CNC-laserlõikemasinate lõplik juhend: täpsus, võimsus ja kasumlikkus

Kuidas? CNC Laserlõikemasinad Töö: Tehnoloogia ja tuumaprintsiibid

CNC laserlõikamise definitsioon ja tööpõhimõte

Arvutijuhtimise numbrilise juhtimissüsteemiga laserlõikurid töötavad materjalidele täpsete lõigete tegemiseks tugevate laserikiirte fokuseerimise teel. Kui disainerid loovad osi CAD-tarkvara abil, teisendatakse need kujundused spetsiaalseks koodiks, mida nimetatakse G-koodiks, mis ütleb masinale täpselt, kuhu liikuda ja milliseid toiminguid lõikeoperatsioonide ajal sooritada. Masina sees toodab laserresonaator väga tugeva valguskiire. Kiudlaserite puhul liigub see kiir optiliste kiudude kaudu, samas kui CO2-süsteemid kasutavad gaasiläbilöögiprotsesse. Seejärel läbib kiir läbi läätse ja fokuseerub äärmiselt väikeseks punktiks sellele materjalile, mida on vaja lõigata. Sellel pisikesel alal võivad energiatasemed saavutada üle miljoni vatti ruutsentimeetri kohta, mis kiiresti kuumutab materjali, kuni see sulab või isegi aurustub täpselt planeeritud lõikejoone järgi. Selleks, et protsess kulgeks sujuvalt, aitavad erinevad gaasid, nagu hapnik, lämmastik või lihtsalt tavaline rõhuga õhk, sulanud jäägid lõikekohalt eemale puhuda, jättes puhtad servad ilma ebakorrapärastest kohadest. CNC-tehnoloogia kõikjuhtimisel liigub lõiketera äärmiselt täpselt, umbes 0,1 millimeetri täpsusega, võimaldades töökojadel korduvalt toota keerukaid kujundeid.

Olulised tehnilised terminid: Lõikekamm, fookuskaugus, abigas, G-kood/M-kood, kiire režiim, paigutus ja jahutussüsteemid

Peamised tehnilised mõisted hõlmavad:

• Kerf : Lõikamisel eemaldatud materjali laius – sõltub kiire fokuseerimisest, lainepikkusest ja materjali omadustest
• Fookusu pikkus : Vahemaa fokusseerivläätsi ja tööpiece pinnakae; oluline optimaalse võimsustiheduse saavutamiseks
• Abigas : Survega gaas, mis eemaldab sulanud materjali lõikekammist; lämmastik takistab oksüdatsiooni roostevabas teras ja alumiiniumis, samas kui hapnik suurendab lõikamiskiirust pehmes teras
• G-kood/M-kood : Standardiseeritud programmeerimiskeeled, mis juhtivad tööriistarada, kiirust, võimsust ja abifunktsioone
• Kiire režiim : Ruumiline energiajaotusmuster — TEM-režiim tagab kõige tihedama fokuseerimise ja kõrgeima intensiivsuse, mis on oluline täpsete detailide lõikamiseks
• Paigutus : Tarkvara-juhitav paigutuse optimeerimine, mis maksimeerib materjali kasutegurit ja vähendab jäätmete teket
• Chiller-süsteemid : Täpse temperatuuri reguleerimise seadmed, mis hoiavad laserallikat ja optikat ±0,5 °C piires, tagamaks kiire stabiilsust ja pikaajalist korduvust

