Macchina da taglio laser: Guida per principianti

Le macchine da taglio laser CNC sono strumenti di produzione avanzati che utilizzano la tecnologia laser come meccanismo di taglio preciso per la lavorazione dei pezzi. Queste macchine hanno rivoluzionato la fabbricazione dei metalli, offrendo una precisione, una velocità e una versatilità senza pari nelle operazioni di taglio.

L'evoluzione della tecnologia di taglio laser è intrinsecamente legata ai progressi della scienza e dell'ingegneria laser. Nel corso dei decenni, l'industria ha assistito a progressi significativi attraverso tre distinte generazioni di laser:

1. Laser YAG (Yttrium Aluminum Garnet): I laser a stato solido di prima generazione che hanno aperto la strada all'industria. taglio laser.
2. Laser CO2 (anidride carbonica): Laser a gas di seconda generazione che hanno dominato il mercato per molti anni grazie alla loro maggiore efficienza e capacità di taglio.
3. Laser a fibra: L'attuale tecnologia all'avanguardia, che offre una qualità del fascio superiore, efficienza energetica e vantaggi in termini di manutenzione.

Questo articolo si concentra sui due tipi principali di macchine per il taglio laser CNC utilizzate nella produzione moderna:

1. Macchine da taglio laser a controllo numerico CO2: Questi sistemi utilizzano una miscela di gas (principalmente CO2) per generare il raggio laser. Eccellono nel taglio di materiali non metallici e di lamiere più spesse.
2. Macchine per il taglio laser in fibra: Utilizzando la tecnologia del laser a fibra a stato solido, questi sistemi all'avanguardia offrono prestazioni eccezionali per il taglio di spessori da sottili a medi. metalli con notevole velocità e precisione.

Taglio laser

Il taglio laser è una tecnologia di taglio termico all'avanguardia ampiamente adottata nella moderna lavorazione dei materiali. Utilizza un raggio laser ad alta densità di energia come preciso "utensile da taglio" per tagliare i materiali con una precisione senza precedenti.

Quando il fascio laser ad alta densità irradia il pezzo in lavorazione, riscalda rapidamente il materiale mirato fino al punto di accensione o lo fa fondere e ablare. Contemporaneamente, un flusso di gas ad alta velocità, coassiale con il raggio laser, espelle il materiale fuso dalla zona di taglio, completando il processo di taglio.

Le macchine di taglio laser CNC offrono numerosi vantaggi, tra cui la produzione di precisione, la lavorazione di forme complesse, la flessibilità dei percorsi di taglio, la formatura a passaggio singolo, il funzionamento ad alta velocità e l'eccezionale efficienza. Queste capacità hanno rivoluzionato la produzione industriale, risolvendo molte sfide che i metodi di taglio tradizionali non potevano affrontare.

La versatilità del taglio laser consente di lavorare un'ampia gamma di metalli e materiali non metallici. Le sue applicazioni spaziano in vari settori:

1. Produzione elettrica: Fabbricazione di lamiere per armadi elettrici
2. Macchine da trasporto: Produzione di veicoli e attrezzature per la movimentazione dei materiali
3. Petrolchimico: Taglio di tubi di schermatura dell'olio
4. Automotive: Taglio di pannelli di carrozzeria complessi, comprese le applicazioni 2D e 3D
5. Macchine da costruzione: Lavorazione di componenti strutturali
6. Dispositivi medici: Taglio di precisione che soddisfa i più severi requisiti di sicurezza e finitura superficiale
7. Decorazione: Taglio personalizzato per elementi architettonici e segnaletica
8. Imballaggio: Produzione di scatole di diverse forme e dimensioni

Un tipico macchina per il taglio laser comprende diversi componenti chiave:

Hardware:

• Struttura rigida del letto e della trave
• Tavolo da lavoro di precisione
• Sorgente laser ad alta potenza
• Testa di taglio avanzata
• Stabilizzatore di tensione
• Sistema di raffreddamento efficiente
• Quadro elettrico di comando
• Sistema di alimentazione di gas (ossigeno, azoto, aria)

Sistemi integrati:

• Sistema di controllo elettrico
• Sistema di azionamento meccanico
• Sistema di erogazione del gas
• Sistema ottico di precisione
• Sistema idraulico (se applicabile)
• Sistema di lubrificazione
• Sistema di raffreddamento

Questa integrazione di sistemi meccanici, ottici, elettrici, pneumatici e fluidici si traduce in un'apparecchiatura di automazione altamente sofisticata.

