Galutinis CNC lazerinio pjaustymo mašinų vadovas: tikslumas, galia ir pelningumas

Kaip CNC lazerio pjaustymo mašinos Darbas: technologija ir pagrindiniai principai

CNC lazerio pjaustymo apibrėžimas ir veikimo principas

Kompiuterinio skaitmeninio valdymo sistemomis valdomos lazerinio pjaustymo mašinos veikia, nukreipdamos galingus lazerio spindulius į medžiagą, kad būtų galima tiksliai ją supjauti. Kuriant dalis naudojant CAD programinę įrangą, šios schemos verčiamos į specialų kodą, vadinamą G-kodu, kuris tiksliai nurodo mašinai, kur judėti ir kokias funkcijas atlikti pjovimo metu. Mašinos viduje lazerinis rezonatorius sukuria labai stiprų šviesos spindulį. Skaidlos lazeriams šis spindulys sklinda per optinius pluoštus, o CO2 sistemoms naudojami dujų išsiskyrimo procesai. Tada spindulys praeina per objektyvą ir susikoncentruoja į itin mažą tašką ant tos medžiagos, kurią reikia pjaustyti. Šiame mažylyje energijos lygis gali pasiekti daugiau nei milijoną vatų kvadratiniame centimetre, greitai įkaitindamas medžiagą, kol ji sutirpsta ar net išgaruoja palei numatytą pjaustymo liniją. Kad viskas veiktų sklandžiai, skirtingos dujos, tokios kaip deguonis, azotas ar tiesiog suspaustas oras, padeda išpūsti tirpintus medžiagos likučius iš paties pjovimo ploto, paliekant švarius kraštus be nelygumų. Naudojant CNC technologiją, viską kontroliuojant pjovimo galvutė juda nepaprastai tiksliai – tikslumu apie 0,1 milimetro, leidžiant gamykloms nuolat kartoti sudėtingas formas.

Būtini techniniai terminai: Kerf, židinio nuotolis, pagalbinis dujos, G-kodas/M-kodas, spindulio rėžimas, dėstymas ir aušinimo sistemos

Pagrindiniai techniniai konceptai apima:

• Kerfas : Medžiagos plotis, pašalinamas pjovimo metu – nustatomas pagal spindulio fokusavimą, bangos ilgį ir medžiagos savybes
• Fokuso ilgis : Atstumas tarp fokusuojančios lęšio ir darbinio paviršiaus; kritinis optimaliam galios tankiui pasiekti
• Pagalbinis dujos : Slėgio dujos, šalinančios išlydytą medžiagą iš kerfo; azotas prevencijai oksidacijai ant nerūdijančio plieno ir aliuminio, o deguonis padidina pjovimo greitį ant minkšto plieno
• G-kodas/M-kodas : Standartinės programavimo kalbos, valdančios įrankio kelią, greitį, galią ir pagalbines funkcijas
• Spindulio režimas : Erdvinis energijos pasiskirstymo modelis – TEM rėžimas užtikrina glaudžiausią fokusavimą ir aukščiausią intensyvumą, būtiną tiksliai detalių pjaustymui
• Detalių išdėstymas : Programine įranga valdomas išdėstymo optimizavimas, kuris maksimaliai padidina medžiagos naudojimą ir sumažina atliekas
• Čillerių sistemos : Tikslūs temperatūros valdymo įrenginiai, palaikantys lazerinį šaltinį ir optiką ±0,5 °C ribose, kad būtų užtikrinta spindulio stabilumas ir ilgalaikė kartojamumas

Įvairūs CNC lazerio pjaustymo staklių tipai: pluoštinis, CO2 ir kristalinis lyginant

Pluoštinis, CO2 ir kristalinis lazeris: bangos ilgis, spindulio kokybė ir efektyvumas

