Galvenais ceļvedis CNC lāzera griešanas mašīnām: precizitāte, jauda un rentabilitāte

Kā CNC lāzera griešanas mašīnas Darbs: Tehnoloģija un pamatprincipi

CNC lāzera griešanas definīcija un darbības princips

Datoru skaitlisko vadību sistēmas (CNC) vadītās lāzera griezējmašīnas darbojas, koncentrējot spēcīgus lāzera starus uz materiāliem, lai veiktu precīzus griezumus. Kad dizaineri izveido detaļas, izmantojot CAD programmatūru, šie zīmējumi tiek pārvērsti īpašā kodā, ko sauc par G-kodu, kas mašīnai precīzi norāda, kur jāpārvietojas un kādas funkcijas jāveic griešanas operāciju laikā. Mašīnas iekšienē lāzera rezonators rada ļoti spēcīgu gaismas staru. Šķiedras lāzeriem šis stars pārvietojas caur optiskajiem pavedieniem, savukārt CO2 sistēmas balstās uz gāzes izlādes procesiem. Pēc tam stars iet cauri lēcai un koncentrējas ārkārtīgi mazā punktā uz tā materiāla, kuru nepieciešams sagriezt. Šajā sīkajā vietā enerģijas līmenis var sasniegt vairāk nekā vienu miljonu vatu kvadrātcentimetrā, ātri uzsildot materiālu, līdz tas kūst vai pat pārvēršas tvaikos pašā paredzētās griezuma līnijas virzienā. Lai nodrošinātu gludu darbību, dažādas gāzes, piemēram, skābeklis, slāpeklis vai vienkārši saspiests gaiss, palīdz izpūst kūstošos atkritumus no faktiskā griezuma apgabala, atstājot tīras malas bez asajām vietām. Ar CNC tehnoloģiju, kas visu kontrolē, griešanas galviņa pārvietojas ar ļoti lielu precizitāti — aptuveni 0,1 milimetra robežās, ļaujot ražotnēm atkārtoti radīt sarežģītas formas ar lielu precizitāti.

Būtiski tehniskie termini: Kerfs, fokusa attālums, palīggāze, G-kods/M-kods, staru režīms, iegriešanas optimizācija un dzesēšanas sistēmas

Galvenie tehniskie jēdzieni ietver:

• Kerf : Materiāla platums, kas tiek noņemts griezumā — nosaka staru fokusēšana, viļņa garums un materiāla īpašības
• Fokusa attālums : Attālums starp fokusējošo lēcu un darba virsmas punktu; kritiski svarīgs, lai sasniegtu optimālo jaudas blīvumu
• Palīggāze : Spiediena pakļauta gāze, kas izrauj kūstošo materiālu no griezuma; slāpeklis novērš oksidāciju nerūsējošajā tēraudā un alumīnijā, savukārt skābeklis palielina griešanas ātrumu mīkstajā tēraudā
• G-kods/M-kods : Standartizētas programmēšanas valodas, kas kontrolē rīka ceļu, ātrumu, jaudu un palīgfunkcijas
• Staru režīms : Telpiskā enerģijas sadalījuma forma — TEM režīms nodrošina visprecīzāko fokusēšanu un augstāko intensitāti, kas būtiska precīzu detaļu griešanai
• Nestēšana : Programmatūras vadīta izkārtojuma optimizācija, kas maksimizē materiāla izmantošanu un minimizē atkritumus
• Chiller sistēmas : Precīzas temperatūras regulēšanas ierīces, kas uztur lāzera avotu un optiku ±0,5 °C robežās, nodrošinot staru stabilitāti un ilgtermiņa atkārtojamību