Il processo di produzione delle macchine per il taglio laser prevede diverse tecniche di lavorazione dei metalli, tra cui la piegatura di precisione, i processi di saldatura avanzati, la lavorazione ad alta precisione e l'assemblaggio meticoloso.

Per la trasmissione meccanica della potenza, queste macchine impiegano principalmente sistemi a ingranaggi e a cremagliera, spesso integrati da viti di comando e cinghie sincrone. La preferenza per la trasmissione a cremagliera deriva dalla sua precisione istantanea, dall'elevata capacità di carico e dall'efficienza superiore, fondamentale per mantenere la precisione di taglio in condizioni dinamiche.

Macchina per il taglio laser CO2 CNC

Le emissioni di CO₂ La macchina per il taglio laser a controllo numerico sviluppata e prodotta dalla nostra azienda è illustrata nella Fig. 1.

La macchina utensile comprende un sistema meccanico che facilita il movimento lungo gli assi X, Y e Z e un banco di lavoro per il posizionamento dei pezzi da lavorare. Le configurazioni più comuni includono un banco di lavoro a piastra dentata a tavola singola e un banco di lavoro di scambio a pignone per una maggiore produttività.

La macchina impiega una struttura di sospensione a portale, con il sistema di trasmissione azionato da viti a ricircolo di sfere ad alta resistenza per un controllo preciso del movimento. La trave esegue il movimento dell'asse Y lungo binari fissi, mentre il gruppo della testa di taglio esegue il movimento dell'asse X lungo la trave. La testa di taglio è in grado di muoversi verticalmente (asse Z) rispetto al pezzo, consentendo una regolazione accurata della messa a fuoco e il taglio di vari spessori di materiale.

Il cuore della macchina per il taglio laser è la macchina per il taglio di CO₂ che genera il fascio ad alta potenza essenziale per il processo di taglio. Il principio di emissione della sorgente laser a CO₂ laser è rappresentata nella Fig. 2.

Il mezzo laser consiste in una miscela accuratamente bilanciata di anidride carbonica, azoto ed elio, contenuta in una cavità risonante. La generazione del laser viene avviata applicando un'alta tensione di circa 40.000 volt per eccitare la miscela di gas. Il fascio laser viene amplificato mentre circola tra lo specchio posteriore, il rifrattore e lo specchio anteriore parzialmente trasmissivo, dal quale viene infine emesso il fascio coerente.

CO₂ Le macchine di taglio laser CNC offrono diversi vantaggi, tra cui la capacità di tagliare l'acciaio inossidabile con una qualità dei bordi eccezionalmente liscia e la versatilità di lavorare materiali non metallici come l'acrilico e il vetro organico. Tuttavia, presentano dei limiti, tra cui un'efficienza di conversione fotoelettrica relativamente bassa (in genere 8-12%), un elevato consumo energetico e costi di manutenzione notevoli. Le ottiche sono particolarmente suscettibili alla contaminazione da parte delle particelle di polvere presenti nel gas di assistenza, con conseguente rischio di bruciature sulle lenti e necessità di costose sostituzioni.

Con il continuo progresso della tecnologia laser a fibra, che offre maggiore efficienza, minori costi operativi e ridotti requisiti di manutenzione, la CO₂ I laser vengono gradualmente abbandonati in molte applicazioni industriali. Tuttavia, rimangono importanti per materiali e processi specifici in cui le loro caratteristiche uniche forniscono risultati superiori.

Macchina per il taglio laser in fibra

La macchina per il taglio laser in fibra sviluppata e prodotta dalla nostra azienda è dotata di una struttura a portale, come illustrato nella Fig. 2. Questa struttura garantisce stabilità e precisione durante le operazioni di taglio. Questo design garantisce stabilità e precisione durante le operazioni di taglio.

