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激光切割的发展

发布时间:2019/12/21 11:48

激光切割的发展

发布于:2019年12月21日

发布人:江苏科茂自动化有限公司

关于:激光切割

激光切割

四十年前,没有人想到过用光聚焦切割钢板。随着时间的流逝,这不仅成为可能,而且在制造操作中也很普遍。然而,仅靠将这种科幻小说变成事实还不够,工业激光器继续以惊人的速度发展。

作业车间现在通常会购买激光切割机。随着越来越多的此类激光器进入车间,由于这些制造领域所面临的挑战,对制造它们的公司提出了越来越多的要求。

适合所有人的激光

尽管车间在不同的市场竞争并面临不同的挑战,但制造商都在使用更多的激光器。

车间。无论是由于经济不景气还是自然发展,制造车间都面临着问题。在争激烈的市场中实现底线增长,并面临小时费率下降的局面。

如今,在车间车间内,挑战在很多方面都是生存问题。挑战是每小时的工时明显减少。可工作量减少了,尤其是在因此,与此同时,制造商面临着市场萎缩,销售和相关利润萎缩的局面。

当今车间的最大挑战是竞争的加剧。过去五年来,美国车间已购买了数千台激光切割机。结果,车间价格竞争加剧导致收入下降。

为了在当前的经济环境中取得成功,制造商必须通过提供功能更强大的制造机和工艺,通过更快的工程设计,设置和制造时间来更好地完成订单周转,从而使其与竞争对手区分开来;以及更具成本效益的制造。

对于拥有自己的产品或作为OEM分包商的非工作车间而言,挑战有些不同。为了开辟新的市场,他们必须纯粹降低成本并增加工厂提供的各种设计的种类。他们面临的挑战是如何降低零件的总成本。

原始设备制造商面临的挑战是使用更少的资源来提高效率,从而降低整体制造成本。

做别人不能做的事情

制造商从竞争中脱颖而出的需求推动了技术的进步。

为了应对价格竞争,车间需要找到一个可以竞争的利基市场。我们公司制造三种激光器,每种激光器都具有独特的功能。正确应用激光器以确保您拥有可以提供给您的激光器非常重要。市场上最好的优势。

激光制造商正在解决的三个似乎满足特殊需求的领域是非平整,板切割和替代材料加工。

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管件,结构件和非扁平件。几家公司提供了激光系统,用于切割轮廓零件,管状结构,甚至是I型光束等结构材料(请参见图1)。

该公司取消了获得专利的两轴开孔切削头,因为其体积庞大,无法在许多高轮廓的3-D切削应用中使用。

我们提供的设备可以使制造商通过将激光功能扩展到利润更高的多轴管道和结构应用中来使自己与众不同。对于结构,我们拥有可以对各种形状,斜角,复合角度进行编程的软件。这种能力不仅使制造商可以在一次操作中完成一些需要做几次的工作,而且还使他们能够为这些产品增加价值。

我们提供可处理圆形或异形管的旋转轴。大型的Z轴与切割头中的电容式高度感应系统相结合,使得无需特殊固定装置即可轻松加工预成型零件。

厚板。激光制造商帮助企业发展利基市场的另一种方式是提供更高功率的印版加工激光器(见图2)。许多公司正在生产专为切割应用设计的5千瓦甚至6千瓦激光器。

激光制造商继续设计和制造系统,以应对制造商的挑战和利基市场的需求,例如,我们已经认识到需要大板制造,并且已经通过制造具有更大工作台尺寸的激光器来满足这一市场的要求。 —长达12米长-以及更高的电源-高达6 kW。

五年前,2 kW激光器是标准,今天是4kW。通过向市场推出6 kW激光器迈出了一步。

直到最近,只有6kW的激光器才被考虑用于焊接,熔覆和热处理应用,因为光束模式对于激光切割来说是不可接受的。随着激光技术的改进,制造商现在可以成功切割多达1 1/4英寸的材料,并以更快的速度加工整个材料范围。