CNC lāzera griezējmašīnu veidi: šķiedras, CO2 un kristāla salīdzinājums

Šķiedras, CO2 un kristāla lāzers: viļņa garums, stara kvalitāte un efektivitāte

Šķiedras lāzera darbojas diapazonā no 1,060 līdz 1,080 nm un tiek pazīstami ar lielisku staru kvalitāti, kuras M kvadrāta vērtības ir zemākas par 1,1. Tie arī atšķiras ar ievērojamu elektroenerģijas efektivitāti, kas sasniedz aptuveni 50%, un izcili darbojas, griežot refleksīvus materiālus, piemēram, alumīniju un varu. CO2 lāzeri darbojas daudz garākos viļņa garumos apmēram 9 400 līdz 10 600 nm, tādējādi būdami lieliski piemēroti nemetāliskiem materiāliem, tostarp akrilam, kokam un ādai. Tomēr šie sistēmas nav tik efektīvas — tikai 10 līdz 15% — un parasti ir jutīgākas pret pareizu optisko regulējumu. Kristālu bāzes lāzeri, piemēram, Nd:YAG vai Nd:YVO4, kas darbojas pie 1 064 nm, spēj apstrādāt plašu materiālu klāstu, taču tiem piemīt problēmas, piemēram, termiskās lēcu problēmas un nepieciešamība pēc regulārām apkopes pārbaudēm, kas ir ierobežojis to plašu izmantošanu ražošanas vidē. Lāzera stara kvalitāte patiešām ietekmē to, cik tīri būs griezuma mali un cik plats būs rezes platums. Šķiedras lāzeri parasti rada reses, kas ir šaurākas par 0,1 mm uz plānākiem metāla loksnēm, kas nozīmē, ka pēc sākotnējā griezuma ir nepieciešams daudz mazāk pabeigšanas darbu.

Lāzera jaudas un veiktspējas kompromisi starp dažādiem mašīnu veidiem

Kad tas nāk pie lāzera griešanas, lielāka jauda noteikti nozīmē ātrākus rezultātus. Piemēram, 6 kW šķiedras lāzeris var griezt 3 mm nerūsējošo tēraudu ar ātrumu aptuveni 25 metri minūtē, kas ir gandrīz trīs reizes ātrāk nekā 4 kW CO2 sistēma. Tomēr ir viena problēma — šādas jaudīgas sistēmas prasa ievērojami augstākas sākotnējās izmaksas un turpmākus uzturēšanas izdevumus. Ilgtermiņā šķiedras lāzeri parasti ir uzticamāki, saglabājot savu veiktspēju aptuveni 100 000 stundu garumā. CO2 caurules nav tik laimīgas, katra gadā zaudējot aptuveni 2–3% no savas jaudas un nepieciešams nomainīt ik pāris gadu. Kristāla lāzeri saskaras ar pilnīgi citu problēmu. Kad tie sasniedz aptuveni 3 kW jaudas līmeni, sāk rasties termiskas izkropītības, kas ierobežo to mērogojamību. Tāpēc ražotājiem ir jāsvārstī visi šie faktori, izvēloties aprīkojumu.

• Ātrums vs. Izmaksa : Šķiedru sistēmas nodrošina augstāku caurlaidību metālos, taču to sākotnējās ieguldījuma izmaksas ir par 15–20% augstākas nekā līdzvērtīgām CO2 mašīnām
• Precizitāte vs. Versatilitāte : CO2 lieliski piemērots organisko materiālu gravēšanai un biezāku ne-metālu griešanai (līdz 25 mm akrilam); šķiedra labāk tīklo plānus līdz vidēji bieziem metāliem (līdz 30 mm tēraudam) ar stingrākām pieļaujamām novirzēm

Materiālu savietojamība un biezuma ietilpība pēc lāzera tipa

Materiālu savietojamība joprojām ir galvenais faktors, izvēloties lāzeri:

Līmes laseri apstrādā 1 mm nerūsējošā tērauda 25 m/min ātrumā ar slāpekļa palīdzību, kas ar lielu ātruma, izšķirošās kvalitātes un enerģijas patēriņa starpību pārspēj CO2. CO2 saglabā priekšrocības ļoti detalizētā gravēšanā un biezās sadaļas nemetāla izgatavošanā.

CNC lasera rezašanas process: no CAD projekta līdz gatavai detaļai

Darbības virziens pa solim: CAD modeļēšana, CAM programmēšana, materiālu sagatavošana un mašīnas uzstādīšana