Il sistema di movimento della macchina utilizza un meccanismo a ingranaggi e cremagliera per la trasmissione della potenza, offrendo un posizionamento robusto e preciso. La traversa si sposta lungo l'asse X del pianale, mentre la sede della slitta si muove lungo l'asse Y della traversa. Questo movimento a doppio asse consente un preciso posizionamento planare della testa di taglio.

Montata sulla piastra di scorrimento della sede di scorrimento, la testa di taglio esegue il movimento dell'asse Z tramite una vite di guida o un modulo lineare. Questa configurazione a tre assi consente alla macchina di eseguire schemi di taglio complessi con elevata precisione.

Fig. 2 Schema di emissione principio del laser CO2

Fig. 3 Schema della macchina per il taglio laser

La Fig. 4 illustra il principio di emissione della luce del laser a fibra. Il sistema laser è modulare e ogni modulo rappresenta un'unità di potenza discreta. La potenza totale in uscita si ottiene combinando questi moduli, consentendo una scalabilità e una manutenzione più semplice.

All'interno di ciascun modulo, le sorgenti di pompaggio generano luce che viene incanalata attraverso un accoppiatore nel mezzo laser in fibra. Questo design consente un trasferimento efficiente dell'energia e la generazione del laser. L'uso di elementi di terre rare come mezzo di guadagno contribuisce all'efficienza e alle prestazioni del sistema.

Fig. 4 Schema del principio di emissione del laser a fibra ottica

I principali vantaggi della nostra macchina per il taglio laser in fibra includono:

1. Elevata efficienza di conversione fotoelettrica del 25%, con conseguente riduzione del consumo di energia.
2. Utilizzo di elementi di terre rare come mezzo di guadagno, per migliorare le prestazioni del laser
3. Costi di attrezzatura inferiori rispetto ai sistemi laser tradizionali

Tuttavia, è importante notare che quando taglio dell'acciaio inossidabileLa sezione di taglio può apparire più ruvida rispetto alle macchine di taglio laser CO2. Inoltre, il gruppo della testa di taglio richiede una sigillatura rigorosa per mantenere prestazioni e durata ottimali.

Per mitigare queste sfide, perfezioniamo continuamente i nostri parametri di taglio e implementiamo tecniche avanzate di controllo del fascio per migliorare la qualità del taglio in vari materiali.

Conclusione

La tecnologia laser ha registrato progressi significativi, ma il settore deve ancora affrontare diverse sfide tecniche. Gli sviluppi futuri dovrebbero concentrarsi su quattro aree chiave:

1. Macchine utensili ad alta velocità e precisione: Con l'aumento della potenza del laser, che consente velocità di taglio fino a 80 m/min, il mantenimento di un'elevata precisione a queste velocità diventa fondamentale. I produttori di macchine utensili stanno dando priorità allo sviluppo di progetti strutturali avanzati e di sistemi di controllo avanzati per superare le limitazioni imposte dagli attuali vincoli di precisione e rigidità.
2. Strutture delle teste di taglio resistenti alle alte potenze: Con la tendenza verso laser di maggiore potenza, per massimizzare le prestazioni di taglio e la longevità sono essenziali design innovativi delle teste di taglio in grado di sopportare carichi termici maggiori e di mantenere una qualità ottimale del fascio.
3. Tecnologia di perforazione avanzata: I miglioramenti nelle tecniche di perforazione sono necessari per ridurre i tempi di ciclo, minimizzare lo spreco di materiale e consentire una lavorazione efficiente dei materiali più spessi, in particolare delle leghe ad alta resistenza e dei compositi.
4. Sistemi di automazione intelligenti: L'integrazione di sistemi intelligenti di carico, scarico, smistamento e impilamento migliorerà significativamente la produttività complessiva e l'efficienza della movimentazione dei materiali. Questi sistemi probabilmente incorporeranno algoritmi di apprendimento automatico per l'ottimizzazione adattiva dei processi e la manutenzione predittiva.

La sinergia tra questi progressi porterà alla prossima generazione di sistemi di taglio laser, che offriranno maggiore velocità, precisione e versatilità in una gamma più ampia di materiali e applicazioni. Con la continua evoluzione del settore, la collaborazione tra i produttori di macchine utensili, gli sviluppatori di sorgenti laser e gli utenti finali sarà fondamentale per affrontare queste sfide e spingere i confini della tecnologia di taglio laser.