Skaidulinių lazerių bangos ilgis yra nuo 1 060 iki 1 080 nm, jie pasižymi puikia spindulio kokybe, kurios M kvadrato reikšmės žemesnės nei 1,1. Jie taip pat pasižymi įspūdinga elektros energijos naudingumo koeficientu, pasiekiančiu apie 50 %, ir puikiai veikia pjovimo metu atspindinčias medžiagas, tokius kaip aliuminis ir varis. CO2 lazeriai veikia daug ilgesniuose bangos ilgiuose – apie 9 400–10 600 nm, todėl puikiai tinka dirbti su ne metalinėmis medžiagomis, įskaitant akrilą, medžiais ir odomis. Tačiau šie įrenginiai yra mažiau efektyvūs – tik 10–15 % – ir linkę būti jautresni tinkamai optinei centravimui. Kristaliniai lazeriai, tokie kaip Nd:YAG arba Nd:YVO4, veikiantys 1 064 nm bangos ilgyje, gali apdoroti įvairių tipų medžiagas, tačiau turi problemų, pvz., šiluminio sklendžiavimo reiškinį ir reikalauja reguliarių techninės būklės patikrinimų, dėl ko jų platus naudojimas gamybos aplinkose yra ribojamas. Lazerio spindulio kokybė labai paveikia pjovimo kraštų švarumą ir kerf (pjūvio pločio) dydį. Skaiduliniai lazeriai plonoms metalo plokštėms paprastai sukuria siauresnį nei 0,1 mm kerf, todėl po pradinio pjaustymo reikia žymiai mažiau apdailos darbų.

Lazerio galios ir našumo kompromisai skirtingų tipų mašinose

Kalbant apie lazerinį pjaustymą, didesnė galia tikrai reiškia greitesnius rezultatus. Pavyzdžiui, 6 kW pluoštinis lazeris gali išpjauti 3 mm nerūdijantį plieną apie 25 metrus per minutę, kas beveik tris kartus greičiau nei 4 kW CO2 sistema. Tačiau yra viena problema – tokios galingos sistemos turi žymiai didesnes pradines kainas ir einamas techninės priežiūros išlaidas. Pluoštiniai lazeriai ilguoju laikotarpiu paprastai būna patikimesni, išlaikydami savo našumą apie 100 000 valandų iš eilės. CO2 vamzdeliai taip pasisekti neturi, kasmet prarasdami apie 2–3 % jėgos ir turėdami būti keičiami kas kelis metus. Kristaliniai lazeriai susiduria su visiškai kita problema. Pasiekus apie 3 kW galios lygmenį, jie pradeda kaupti šiluminius iškraipymus, kurie riboja jų mastelio didinimo galimybes. Todėl gamintojams renkantis įrangą tenka sverti visus šiuos veiksnius.

• Greitis prieš kainą šių sistemų šiūklės metalams garantuje vyšesnį produktivumą, tačiau jų pirmo investicijos 15–20 % vyšesnės nei CO2 mašinų
• Precizolnostė vs. Universalumas cO2 lazeris excelėnčiai graviruje organinės materjalas ir apdoroja biešes nėmetalėnės materjalas (līdz 25 mm akrilas); šiūklės lazeris dominuoja biešėnės līdz vidkūnėnės metalėnės biezės (līdz 30 mm čėlnė) ar tēsnia tolerancijom

Materjalo sudėršumas ir biezės kapacitētē pa lazera tipa

Materjalo sudėršumas palīka pėrmanėnė lazera valīnta faktōrė:

Pluošto lazeriai apdoroja 1 mm nerūdijantį plieną 25 m/min su azoto pagalba – žymiai pranokstantys CO2 pagal greitį, pjūvio krašto kokybę ir energijos sunaudojimą. CO2 išlaiko pranašumus detalesniame graviravime bei storų nemetalinių detalių gamyboje.

CNC lazerinio pjaustymo procesas: nuo CAD projekto iki gatavo gaminio

Žingsnis po žingsnio vykdomas darbo procesas: CAD modeliavimas, CAM programavimas, medžiagos paruošimas ir įrenginio konfigūravimas

