Wycinarka laserowa: Przewodnik dla początkujących

Wycinarki laserowe CNC to zaawansowane narzędzia produkcyjne, które wykorzystują technologię laserową jako precyzyjny mechanizm tnący do obróbki detali. Maszyny te zrewolucjonizowały produkcję metali, oferując niezrównaną dokładność, szybkość i wszechstronność operacji cięcia.

Ewolucja technologii cięcia laserowego jest nierozerwalnie związana z postępem w nauce i inżynierii laserowej. Przez dziesięciolecia branża była świadkiem znaczącego postępu dzięki trzem różnym generacjom laserów:

1. Lasery YAG (Yttrium Aluminum Garnet): Lasery na ciele stałym pierwszej generacji, które były pionierami w przemyśle. cięcie laserowe.
2. Lasery CO2 (dwutlenek węgla): Lasery gazowe drugiej generacji, które zdominowały rynek na wiele lat ze względu na ich zwiększoną wydajność i możliwości cięcia.
3. Lasery światłowodowe: Najnowocześniejsza obecnie technologia, oferująca doskonałą jakość wiązki, wydajność energetyczną i korzyści w zakresie konserwacji.

Niniejszy artykuł koncentruje się na dwóch dominujących typach wycinarek laserowych CNC stosowanych w nowoczesnej produkcji:

1. Wycinarki laserowe CO2 ze sterowaniem numerycznym: Systemy te wykorzystują mieszankę gazów (głównie CO2) do generowania wiązki laserowej. Doskonale sprawdzają się w cięciu materiałów niemetalicznych i grubszych blach.
2. Maszyny do cięcia laserem światłowodowym: Wykorzystując technologię lasera światłowodowego na ciele stałym, te najnowocześniejsze systemy oferują wyjątkową wydajność w cięciu cienkich i średniej grubości materiałów. metale z niezwykłą szybkością i precyzją.

Cięcie laserowe

Cięcie laserowe to najnowocześniejsza technologia cięcia termicznego szeroko stosowana w nowoczesnej obróbce materiałów. Wykorzystuje ona wiązkę lasera o wysokiej gęstości energii jako precyzyjne "narzędzie tnące" do cięcia materiałów z niezrównaną dokładnością.

Gdy wiązka lasera o wysokiej gęstości mocy naświetla obrabiany przedmiot, szybko podgrzewa docelowy materiał do punktu zapłonu lub powoduje jego stopienie i ablację. Jednocześnie strumień gazu o dużej prędkości, współosiowy z wiązką lasera, usuwa stopiony materiał ze strefy cięcia, kończąc proces cięcia.

Wycinarki laserowe CNC oferują liczne zalety, w tym precyzyjną produkcję, obróbkę złożonych kształtów, elastyczne ścieżki cięcia, formowanie jednoprzebiegowe, dużą prędkość i wyjątkową wydajność. Możliwości te zrewolucjonizowały produkcję przemysłową, rozwiązując wiele wyzwań, którym nie mogły sprostać konwencjonalne metody cięcia.

Wszechstronność cięcia laserowego pozwala na obróbkę szerokiej gamy metali i materiałów niemetalicznych. Jego zastosowania obejmują różne branże:

1. Produkcja elektryczna: Produkcja blach do szaf sterowniczych
2. Maszyny transportowe: Produkcja pojazdów i urządzeń transportu bliskiego
3. Petrochemia: Cięcie rur ekranowych oleju
4. Motoryzacja: Kompleksowe cięcie paneli nadwozia, w tym aplikacje 2D i 3D
5. Maszyny budowlane: Przetwarzanie elementów konstrukcyjnych
6. Urządzenia medyczne: Precyzyjne cięcie spełniające rygorystyczne wymogi bezpieczeństwa i wykończenia powierzchni
7. Dekoracja: Niestandardowe cięcie elementów architektonicznych i oznakowania
8. Opakowania: Produkcja pudełek o różnych kształtach i rozmiarach

Typowy wycinarka laserowa składa się z kilku kluczowych elementów:

Sprzęt:

• Sztywne łoże i konstrukcja belkowa
• Precyzyjny stół roboczy
• Źródło lasera o dużej mocy
• Zaawansowana głowica tnąca
• Stabilizator napięcia
• Wydajny system chłodzenia
• Elektryczna szafa sterownicza
• System zasilania gazem (tlen, azot, powietrze)

Systemy zintegrowane:

• Elektryczny system sterowania
• Mechaniczny układ napędowy
• System dostarczania gazu
• Precyzyjny system optyczny
• Układ hydrauliczny (w stosownych przypadkach)
• System smarowania
• Układ chłodzenia

Ta integracja systemów mechanicznych, optycznych, elektrycznych, pneumatycznych i płynowych skutkuje wysoce zaawansowanym sprzętem automatyki.

