Станки для лазерной резки листового металла

В наше время, когда промышленность стремится к повышению точности и эффективности производственных процессов, лазерные станки для резки металла становятся неотъемлемым инструментом в металлообрабатывающей отрасли. Этот вид оборудования позволяет с высокой точностью обрабатывать листовой металл, что делает его востребованным в самых разных сферах производства. Рассмотрим основные виды и типы лазерных станков для резки металла, их узлы и функции, а также сравним их с плазменной резкой.

Виды лазерных станков для резки металла

Лазерные станки для резки металла можно классифицировать по типу используемого лазера:

• CO2-лазеры. Используются для резки, гравировки и маркировки различных материалов, включая металл, дерево, стекло, пластик и керамику. Они обеспечивают высокую точность и качество реза, но имеют сравнительно высокую стоимость эксплуатации.
• Лазеры на твердотельных веществах (волоконные и YAG). Эти лазеры более эффективны и экономичны по сравнению с CO2-лазерами, особенно при работе с металлами. Они способны резать более толстые металлические листы и имеют более длительный срок службы источника лазера.

Узлы лазерного станка для резки металла и их функции

Источник волоконного лазера

Сердце станка, генерирующее лазерный луч для резки материалов.

Источник лазера в лазерных станках для резки листового металла является ключевым компонентом, отвечающим за генерацию лазерного излучения, которое затем используется для резки материала. Тип и характеристики источника лазера определяют возможности станка, включая типы обрабатываемых материалов, толщину реза и скорость работы. Рассмотрим компоненты, функционал и принцип работы источника лазера на примере волоконного и CO2 лазеров, наиболее часто используемых в современных лазерных станках для резки металла.

Компоненты и функционал

• Диоды для накачки – Используются для генерации первичного светового потока, который затем усиливается для создания лазерного излучения. Диоды выбраны из-за их высокой эффективности и долговечности.
• Волоконный усилитель – Специально допированное волокно, через которое пропускается свет от диодов. Волокно содержит редкоземельные элементы (чаще всего, иттербий), которые усиливают световой поток.
• Модулятор – Управляет интенсивностью лазерного луча, позволяя изменять параметры резки в зависимости от задачи.
• Оптические элементы – Направляют и фокусируют лазерный луч на обрабатываемый материал.

Принцип работы

Принцип работы волоконного лазера заключается в том, что свет от диодов для накачки проходит через волокно, допированное редкоземельными элементами. Эти элементы поглощают свет и возбуждаются, затем излучают энергию в форме света, который усиливается при прохождении через волокно. Полученный таким образом лазерный луч характеризуется высокой мощностью и направленностью, что делает его идеальным для резки металлов.

Система управления

Электронный блок, который координирует работу всех компонентов станка и управляет процессом резки согласно заданной программе.

Система управления лазерного станка для резки листового металла — это сложная электронная система, отвечающая за координацию работы всех компонентов станка, обеспечение точности и повторяемости резки, а также за управление процессами загрузки программ резки и мониторинга работы станка. Она играет ключевую роль в обеспечении высокого качества обработки металла, оптимизации рабочих процессов и безопасности операций. Рассмотрим более подробно компоненты системы управления и её функционал.

Компоненты системы управления

1. Программируемый логический контроллер (ПЛК). Является мозгом системы управления, отвечает за выполнение программы резки, контроль за состоянием всех узлов станка и обработку сигналов от датчиков.
2. Человеко-машинный интерфейс (HMI). Экран и панель управления, которые позволяют оператору взаимодействовать со станком: загружать программы резки, настраивать параметры работы станка, отслеживать текущее состояние обработки.
3. Сервоприводы и двигатели. Отвечают за перемещение рабочего стола и режущей головки. Управляются ПЛК для обеспечения высокой точности и скорости перемещения.
4. Датчики и измерительные устройства. Включают в себя датчики положения, скорости, температуры и другие, обеспечивающие сбор информации о состоянии станка и обрабатываемом материале в реальном времени.
5. Система позиционирования. Основана на линейных направляющих и шаговых двигателях или сервомоторах, обеспечивает точное перемещение режущей головки по заданным координатам.
6. Программное обеспечение. Включает в себя операционную систему станка и специализированное ПО для создания и редактирования программ резки, а также для управления работой станка.

