截至目前，公司始終專著於為低成本市場生產雷射切割機，提供四大系列切割機，滿足不同的金屬板材加工要求，如小批量生產、小型組件精密切割或大型組件及大批量生產。

2010 年，Favor Laser 作出擴大產品系列的戰略性決策，為全球市場開發高性能多用途雷射切割機。目前這一產品領域為少數瑞士、德國和日本製造商壟斷。初步調查表示，透過高速雷射切割技術、工業化硬體和先進的 CNC 軟體的價值組合，Favor Laser 具備的生產性能已達到市場領先水平，而成本明顯更低。

Favor Laser 的所有切割機都基於創新的飛行光學系統，使用固定工作台支撐加工的金屬板材，且引導雷射光束的切割頭可在板材上水平移動。與在固定雷射光束下移動工件的切割機相比，該方法具備眾多顯著優勢。切割頭質量輕且恆定不變，有助於快速精確定位，移動工件不僅速度慢、難以操作，而且還需極其複雜和昂貴的動作控制系統才能保持切割精度，因為切割過程中工件質量會不斷發生變化。切割薄板時，飛行光學雷射切割機較快的切割速度可以預防工件因溫度變形，同時增加切割機產量，有效提高產能。

Favor Laser 的新型 XO 高性能雷射切割機為四軸機床，X 軸配備兩個馬達做同期軸控制。X 軸和 Y 軸控制切割頭的水平位置，Z 軸控制切割頭距離工件表面的高度，第四軸 (U) 用於裝卸物料。專利來自光學適應系統可以補償雷射光束的長度，隨切割頭與雷射振蕩器的相對位置調節雷射光束的長度。Z 軸配備高速伺服馬達，用於連續監測和調節切割頭與工件的間距，保持光束聚焦，最大限度提高切割效率。

調查研究各種可選的 CNC 後，Favor Laser 強烈期待在其新型 XO 切割機上使用 NUM 的 Flexium 68 CNC 系統。出於以下軟硬體方面的考量，Favor Laser 選擇該型號的 CNC：Flexium 68 的動作控制硬體可以極好地滿足該型號切割機的控制需要，同時還具備內建配置靈活性特點，適合未來升級。此外，其獨一無二的軟體功能可以簡化應用程式設計。尤以 NUM 獨有的動態操作 (DO) 功能最為突出，被公認為切割頭和工件間距動態控制程序的理想之選。DO 功能利用快速計算和通訊設施，可將事件驅動的機床工作週期整合到實時 CNC 核心。

此外，Favor Laser 還尋獲到一位積極參與 XO 雷射切割機開發，協助創造最佳控制解決方案的 CNC 系統供應商。據公司總經理 Lai 先生透露：「出於經濟和技術原因選擇 NUM CNC 系統後，我們驚喜地發現 NUM 台灣擁有相應的工程專業知識和資源，更重要的是，NUM 台灣願意在各個設計階段給予我們協助。因其在自訂硬體和 CNC 軟體開發等方面的大力支援，讓我們能夠在預算框架內，及時將新型 XO 高性能雷射切割機推向市場。這大大降低開發和建造成本，更確保了我們的巨大競爭優勢。同時也讓我們的XO 雷射切割機價格比日本和德國製造的同類產品低約 20-30%。」

XO 雷射切割機的所有動作控制元件都由 NUM 提供。除馬達、驅動器和 Flexium 68 CNC 核心之外，該款切割機還使用 NUM 的 Ethercat I/O 接線端以及帶 15 英吋平板顯示器和硬盤驅動器的 Flexium FS152i 雙處理器作業面板執行 Windows 作業系統。自訂人機介面 (HMI) 完全由 NUM 獨立開發，特點在於高度直觀性和使用便利性。目前有英語、繁體中文和簡體中文三種語言可選，HMI 可輕鬆改編成其他語言，以便支援國際銷售。HMI 大量使用圖形，包括可視化的工件和切割流程 —— 這大大地簡化機器操作及減少培訓需求。

XO 雷射切割機使用獨創的 NUM 無刷伺服馬達和 NUMDrive C 伺服驅動器。為了確保運行平穩，三顆主定位軸 X、Y 和 U 軸都採用 BPG 系列高慣量馬達，Z 軸配置帶制動器(煞車)的 BPX 系列中慣量馬達。X、Y 和 Z 軸完全內建，以便平滑連續地控制切割頭位置以及相對於工件的高度。Z 軸的工作範圍是 100 mm，X 軸和 Y 軸的工作長度則分別為 3 和 1.5 m。較廣的工作範圍加上 ±0.01 mm 的 X-Y 定位精度造就了 XO 切割機的高度靈活性 —— 能夠精確切割各種小型組件，或從一塊金屬板上切割出大型組件。

基於選擇輸出功率為 3.3、4 和 6 kW 的 CO₂ 雷射振蕩器，切割機性能可與工件材質相互匹配，切割進料速度可達 60 米/分鐘。為實現最大的多功能性，機器還可以執行許多專門的金屬加工功能，包括顯微焊和微連接。

在任何雷射切割過程中，工作條件可能隨時發生變更，相對要求快速調整大量參數，確保性能穩定。控制雷射振蕩器的輸出功率更是一大設計難題，需要迅速穩定的通訊設施。為滿足這些要求，NUM 台灣為 XO 切割機內的 CO2 雷射振蕩器專門研發一款脈沖序列控制卡。這款控制卡完全依靠硬體（使用軟體可能導致不可接受的延時限制）轉化工作週期和頻率控制信號，與雷射振蕩器光學連接，以便最大限度地減少傳輸延時。其適合與多種商用雷射振蕩器配套使用，可以在 1 - 10 kW 範圍內調至任一雷射功率輸出（每次調整 1 kW）。NUM 計劃近期將該款控制卡加入產品系列，從而使得其他雷射切割機製造商也能採用該款控制卡。

NUM 的 CNC 產品性能和 NUM 台灣的響應能力已促使 Favor Laser 重估其切割機的控制策略，並且決定在其新型 XO 切割機中採用 NUM 軟硬體。Favor Laser 有意將目前的整個產品系列轉向 NUM 的 CNC 技術。首先，Favor Laser 將在低成本雷射切割機系列上配置 Flexium 6 或 Flexium 8 CNC 系統。儘管該產品系列將由 Favor Laser 在中國內地的工廠製造，但是所有 CNC 支援都來自 NUM 台灣。

迄今為止，Favor Laser 的所有切割機都已設計成使用 CO₂ 雷射振蕩器的金屬平板二維切割機型。不僅如此，Favor Laser 還意圖涉足其他領域。目前 Favor Laser 尤為關注光纖雷射，目的在於進入維切割市場。光纖雷射能夠切割各類材料，如紫銅、青銅和鋁，這些對於 CO2 雷射而言都是無法勝任的作業任務。另一個研發項目是金屬管雷射切割機，這一機型利用旋轉的 C 軸和機器人完成 3D 動作。在未來一年左右的時間內，Favor Laser 還將計劃開發一系列衝壓機，豐富其供應金屬板材加工的產品類型。

所有這些新項目都將基於 NUM 提供的 CNC 技術，正如 Lai 先生所闡述：「在 XO 雷射切割機開發期間從 NUM 台灣獲得的支援程度遠超我們的預期，並且取得出色的成績。所以，我們已決定依靠 NUM 的 CNC 技術開發未來機型，並將 Flexium 系統整合到現有產品系列中。我相信，與 NUM 的合作將使 Favor Laser 處於極其有利的市場地位，創造出惠及客戶的新型雷射切割機解決方案。

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