Viskas prasideda su CAD modelio kūrimu, kuriame tiksliai nustatoma, kaip turi atrodyti detalė ir kokios turi būti jos matmenys. Kai šie skaitmeniniai brėžiniai yra paruošti, jie įkeliami į CAM programinę įrangą, kur technikai nustato įvairius pjaizdymo parametrus. Tokios sąlygos kaip lazerio galios lygis, kiek greitai galva juda medžiaga, kur yra židinio taškas ir koks pagalbinis dujų tipas naudojamas bei kokiu slėgiu, labai priklauso nuo to, su kuria medžiaga dirbama ir koks yra jos storis. CAM programa apdoroja visą šią informaciją ir sugeneruoja optimizuotas G-kodo instrukcijas, taip pat nustato geriausią būdą išdėstyti dalis vienoje plokštėje, kad būtų išnaudota kuo mažiau medžiagos. Prieš pradedant pjaustyti, būtina tinkamai pasiruošti medžiagai. Reikia pasirinkti tinkamą ruošinio rūšį, patikrinti, ar jis yra pakankamai plokščias, be išlinkimo, įsitikinti, kad paviršius yra pakankamai švarus pjaizdymui, tada tvirtai pritvirtinti medžiagą naudojant vakuumo siurbimą arba senąjį patikimą mechaninį spaustuvą. Galiausiai ateina paskutinis mašinos paruošimo etapas. Technikai skirtą dėmesį skiria tam, kad židinio ilgis būtų tikslus, dvigubai patikrina dujų srauto greitį, reguliuoja atstumą tarp antgalio ir darbo detalės ir stebi, ar aušintuvas palaiko stabilias temperatūras visą operacijos trukmę.

Pjovimo vykdymas, aušinimas, apžiūra ir apdorojimo etapai

Kai prasideda pjaunamasis procesas, lazeris pagal programuotą G-kodo kelią lydina arba garina medžiagą, tuo pačiu metu pagalbinė duja padeda išvalyti pjūvį – taip vadinamą kerf. Dauguma dirbtuvių dėl integruotų aušintuvų palaiko aušinimo skysčio temperatūrą apie 20–25 laipsnius Celsijaus. Tai užtikrina optinių komponentų stabilumą ir sumažina erzelį keliančias šilumos paveiktas zonas, ypač svarbu dirbant su jautriais metalo lydiniais. Išpjovus detalę, į žaidimą įsitraukia kokybės kontrolė. Technikai tikrina matmenis naudodami optinius skenerius arba didžiąsias CMM mašinas, kurias visi taip gerbiame. Standartiniai reikalavimai paprastai išlieka ribose ±0,1 milimetro per visą įprastą gamybos partiją. Kas vyksta toliau? Na, dauguma detalių po pjaustymo reikalauja šiek tiek tvarkymo darbų. Paplitę papildomos apdorojimo procedūros apima burkų šalinimą, aštrių kraštų apvalinimą ir nerūdijančių plieno detalių pasyvavimą siekiant užkirsti kelią korozijai. Kai kurie klientai taip pat pageidauja papildomų dangų, priklausomai nuo funkcinių poreikių ar tiesiog iš estetinių sumetimų. Poliravimas suteikia malonų blizgesį, o miltelinis dažymas užtikrina apsaugą nuo nusidėvėjimo.

Pagrindiniai privalumai: tikslumas, automatizacija, be įrankių nusidėvėjimo, minimalūs atliekų kiekiai ir galimybė apdoroti sudėtingas geometrijas

CNC lazerio pjaustymas siūlo aiškiai išskiriančius eksploatacinius privalumus:

• Tikslumas : Pakartojamumas mažesnis nei 0,1 mm ir detalės matmenys mikronų lygyje, nepaveikti mechaninio nusidėvėjimo
• Automatizacija : Sklandi integracija su robotizuotomis įkrovimo/iškrovimo sistemomis ir MES platformomis užtikrina bežmogišką gamybą
• Nėra įrankio dėvėjimosi : Pašalina sunaikinamųjų įrankių kaštus ir prastovas, susijusias su išspaudimais ar frezavimo antgaliais
• Minimalūs atliekų kiekiai : Išplėstiniai dėstymo algoritmai sumažina medžiagos atliekas 15–20 % lyginant su rankiniu dėstymu
• Sudėtinga geometrija : Leidžia kurti vidinius kontūrus, aštrius kampus ir mikrodetalių elementus, kurių negalima pasiekti naudojant tradicinį apdirbimą

Pramonės taikymai ir technologiniai CNC lazerio pjaustymo pasiekimai

Taikymas gamyboje, aviacijoje, medicinos prietaisuose, elektronikoje ir reklamos ženklų gamyboje