Tas viss sākas ar CAD modeļa izveidi, kas precīzi nosaka, kā detaļai vajadzētu izskatīties un kādas dimensijas tai ir nepieciešamas. Kad tie ir gatavi, tie tiek iekrāvēti CAM programmā, kur tehnici izveido dažādus stiepes parametrus. Daži faktori, piemēram, lasera jaudas līmenis, cik ātri galva pārvietojas caur materiālu, kur atrodas fokusa punkts un kāda veida palīggāze tiek izmantota, un kādā spiediena apstākļos, lielā mērā ir atkarīgi no materiāla, ar kuru mēs strādājam un cik biezs tas ir. CAM programma ņem visu šo informāciju un izspieda optimizētas G-kodo instrukcijas, vienlaikus izdomājot labāko veidu, kā saskaitīt daļas kopā, lai mēs izšķērdētu pēc iespējas mazāk materiālu. Pirms kaut kas tiek nocirsts, ir svarīgi pareizi sagatavot materiālu. Mums jāaizņem pareiza materiāla kvalitāte, jānovērtē, vai tas ir labi un plāksnīgs bez jebkāda izkropļojuma, jānodrošina, ka virsmas ir pietiekami tīras, lai to nogriež, un tad viss jāapstiprina pareizi vai nu ar vakuuma izsmidzināšanu vai ar veco laikmet Visbeidzot, bet ne mazāk svarīgi, ir arī mašīnas uzstādīšanas pēdējā fāze. Tehnikas pavadīja laiku, lai pārliecinātos, ka fokusa attālums ir tieši uz vietas, atkārtoti pārbaudīja gāzes plūsmas ātrumu, pielāgoja attālumu starp dūmi un darba gabaliņu un pārbaudīja, vai dzesēšanas ierīce visā darbībā saglabā stabilu temperatūru.

Izgriešanas izpildes, dzesēšanas, pārbaudes un pēcapstrādes posmi

Kad sāksies gaļas segšanas process, lasers vai nu izšķīdina vai pārveido materiālu par tvaiku, sekojot programētajam G-kodu ceļiem, un vienlaikus asistents palīdz izšķirt gaļas gabaliņu, kas pazīstams kā gaļas segums. Lielākā daļa veikalu temperatūras saglabā 20 līdz 25 grādiem Celsijā, pateicoties iekārtām, kas nodrošina dzesēšanas šķidruma temperatūru. Tas nodrošina optiskās sastāvdaļu stabilitāti un samazina kaitīgo karstuma zonas, kas īpaši svarīgas, strādājot ar delikātiem metāla sakausējumiem. Kad daļa ir nocirsta, tiek veikta kvalitātes kontrole. Tehnici pārbauda izmērus, izmantojot optiskos skenerus vai šos lielus CMM mašīnas mēs visi zinām un mīlam. Standarta specifikācijas parasti ir + vai - 0,1 mm regulārajās ražošanas partijās. Kas notiks tālāk? Lielākā daļa daļu pēc izciršanas ir jāiztīra. Kopīgi izmantotie pēcapstrādes pasākumi ir: izņemšana no grīdas, apvalkšana ar šaurām malām un nerūsējošā tērauda sastāvdaļu pasīve, lai novērstu koroziju. Daži klienti arī vēlas izmantot papildu pārklājumu atkarībā no to, kas viņiem nepieciešams funkcionāli vai tikai izskata dēļ. Lai to padarītu, tas ir jābrīnās, bet, lai to aizsargātu no noslīkumiem, ir jāapstrādā ar pulveri.

Galvenie ieguvumi: precizitāte, automatizācija, bez rīku noslīkšanās, minimālais atkritumu daudzums un sarežģīta ģeometrijas spēju

CNC lasersiešana sniedz atšķirīgas darbības priekšrocības:

• Precizitāte : Atkārtojamība mazāka par 0,1 mm un raksturlielumu izšķirtspēja mikrona līmenī, uz ko neietekmē mehāniskā noturība
• Automātiskā : Neatkārtojams integrējums ar robotizētu iekraušanas/izkraušanas un MES platformām atbalsta izgaisrinātāju ražošanu
• Nav instrumenta nodiluma : Izslēdz patēriņa rīku izmaksas un pārtraukšanas laiku, kas saistīts ar perforācijas formām vai malšanas gabaliem
• Minimāli atkritumi : Uzlabotuši nodalīšanas algoritmi samazinā materiāla atkritumus par 15~20% salīdzinājumā ar manuālu izkārtojumu
• Sarežģītas ģeometrijas : ļauj iekšējos konturus, stingrus stūrus un mikroizšķirtspējas parametrus, kas nav praktiski lietojami ar parasto apstrādi

CNC lasera rezašanas rūpniecības lietojumi un tehnoloģiskie panākumi

Piemērošana ražošanā, lidmašīnā, medicīniskos ierīcēs, elektronikas un zīmēšanas jomā