Функционал и принцип работы

Система управления координирует работу лазерного станка по следующему алгоритму:

1. Загрузка и анализ программы резки. Оператор загружает в систему файл программы резки, которая содержит информацию о форме, размерах изделия, параметрах резки (скорость, мощность лазера и т.д.).
2. Планирование маршрута резки. На основе программы система планирует оптимальный маршрут движения режущей головки для минимизации времени обработки и износа инструмента.
3. Выполнение резки. Система управления координирует работу лазерного излучателя, систем подачи газа, охлаждения и движения рабочей головки и стола, обеспечивая выполнение резки согласно заданным параметрам.
4. Мониторинг и коррекция. В процессе работы система мониторит сигналы от датчиков и корректирует параметры резки (например, мощность лазера или скорость движения) для обеспечения наивысшего качества обработки.
5. Безопасность. Система управления обеспечивает безопасность работы станка, контролируя исправность узлов и систем и предотвращая работу станка в аварийных режимах.

Таким образом, система управления лазерного станка для резки металла является комплексной и многофункциональной, обеспечивая высокую точность, скорость и качество резки при максимальной безопасности рабочих процессов.

Рабочий стол

Платформа, на которой закрепляется обрабатываемый материал. Может быть оснащен системой для автоматической подачи листового металла.

Узел рабочего стола в лазерных станках для резки листового металла играет ключевую роль в процессе обработки материалов, обеспечивая точное и безопасное расположение листа металла в процессе резки. Этот элемент конструкции не только поддерживает обрабатываемый материал, но и обладает рядом функций для повышения эффективности и качества резки. Рассмотрим более подробно компоненты рабочего стола и принцип его работы.

Компоненты рабочего стола

1. Основание стола. Прочная и стабильная конструкция, которая обеспечивает надежную поддержку для металлических листов во время их обработки. Основание обычно изготавливается из металла и спроектировано таким образом, чтобы выдерживать высокие нагрузки.
2. Поддерживающая сетка или решетка. Расположена непосредственно над основанием стола, предназначена для равномерной поддержки листового металла. Сетка или решетка позволяют лазерному лучу и продуктам резки (расплавленный металл и дым) беспрепятственно проходить сквозь обрабатываемый материал.
3. Система крепления листа. Включает в себя магнитные или пневматические зажимы, которые обеспечивают надежное фиксирование металлического листа на столе во время резки, предотвращая его смещение.
4. Система подачи листов (для автоматизированных станков). Механизм, который автоматически подает листы металла на рабочий стол и удаляет обработанные детали. Это может быть конвейерная система или роботизированные захваты.
5. Система сбора отходов и защита от искр. Под рабочей зоной расположены специальные контейнеры для сбора отходов резки. Также конструкция стола предусматривает защиту от распространения искр и дыма в рабочей зоне.

Принцип работы

Рабочий стол лазерного станка для резки листового металла работает следующим образом:

1. Подготовка к резке. Листовой металл укладывается на поддерживающую сетку или решетку. Система крепления обеспечивает его надежное фиксирование, предотвращая смещение во время резки.
2. Резка. Режущая головка перемещается над листом согласно заданной программе управления, в то время как лазерный луч точно и быстро режет металл. Поддерживающая сетка минимизирует контакт с листом, позволяя отходам резки свободно падать в контейнеры для отходов.
3. Удаление обработанных деталей и отходов. После завершения резки обработанные детали и остатки материала удаляются с рабочего стола вручную или с помощью автоматизированной системы подачи, в зависимости от конфигурации станка.

Рабочий стол является важным элементом лазерного станка для резки листового металла, определяющим его производительность, точность резки и безопасность работы. Благодаря продуманной конструкции и взаимодействию с другими узлами станка, рабочий стол способствует повышению качества обработанных изделий и оптимизации процесса производства.

Система подачи газа

Используется для выдувания расплавленного металла из зоны резки и защиты оптики и лазерного луча от загрязнения.

Система подачи газа в лазерных станках для резки листового металла выполняет критически важные функции, включая защиту оптики лазера от загрязнения, выдувание расплавленного металла из зоны реза и обеспечение окислительной или инертной среды для улучшения качества резки. Эта система включает в себя несколько ключевых компонентов, каждый из которых выполняет свою специфическую функцию.

Компоненты системы подачи газа

1. Источники газа. Цилиндры или газовые баллоны под высоким давлением, содержащие газ, используемый в процессе резки (кислород, азот, аргон и воздух). В некоторых случаях может использоваться внешняя газовая система с постоянным подводом газа.
2. Регуляторы давления. Устройства, установленные на источниках газа для контроля и регулировки давления газа, подаваемого в систему.
3. Распределительные клапаны. Клапаны, которые управляют направлением потока газа и его распределением между различными частями станка.
4. Шланги и трубопроводы. Переносят газ от источников к точке использования.
5. Форсунки. Насадки, установленные в режущей головке станка, через которые газ направляется непосредственно в зону реза.
6. Система управления. Электронная или пневматическая система, интегрированная с общей системой управления станком, для контроля подачи газа, включая его давление и расход в реальном времени.