Proces produkcji maszyn do cięcia laserowego obejmuje różne techniki obróbki metalu, w tym precyzyjne gięcie, zaawansowane procesy spawania, precyzyjną obróbkę skrawaniem i skrupulatny montaż.

Do mechanicznego przenoszenia mocy maszyny te wykorzystują głównie przekładnie zębate i systemy zębatkowe, często uzupełniane przez śruby pociągowe i pasy synchroniczne. Preferowanie przekładni zębatkowej wynika z jej natychmiastowej dokładności, dużej nośności i najwyższej wydajności, co ma kluczowe znaczenie dla utrzymania precyzji cięcia w dynamicznych warunkach.

Wycinarka laserowa CO2 CNC

W przypadku emisji CO₂ Wycinarka laserowa CNC opracowana i wyprodukowana przez naszą firmę została przedstawiona na rys. 1.

Obrabiarka składa się z układu mechanicznego, który ułatwia ruch wzdłuż osi X, Y i Z oraz stołu roboczego do pozycjonowania obrabianych elementów. Typowe konfiguracje obejmują stół roboczy z pojedynczym stołem zębatym oraz stół roboczy z wymiennymi zębatkami, zapewniający większą produktywność.

W maszynie zastosowano konstrukcję zawieszenia bramowego, a układ przeniesienia napędu jest napędzany przez śruby kulowe o wysokiej zawartości ołowiu w celu precyzyjnego sterowania ruchem. Belka wykonuje ruch w osi Y wzdłuż stałych szyn, podczas gdy zespół głowicy tnącej wykonuje ruch w osi X wzdłuż belki. Sama głowica tnąca może poruszać się w pionie (w osi Z) względem przedmiotu obrabianego, umożliwiając dokładną regulację ostrości i cięcie materiałów o różnej grubości.

Sercem wycinarki laserowej jest system CO₂ które generuje wiązkę o dużej mocy niezbędną do procesu cięcia. Zasada emisji CO₂ jest przedstawiony na Rys. 2.

Medium lasera składa się ze starannie zrównoważonej mieszaniny dwutlenku węgla, azotu i helu, zawartej we wnęce rezonansowej. Generowanie lasera jest inicjowane przez przyłożenie wysokiego napięcia o wartości około 40 000 woltów w celu wzbudzenia mieszaniny gazów. Wiązka laserowa jest wzmacniana, gdy krąży między tylnym zwierciadłem, refraktorem i częściowo przepuszczalnym przednim zwierciadłem, z którego ostatecznie emitowana jest spójna wiązka.

CO₂ Wycinarki laserowe CNC oferują szereg zalet, w tym możliwość cięcia stali nierdzewnej z wyjątkowo gładką jakością krawędzi oraz wszechstronność w obróbce materiałów niemetalicznych, takich jak akryl i szkło organiczne. Mają one jednak pewne ograniczenia, w tym stosunkowo niską wydajność konwersji fotoelektrycznej (zazwyczaj 8-12%), wysokie zużycie energii i znaczne koszty konserwacji. Optyka jest szczególnie podatna na zanieczyszczenie cząsteczkami pyłu w gazie wspomagającym, co prowadzi do potencjalnych śladów oparzeń na soczewkach i wymaga kosztownej wymiany.

Ponieważ technologia laserów światłowodowych stale się rozwija, oferując wyższą wydajność, niższe koszty operacyjne i mniejsze wymagania konserwacyjne, CO₂ Lasery są stopniowo wycofywane z wielu zastosowań przemysłowych. Pozostają one jednak istotne w przypadku określonych materiałów i procesów, w których ich unikalne właściwości zapewniają doskonałe wyniki.

Maszyna do cięcia laserem światłowodowym

Maszyna do cięcia laserem światłowodowym opracowana i wyprodukowana przez naszą firmę ma konstrukcję bramową, jak pokazano na rys. 2. Taka konstrukcja zapewnia stabilność i precyzję podczas operacji cięcia.

System ruchu maszyny wykorzystuje przekładnię i mechanizm zębatkowy do przenoszenia mocy, oferując solidne i dokładne pozycjonowanie. Belka poprzeczna przesuwa się wzdłuż osi X na łożu, podczas gdy gniazdo prowadnicy porusza się wzdłuż osi Y na belce poprzecznej. Ten dwuosiowy ruch umożliwia precyzyjne pozycjonowanie głowicy tnącej.