CNC laserlõikemasinate tüübid: Kiud, CO2 ja Kristall võrreldes

Kiud vs. CO2 vs. Kristall laser: Lainepikkus, kiire kvaliteet ja efektiivsus

Kiudlaserid toimivad vahemikus 1060 kuni 1080 nm ja on tuntud suurepärase kiirguskiibi kvaliteedi poolest, mille M ruut-väärtused on alla 1,1. Neil on ka muljetavaldav elektriline tõhusus, mis ulatub umbes 50%, ning need töötavad eriti hästi peegeldavate materjalide nagu alumiinium ja vasakarva lõikamisel. CO2-laserid töötavad palju pikematel lainepikkustel, ligikaudu 9400 kuni 10 600 nm, mistõttu sobivad need suurepäraselt mittemetallsete materjalide, sealhulgas akrüülklaasi, puidu ja nahkade, töötlemiseks. Siiski ei ole need süsteemid nii tõhusad, andes vaid 10–15% tõhususe, ja neil on pigem karmem optiline alliignimisnõue. Kristallpõhiste laserite hulka kuuluvad Nd:YAG ja Nd:YVO4, mis töötavad lainepikkusel 1064 nm, suudavad töödelda laias valikus materjale, kuid neil esinevad probleemid nagu soojuslensiefekt ja regulaarsed hoolduskontrollid, mis on piiranud nende laialdast kasutamist tootmiskeskkondades. Laserkiibe kvaliteet mõjutab otseselt seda, kui puhtad lõike servad on ja kui lai lõikeava (kerf) tekib. Kiudlaserid toodavad tavaliselt õhemaid lõikeavaid kui 0,1 mm õhematel metalllehtedel, mis tähendab, et algse lõike järel on vaja oluliselt vähem järeltöötlust.

Laseri võimsus ja jõudluse kompromissid erinevate masinate puhul

Kui juttu on laserlõikamisest, siis suurem võimsus tähendab kindlasti kiiremaid tulemusi. Näiteks suudab 6 kW kiudlaser lõigata 3 mm roostevaba terast kiirusel umbes 25 meetrit minutis, mis on peaaegu kolm korda kiirem kui 4 kW CO2-süsteem. Kuid siin on üks aga – need võimsamad süsteemid on palju kallimad nii esialgsete kulude kui ka jätkuvate hoolduskulude poolest. Kiudlasereid peetakse pikas perspektiivis usaldusväärsemaks, säilitades oma jõudlust umbes 100 000 tundi järjest. CO2-lampidega ei ole nii õnnestunud – nad kaotavad iga aasta umbes 2–3% oma võimsusest ja vajavad iga mõne aasta tagant asendamist. Kristalllasereid tabab hoopis teine probleem. Kui nende võimsus jõuab ligikaudu 3 kW-ni, hakkavad tekkinema soojusdeformatsioonid, mis piiravad nende skaalatavust. Seetõttu peavad tootjad seadmete valikul kõiki neid tegureid kaaluma.

• Kiirus vs. hind : Kiudsisüsteemid tagavad suurema läbilaskevõime metallide puhul, kuid nende algne investeering on 15–20% kõrgem võrreldes samaväärsete CO2-masinatega
• Täpsus vs. Mitmekülgsus : CO2 laser on suurepärane orgaaniliste materjalide gravüürimiseks ja paksemate mittemetallide (kuni 25 mm akrüül) lõikamiseks; kiudlaser domineerib õhukeste kuni keskmiste metallipaksuste (kuni 30 mm teras) puhul täpsemate tolerantsidega

Materjali sobivus ja paksuse mahutavus laseri tüübi järgi

Materjali sobivus jääb laseri valiku peamiseks teguriks:

Kiulaserid töötleavad 1 mm roostevaba terast lämmatusega 25 m/min kiirusel – nad ületavad CO2-lasereid oluliselt kiiruses, lõikekvaliteedis ja energiatarbimises. CO2-laseritel on siiski eelised kõrge detailtäpsusega gravüürimisel ja paksude mittemetallsete materjalide töötlemisel.