Функционал и принцип работы

Система подачи газа работает следующим образом:

1. Выбор газа. В зависимости от материала, толщины листа и требуемого качества резки, оператор выбирает тип газа для использования. Кислород часто используется для резки углеродистой стали, поскольку он способствует интенсивному горению и ускоряет процесс резки. Азот и аргон применяются для резки нержавеющей стали и цветных металлов, предотвращая окисление и обеспечивая чистые края реза.
2. Регулировка давления и расхода газа. Давление и расход газа регулируются согласно требованиям к резке. Эти параметры критически важны для качества резки и эффективности процесса.
3. Подача газа к форсункам. Газ подается через систему трубопроводов к форсункам режущей головки. Распределительные клапаны и система управления координируют моменты начала и окончания подачи газа, а также переключение между разными типами газов при необходимости.
4. Выдувание расплавленного металла и защита. В процессе резки газ выдувается из форсунок, обдувая зону реза. Это помогает удалить расплавленный металл из керфа (паза резки) и предотвращает загрязнение оптики лазера продуктами резки.

Система подачи газа играет важную роль в обеспечении высокой производительности лазерных станков для резки металла, оптимизируя процесс резки и повышая качество готовых изделий. Она позволяет адаптироваться к различным требованиям обработки металлов, обеспечивая эффективное управление рабочим процессом и достижение высоких результатов.

Оптическая система

Направляет и фокусирует лазерный луч на материале для обеспечения высокоточной резки.

Узел оптической системы в лазерной голове лазерных станков для резки листового металла выполняет критически важные функции по фокусировке и направлению лазерного луча на обрабатываемый материал. Оптическая система обеспечивает высокую точность и качество резки, позволяя лазерному лучу сосредоточить свою энергию на микроскопически малой площади. Это достигается за счет использования серии оптических компонентов, каждый из которых выполняет свою специфическую роль.

Компоненты оптической системы

1. Зеркала. Отражают и направляют лазерный луч от его источника к фокусирующей оптике. В CO2 лазерных станках зеркала играют ключевую роль в доставке луча к обрабатываемому материалу, в то время как в волоконных лазерах эту функцию чаще всего выполняет волоконно-оптический кабель.
2. Коллиматор. Устройство, используемое для преобразования расходящегося лазерного луча, исходящего из источника лазера или волоконно-оптического кабеля, в параллельный пучок света. Это обеспечивает равномерность интенсивности луча по всей его длине.
3. Фокусирующая линза. Собирает лазерный луч и фокусирует его в точку с очень высокой энергетической плотностью на поверхности обрабатываемого материала. Фокусирующие линзы могут быть изготовлены из различных материалов, включая кварц и цинк-селенид, в зависимости от типа лазера.
4. Система защиты оптики. Включает в себя защитные стекла или газовые потоки, предназначенные для защиты оптических компонентов от загрязнения и повреждения продуктами резки (искрами, расплавленным металлом и т. д.).
5. Сенсоры высоты. Отслеживают и регулируют расстояние между фокусирующей линзой и обрабатываемой поверхностью, обеспечивая оптимальное фокусирование луча независимо от неровностей материала.

Принцип работы

Принцип работы оптической системы лазерной головки включает несколько ключевых шагов:

1. Отражение и направление луча. Лазерный луч из источника лазера отражается зеркалами и направляется к рабочей зоне.
2. Коллимация. Луч проходит через коллиматор, который преобразует его в параллельный пучок, обеспечивая его однородность.
3. Фокусировка. Параллельный луч проходит через фокусирующую линзу, которая собирает его в точку с высокой энергетической плотностью на материале, достаточной для его резки или гравировки.
4. Защита и регулировка. Система защиты оптики оберегает линзы и зеркала от загрязнений, а сенсоры высоты поддерживают оптимальное расстояние между линзой и материалом для эффективной резки.

Таким образом, оптическая система лазерной головки является важнейшим элементом лазерного станка для резки листового металла, обеспечивая его высокую производительность, точность и качество обработки материалов.

Система охлаждения

Поддерживает оптимальную температуру компонентов станка, особенно источника лазера, для обеспечения его надежной и долговечной работы.

Система охлаждения в лазерных станках для резки листового металла выполняет критически важную функцию по поддержанию оптимальной рабочей температуры всех ключевых компонентов станка, включая источник лазера, оптическую систему и сервоприводы. Поддержание эффективного охлаждения необходимо для обеспечения стабильной работы лазера, предотвращения перегрева, минимизации теплового деформирования и увеличения срока службы оборудования.