Zamontowana na płycie ślizgowej gniazda prowadnicy głowica tnąca wykonuje ruch w osi Z za pośrednictwem śruby pociągowej lub modułu liniowego. Ta trzyosiowa konfiguracja umożliwia maszynie wykonywanie złożonych wzorów cięcia z wysoką dokładnością.

Rys. 2 Schematyczny diagram emisji zasada lasera CO2

Rys. 3 Zarys maszyny do cięcia laserowego

Rys. 4 przedstawia zasadę działania lasera światłowodowego emitującego światło. System laserowy jest modułowy, a każdy moduł reprezentuje oddzielną jednostkę mocy. Całkowita moc wyjściowa jest osiągana poprzez połączenie tych modułów, co pozwala na skalowalność i łatwiejszą konserwację.

W każdym module źródła pompy generują światło, które jest kierowane przez sprzęgacz do światłowodowego medium laserowego. Taka konstrukcja umożliwia wydajny transfer energii i generowanie lasera. Wykorzystanie pierwiastków ziem rzadkich jako medium wzmacniającego przyczynia się do wydajności i wydajności systemu.

Rys. 4 Schematyczny diagram zasady emisji lasera światłowodowego

Kluczowe zalety naszej maszyny do cięcia laserem światłowodowym obejmują

1. Wysoka wydajność konwersji fotoelektrycznej 25%, skutkująca niższym zużyciem energii
2. Wykorzystanie pierwiastków ziem rzadkich jako środka wzmacniającego, zwiększającego wydajność lasera
3. Niższe koszty sprzętu w porównaniu do tradycyjnych systemów laserowych

Należy jednak pamiętać, że gdy cięcie stali nierdzewnejW porównaniu z maszynami do cięcia laserem CO2, cięta sekcja może wydawać się bardziej szorstka. Ponadto zespół głowicy tnącej wymaga rygorystycznego uszczelnienia w celu utrzymania optymalnej wydajności i trwałości.

Aby złagodzić te wyzwania, stale udoskonalamy nasze parametry cięcia i wdrażamy zaawansowane techniki kontroli wiązki w celu poprawy jakości cięcia różnych materiałów.

Wnioski

Technologia laserowa poczyniła znaczne postępy, ale branża wciąż stoi przed kilkoma wyzwaniami technicznymi. Oczekuje się, że przyszły rozwój skupi się na czterech kluczowych obszarach:

1. Szybkie i precyzyjne obrabiarki: Wraz ze wzrostem mocy lasera, umożliwiającym cięcie z prędkością do 80 m/min, utrzymanie wysokiej precyzji przy tych prędkościach staje się kluczowe. Producenci obrabiarek traktują priorytetowo rozwój ulepszonych projektów konstrukcyjnych i zaawansowanych systemów sterowania, aby przezwyciężyć ograniczenia narzucone przez obecne ograniczenia dokładności i sztywności.
2. Odporne na wysoką moc konstrukcje głowic tnących: Wraz z trendem w kierunku laserów o większej mocy, innowacyjne konstrukcje głowic tnących, które są w stanie wytrzymać zwiększone obciążenia termiczne i utrzymać optymalną jakość wiązki, są niezbędne do maksymalizacji wydajności cięcia i długowieczności.
3. Zaawansowana technologia przebijania: Ulepszenia w technikach przebijania są niezbędne do skrócenia czasu cyklu, zminimalizowania strat materiału i umożliwienia wydajnego przetwarzania grubszych materiałów, w szczególności stopów o wysokiej wytrzymałości i kompozytów.
4. Inteligentne systemy automatyzacji: Integracja inteligentnych systemów załadunku, rozładunku, sortowania i układania w stosy znacznie zwiększy ogólną produktywność i wydajność obsługi materiałów. Systemy te będą prawdopodobnie zawierać algorytmy uczenia maszynowego do adaptacyjnej optymalizacji procesów i konserwacji predykcyjnej.

Synergia między tymi postępami będzie napędzać następną generację systemów cięcia laserowego, oferując większą szybkość, precyzję i wszechstronność w szerszym zakresie materiałów i zastosowań. W miarę rozwoju branży współpraca między producentami obrabiarek, twórcami źródeł laserowych i użytkownikami końcowymi będzie miała kluczowe znaczenie dla sprostania tym wyzwaniom i przesunięcia granic technologii cięcia laserowego.