CNC-laserlõikeprotsess: CAD-disainist valmistooteks

Samm-sammult toimiv töövoog: CAD-modelleerimine, CAM-programmeerimine, materjali ettevalmistamine ja seadme seadistamine

Kõik algab CAD-mudeli loomisega, mis määrab täpselt kindlaks, kuidas detail peaks välja nägema ja millised peavad olema selle mõõtmed. Kui need digitaalsed joonised on valmis, laaditakse need CAM-tarkvarre, kus tehnikud seadistavad erinevaid lõikeparameetreid. Sellised asjad nagu laseri võimsustase, liikumiskiirus materjali üle, fookuspunkti asukoht ja abigassi liik ning rõhk sõltuvad suuresti kasutatavast materjalist ja selle paksusest. CAM-programm võtab kogu selle info ja genereerib optimeeritud G-koodi juhised, samal ajal leides parima viisi, kuidas osad materjalil kokku paigutada, et raisata võimalikult vähe materjali. Enne kui midagi lõigatakse, on oluline õige materjali ettevalmistus. Töö jaoks tuleb valida sobiv tooriku klass, kontrollida, et see oleks ilusti tasane ja ilma kõverdumiseta, veenduda, et pind oleks lõikamiseks piisavalt puhas, ning kinnitada kõik korralikult kas vakuumimeetodi või traditsiooniliste mehaaniliste klamprite abil. Viimaseks, kuid mitte vähem oluliseks etapiks on lõplik seadme seadistamine. Tehnikud veenduvad, et fookuskaugus oleks täpselt õige, kontrollivad uuesti gaasivoolu kiirust, reguleerivad niidi ja tööpiece vahelist kaugust ning jälgivad, kas jahutusseade säilitab stabiilse temperatuuri kogu operatsiooni vältel.

Lõikamise, jahutamise, inspekteerimise ja töötlemisejärgse etappide läbiviimine

Kui lõikamine algab, sulab laser või muudab materjali auruks, järgides programmeeritud G-koodi teed, samal ajal kui abigaas aitab lõigatud ala puhastada. Enamik poode hoiab oma jahutusvedeliku temperatuuri 20-25 kraadi juures tänu sisseehitatud külmutusseadmetele. See hoiab optilised komponendid stabiilsena ja vähendab neid tüütuid kuumusest mõjutatud alasid, mis on eriti olulised, kui töötate õrnade metalliseadmetega. Kui osa on lõigatud, hakkab kehtima kvaliteedi kontroll. Tehnikud kontrollivad mõõtmeid optiliste skannerite või nende suurte CMM masinate abil, mida me kõik teame ja armastame. Tavalised spetsifikatsioonid jäävad tavaliselt regulaarsete tootmispartiide jooksul pluss-miinus 0,1 millimetri piiridesse. Mis siis edasi saab? Enamik osi vajab pärast lõikamist koristamist. Üldised töötlemisejärgsed sammud hõlmavad korroosi vältimiseks karpe eemaldamist, teravate servide ümardamist ja roostevabast terasest komponentide passiivistamist. Mõned kliendid soovivad ka täiendavaid viimistlusi, mis sõltuvad sellest, mida nad vajavad funktsionaalselt või lihtsalt välimuse pärast. Poliirimine annab sellele kenaks sära, kuid pulberkinnitus kaitseb kulumise eest.

Peamised eelised: täpsus, automaatne töö, tööriistade kulumine, minimaalne jäätmed ja keeruline geomeetria

CNC-laserlõikmine pakub erilisi eeliseid:

• Täpsus : Korraldatavusega alla 0,1 mm ja tunnuste lahutusega mikroni tasemel, mida mehaaniline kulumine ei mõjuta
• Automaatisatsioon : Ühepuhutav integreerimine robotiliste laadimis- ja lossimisplatvormide ning MES-platvormide vahel toetab valgustamata tootmist
• Tööriistade kulumine : Väldib tööriistade kulude ja seisukoha, mis on seotud läbimõõduga või freesimiskooridega
• Minimaalne jäätme tekkin arenenud pesitsemise algoritmid vähendavad materjali jäätmeid 15-20% võrra võrreldes käsitsi paigutamisega
• Komplekstne geomeetria : võimaldab sisemisi konture, teravaid nurka ja mikroomadusi, mis on tavapärase töötlemisega ebatõenäolised

Tööstuse rakendused ja CNC-laserlõikuse tehnoloogilised edusammud

Rakendused tootmisel, lennundus- ja kosmosealades, meditsiiniseadmetes, elektroonikatoodetes ja signaalide kasutamisel