CNC lasersiešana ir diezgan būtiska visdažādākajā precizitātes ražošanā šoreiz. Automobiļu rūpniecība to plaši izmanto tādos gadījumos kā šasijas daļas un HVAC sistēmas, jo tas sniedz uzticamus rezultātus ātri. Aerokosmisko uzņēmumu vajadzībām šī tehnoloģija ar neticami precizitāti sagriež caur stingriem materiāliem, piemēram, titānu un inkoneli. Viņiem ir jāatbilst stingriem AS9100 standartiem un jātur pieļaujamās pielaides līdz pusmillimetram. Medicīnas ierīču ražotāji arī paļaujas uz laseru rešanu. Apskatīsim, kā ir ar ķirurģiskajiem instrumentiem, mazu stentu un implantātiem, kas izgatavoti no speciāliem sakausējumiem, un kā pat mazākā nepilnība var būt bīstama. Elektronisko ierīču ražotāji izmanto ultrafīnu laserus, lai veiktu delikātu darbu pie elastīgiem savienojumiem un radītu mikroskopiskus caurumus aizsargsistēmu materiālos. Arhitekti un zīmju izgatavotāji mīl to, ko viņi var darīt ar metāliem un akrilskārtiem. Lasera griezums ļauj tiem izgatavot detaļinātas dekorācijas, apgaismojumus un unikālus fasādes, kas ar tradicionālajām metodēm būtu neiespējami.

Dati par AI, automatizāciju un gudru ražošanas integrāciju mūsdienu lāzera sistēmās

Mūsdienu CNC lāzera mašīnas ir aprīkotas ar gudrām funkcijām, piemēram, mākslīgā intelekta optimizāciju, nepārtrauktu uzraudzību un pašregulējošiem vadības elementiem, kas ideāli iederas Industry 4.0 darbībās. Iebūvētais mākslīgais intelekts analizē dažādus sensoru datus, piemēram, kā darbojas lāzera stars, informāciju par gāzes spiediena svārstībām un to, ko elektriski dara motori. Pamatojoties uz šiem datiem, sistēma var pielāgot griešanas iestatījumus darba laikā un pat paredzēt, kad sastāvdaļas var iziet no ierindas, līdz pat trim dienām pirms faktiskas problēmas. Šī agrīnās brīdināšanas sistēma samazina negaidītas apstāšanās aptuveni par 30%. Materiālu pārvietošanai roboti tiek izmantoti kopā ar kamerām, kas nodrošina precīzu vadību. Tas ļauj rūpnīcām automatizēti palaist ražošanas procesus no sākuma līdz beigām bez cilvēka iejaukšanās. Ar iebūvēto interneta savienojumu tehniskie speciālisti var attālināti pārbaudīt sistēmas stāvokli, instalēt programmatūras atjauninājumus un piekļūt ražošanas statistikai, kas glabājas mākonī. Visas šīs modernās funkcijas padara ražošanas līnijas daudz elastīgākas. Tās var ātri pārslēgties starp dažādām produkta partijām, vienlaikus joprojām ievērojot stingras kvalitātes prasības, piemēram, ISO 2768 standartus katram ražotajam izstrādājumam.

Bieži uzdavami jautājumi

Kas ir CNC lāzerrezā?

CNC (datora skaitliskā vadības) lāzerrezā ir process, kurā, balstoties uz noteiktu dizainu, ar datora vadībām spēcīgām lāzera starām tiek precīzi griežami dažādi materiāli.

Kādi ir CNC lāzerrezā mašīnu veidi?

Galvenie veidi ir šķiedras, CO2 un kristāla lāzerrezā mašīnas, no kurām katra atšķiras ar viļņa garumu, efektivitāti un materiālu savietojamību.

Kādus materiālus var griezt ar CNC lāzermašīnām?

Materiāli var būt no metāliem, piemēram, tērauda un alumīnija, līdz nemetāliem, piemēram, akrilam, koksnei un keramikai, atkarībā no lāzera veida.

Kāpēc CNC lāzerrezā tiek izmantota rūpnieisko pielietojumos?

CNC lāzerrezā tiek izmantota, jo tā nodrošina precizitāti, spēj apstrādāt sarežģītas ģeometrijas, ir automatizējama, rada minimālu atkritumu un nav nepieciešama rīka nolietojuma uzraudzība.