Šiuolaikinėje tikslumo gamyboje CNC lazerinė pjaustyba yra beveik būtina. Automobilių pramonė ją plačiai naudoja, pavyzdžiui, šasi detalėms ir vėdinimo sistemoms, nes ji greitai užtikrina patikimus rezultatus. Oro erdvės įmonės šią technologiją naudoja atspariems medžiagoms, tokioms kaip titanas ir Inconel, pjaustyti neįtikėtinai tiksliai. Jos turi atitikti griežtus AS9100 standartus ir išlaikyti apie pusės milimetro tikslumą. Medicinos prietaisų gamintojai taip pat pasikliauja lazerine pjaustyba. Galvokite apie chirurgines priemones, mažyčius stentus ir implantus iš specialių lydinių, kuriuose net menkiausias defektas gali būti pavojingas. Elektronikos gamintojai naudoja itin finiškus lazerius delikatesniems darbams su lankstiais grandynais ir mikroskopinėms skylių kūrimui apsauginėse medžiagose. Tuo tarpu architektai ir reklamos lentelių gamintojai mėgsta tai, ką gali padaryti su metalais ir akrilu. Lazerinė pjaustyba leidžia jiems kurti detalius dekoratyvinius skydelius, apšviestas reklamas ir unikalias pastatų fasadų dengimo formas, kurių būtų neįmanoma pasiekti tradiciniais metodais.

Dirbtinis intelektas, automatizacija ir protingos gamybos integravimas šiuolaikinėse lazerių sistemose

Šių dienų CNC lazerinės mašinos yra aprūpintos išmaniomis funkcijomis, tokiose kaip dirbtinio intelekto optimizavimas, nuolatinis stebėjimas ir automatiškai reguliuojami valdymo elementai, kurie puikiai tinka „Industry 4.0“ operacijoms. Įmontuotas dirbtinis intelektas analizuoja įvairių jutiklių informaciją, pavyzdžiui, kaip veikia lazerio spindulys, duomenis apie dujų slėgio pokyčius ir tai, ką daro varikliai elektriškai. Remdamasis šiais duomenimis, sistema gali koreguoti pjaustymo parametrus tiesiog vykdant darbą ir iš anksto – net iki trijų dienų – aptikti galimus gedimus. Ši ankstyvojo įspėjimo sistema sumažina netikėtus sustojimus maždaug 30 %. Medžiagų pervežimui robotai naudojasi kameromis, kurios tiksliai juos nukreipia. Tai leidžia gamyklose visiškai automatizuoti procesus nuo pradžios iki pabaigos be žmogaus kišimosi. Dėka integruotos interneto jungties, technikai gali nuotoliniu būdu tikrinti sistemos būklę, diegti programinės įrangos atnaujinimus ir pasiekti debesyje saugomus gamybos rodiklius. Visos šios pažangios funkcijos daro gamybos linijas žymiai lankstesnes. Jos gali greitai perjungtis tarp skirtingų produktų partijų, tuo pat metu užtikrindamos griežtas kokybės normas, tokias kaip ISO 2768 reikalavimai, taikomus kiekvienam pagamintam gaminui.

Dažniausiai užduodami klausimai

Kas yra CNC lazerinė pjovimo technologija?

CNC (skaičmeninio valdymo) lazerinė pjovimo technologija – tai procesas, kuriame naudojami galingi lazeriniai spinduliai, kontroliuojami kompiuterio, kad tiksliai išpjautų įvairias medžiagas pagal nurodytą dizainą.

Kokie yra CNC lazerinių pjovimo mašinų tipai?

Pagrindiniai tipai yra šieda, CO2 ir kristalinės lazerinės pjovimo mašinos, kurių kiekviena turi skirtingų privalumų bangos ilgyje, efektyvumo ir medžiagų suderinamumo požiūriu.

Kokios medžiagos gali būti pjaunamos naudojant CNC lazerines mašinas?

Medžiagos apima metalus, tokius kaip plienas ir aliuminis, bei ne metalus, tokius kaip akrilas, medis ir keramika, priklausomai nuo lazerio tipo.

Kodėl CNC lazerinė pjovimo technologija yra pageidaujama pramonės taikymuose?

CNC lazerinė pjovimo technologija yra vertinama dėl savo tikslumo, gebėjimo apdoroti sudėtingas geometrijas, automatizavimo galimybių, minimalių atliekų kiekio ir nebuvimo įrankių dėvėjimosi.