CNC laserlõikmine on tänapäeval väga oluline igasuguses täpne tootmisel. Autotööstus kasutab seda laialdaselt näiteks šassiosüsteemide ja HVAC-süsteemide jaoks, sest see annab usaldusväärseid tulemusi kiiresti. Lennundusfirmadel lõikab see tehnoloogia läbi tugevate materjalide nagu titaani ja inkoneeli uskumatu täpsusega. Nad peavad vastama rangetele AS9100 standarditele ja säilitama tolerantsid kuni poole millimetri. Ka meditsiiniseadmete tootjad loodavad laserlõikmisele. Mõtle operatsioonirelvadele, väikestele stentitele ja implantaatidele, mis on valmistatud spetsiaalsetest sulamitest, kus isegi kõige väiksem puudulikkus võib olla ohtlik. Elektroonikatöötajad kasutavad ultrapeenlasereid keerukate tööde tegemiseks paindlikes ringkondades ja mikroskoopiliste aukude tekitamiseks kaitsematerjalites. Samal ajal armastavad arhitektid ja siltide valmistajad seda, mida nad saavad teha metallide ja akrüülidega. Laserlõikmine võimaldab neil valmistada üksikasjalikke dekoratiivseid paneele, valgustatud märke ja unikaalseid hoone fassaade, mis oleks traditsiooniliste meetoditega võimatu.

AI, automatiseerimine ja nutikas tootmine tänapäevastes laseritesüsteemides

Tänapäevased CNC-laserimasinad on varustatud nutifunktsioonidega nagu AI optimeerimine, pidev jälgimine ja ise kohanduvad juhtimissüsteemid, mis sobivad sujuvalt Industry 4.0 toimingutesse. Sisemüüri AI analüüsib erinevat liiki senooriandmeid, näiteks laserikiire jõudlust, gaasirõhu muutumise andmeid ning mootorite elektrilist tegevust. Sellel andmetel tuginedes saab süsteem töö käigus kohandada lõiketehnikaid ning tuvastada juba kuni kolm päeva enne, millal osad võivad rikkuda. See varoitusüsteem vähendab ootamatuid seiskusi ligi 30%. Materjalide liigutamisel võtavad robotid üle töö kaamerate abiga, mis juhivad neid täpselt. See võimaldab tehastel tööd automatiseerida algusest lõpuni ilma inimese sekkumiseta. Internetiühendusega varustatuna saavad tehnikud kaugühenduses kontrollida süsteemi seisundit, saata tarkvara uuendusi ning ligipääseda pilves hoitavatele tootmismetriklitele. Kõik need täiustatud funktsioonid teevad tootmismoodulid palju paindlikumaks. Need saavad vahetada erinevate tootepartide vahel lennult, samas säilitades rangeid kvaliteedinõudeid nagu ISO 2768 nõuded igale tootetud detailile.

KKK-d

Mis on CNC-laserlõikamine?

CNC (arvutijuhtimine) laserlõikamine on protsess, kus kasutatakse arvutijuhtimisel töötavaid võimsaid laserikiirte, et antud disaini põhjal teha täpseid lõike erinevates materjalides.

Millised on CNC-laserlõikurite tüübid?

Peamised tüübid on kiud-, CO2- ja kristalllaserlõikurid, millel on igaühel erinevad eelised lainepikkuse, tõhususe ja materjalide ühilduvuse osas.

Milliseid materjale saab CNC-laseritega lõigata?

Materjalid ulatuvad metallidest, nagu teras ja alumiinium, kuni mittemetallideni, nagu akrüül, puit ja keraamika, olenevalt laseri tüübist.

Miks eelistatakse CNC-laserlõikamist tööstuslikel rakendustel?

CNC-laserlõikamist eelistatakse täpsuse, keerukate geomeetiliste kuju töötlemise võime, automatiseerimisvõimaluste, minimaalse jäätmete tekke ja tööriista kulunähtude puudumise tõttu.