Компоненты системы охлаждения

• Охладитель (чиллер). Основной компонент системы охлаждения, который может работать на водной или воздушной основе. Чиллер охлаждает и циркулирует охлаждающую жидкость через систему.
• Циркуляционный насос. Обеспечивает постоянную циркуляцию охлаждающей жидкости между чиллером и компонентами станка, которые нуждаются в охлаждении.
• Теплообменник. Устройство, через которое проходит охлаждающая жидкость, отводя тепло от лазерного источника и других критически важных компонентов.
• Радиаторы. Используются в системах с воздушным охлаждением для отвода тепла от охлаждающей жидкости к воздуху.
• Вентиляторы. Ускоряют отвод тепла от радиаторов и обеспечивают циркуляцию воздуха в системе охлаждения.
• Фильтры. Защищают систему охлаждения от загрязнений, поддерживая чистоту охлаждающей жидкости и эффективность теплообмена.
• Система контроля температуры. Включает датчики температуры и управляющий блок для мониторинга и регулирования температуры охлаждающей жидкости и компонентов станка.

Принцип работы

Принцип работы системы охлаждения заключается в следующем:

1. Охлаждение жидкости. Чиллер охлаждает жидкость до заданной температуры, используя компрессоры (в случае водяного охлаждения) или вентиляторы (в случае воздушного охлаждения).
2. Циркуляция жидкости. Циркуляционный насос перекачивает охлаждающую жидкость от чиллера к теплообменникам, расположенным рядом с компонентами, требующими охлаждения.
3. Отвод тепла. Теплообменники отводят тепло от лазерного источника, оптической системы и других элементов станка, передавая его охлаждающей жидкости.
4. Возвращение жидкости в чиллер. После прохождения через систему охлаждающая жидкость возвращается в чиллер для повторного охлаждения.
5. Регулирование температуры. Система контроля температуры мониторит температуру компонентов и охлаждающей жидкости, автоматически регулируя работу чиллера и циркуляционного насоса для поддержания оптимальных условий работы.

Система охлаждения играет важную роль в обеспечении надежности и долговечности лазерных станков для резки листового металла, а также в поддержании высокого качества обработки за счет предотвращения перегрева критически важных компонентов и минимизации тепловых деформаций.

Сравнение лазерной и плазменной резки

Лазерная резка превосходит плазменную в нескольких ключевых аспектах:

• Точность и качество реза. Лазеры обеспечивают более чистый и точный рез с меньшим радиусом керфа (ширина реза) и минимальной зоной теплового воздействия.
• Версатильность. В отличие от плазменной резки, лазерные станки могут работать с большим разнообразием материалов, включая неметаллические.
• Скорость резки. Для тонких и средней толщины металлов лазерная резка обычно быстрее плазменной.

Тем не менее, плазменная резка может быть более экономичным выбором для резки толстого металла, где высокая точность не является критически важной.

Материалы для лазерной резки

Лазерные станки способны работать с широким спектром металлических материалов, включая:

• Углеродистая и нержавеющая сталь
• Алюминий
• Медь
• Латунь
• Титан

Сферы применения

Лазерные станки для резки металла находят применение в различных отраслях, таких как:

1. Автомобилестроение. Изготовление кузовных деталей, компонентов двигателя и трансмиссии.
2. Строительство. Производство металлоконструкций, вентиляционных систем и элементов фасадов.
3. Машиностроение. Изготовление различных машин и оборудования.
4. Авиационная и космическая промышленность. Производство деталей и агрегатов для авиационной и космической техники.

Лазерные станки для резки металла купить сегодня – значит инвестировать в высокотехнологичное и эффективное оборудование, способное значительно повысить производительность и качество выпускаемой продукции на вашем предприятии.

Выбор лазерного станка

При выборе лазерного станка для резки листового металла следует учитывать следующие факторы:

• Мощность лазера: Определяет толщину и тип материалов, которые могут быть обработаны.
• Размер рабочей области: Должен соответствовать максимальному размеру обрабатываемых листов.
• Точность и повторяемость: Важны для обеспечения качества и однородности производимой продукции.
• Программное обеспечение: ПО должно быть интуитивно понятным и предлагать широкие возможности для проектирования и управления процессом резки.
• Сервис и поддержка: Надежная техническая поддержка и доступность запасных частей критически важны для минимизации простоев.
• Тип и толщина материала: Определите, какие материалы и какой толщины вам нужно будет чаще всего резать, чтобы выбрать наиболее подходящий тип лазера.
• Требуемая производительность: Оцените объем работ и скорость производства, чтобы выбрать станок с соответствующими характеристиками.
• Доступное пространство: Учитывайте размеры станка и необходимое пространство для его размещения на производстве.
• Бюджет: Стоимость лазерных станков может значительно варьироваться, поэтому важно выбрать оптимальное соотношение цены и качества, соответствующее вашим потребностям и возможностям.