拥有两个新的激光系统,可以快速处理较厚的材料,但提高生产率的关键不仅仅是强大的激光。当您要提高生产效率时,新技术与新机器技术一样重要。我们正在开拓的新技术包括空气辅助切割和激光等离子切割,这两种机器都使用了这种技术。

压缩空气或车间空气可用作廉价的辅助气体,用于激光切割最大厚度为2毫米的薄规格材料。它可用于切割钢,不锈钢,镀锌钢,铝和钛。空气辅助切割具有80%的氮气和20%的氧气,不会像纯氧气那样受到限制切割速度的热效应的影响,空气辅助切割比氮气切割提供更高的进给速度,因此,空气辅助切割产生的边缘光洁度不如氮气切割干净,但氧化程度却比氧气切割边缘低。
激光切割
激光制造商帮助企业发展利基市场的另一种方式是提供更高功率的印版加工激光器。

激光等离子切割是一种新工艺,可提供更快的切割速度-快约250%。在激光等离子切割中,从熔池中逸出的气体被点燃,形成蓝色等离子云。这种等离子云将额外的能量引导到切缝中,从而提高了切割速度。

替代材料。哈恩说,除低碳钢以外,切削材料也将重点放在其他方面。铝和不锈钢都在激光系统上被更普遍地切割,并且这种趋势将来会加剧。

大多数激光系统可以切割替代材料,可以切割20毫米不锈钢和12毫米铝。但是现在,行业开始更多地关注这些替代金属。

以前的机器经过设计,可以在各种材料上提供合理的切割效果,而不是在一种材料上提供最优的切割效果。 但是,新的技术进步(例如可编程的光束直径)可以为每种材料提供最佳的切割效果。

更快地工作

制造商面临着减少从零件定单到完成零件的时间的需求。 通过减少时间,制造商可以通过他们的商店获得更多订单,从而以较低的人工成本提高利润率。

作业车间和制造商的交货时间缩短了。随着公司试图减少库存,他们通常需要几个小时或几天而不是几个星期的零件。 由于追求速度的提高,激光制造商一直在致力于多个方面的改进—自动化,更快的设置时间和绝对更快的机器。

自动化。自动化不仅减少了从订货到发货的时间,而且不需要额外的人力。

在过去的三到五年中,我们已经看到可以在无人照看的环境中全天候运行的自动化系统的显着增长。我们确实非常注重如何实现这一目标,

在过去的十年中,无人值守的转变一直是遥不可及的。人们一直在谈论它,但是要真正实现这一目标,需要对自动化系统和激光器本身进行大量的增量改进。控制方面的进步和机械他们的进步促进了这一点,

诸如切割控制和喷嘴清洁程序之类的东西,也可以在独立机器上使用,特别适合自动化。绝对的要求是能够以非班制的方式切换零件和运行各种零件。现在,机器可以更可靠地运行并自我观察。

Salvagnini America激光技术产品经理Elizabeth Kautzmann表示:我们行业的推动力是继续使激光切割完全熄灭。其驱动目标是提供具有全自动功能的无人激光切割单元。市场需要激光切割的自动化,并且接收量很大;但是,对灵活性的需求却很大。这些对灵活性的要求不断提高,转化为一些复杂的风铃,在后台运行,但实际上可能需要真正的独创性和灵活性。数小时的工程完成并使其可行。

在自动化领域的进步列表中,罗宾逊指出,当前的自动纸张装卸设备具有不同的容量,托盘数量和尺寸,并且其中一些自动存储单元甚至可以喂入多台机器。

我们认识到无人值守的生产对于满足高产量环境的需求至关重要。因此,我们将设计工作的重点放在了向市场提供一系列自动化设备上,从入门级的航天飞机台到完整的材料。仓储系统。

我们最近推出了一种新的自动化物料塔系统,该系统包括一个集成有高速激光的12托盘塔储存和取回单元,并具有自动上,下料的功能。物料管理和控制软件可提供离线编程和流程监控功能:零件可离线编程并下载到机器控制器;控制器具有仓库管理功能,可存储塔式系统中可用的托盘和板材信息;集成系统提供完整的作业清单,该清单会自动该系统的每一部分都通过一个CNC进行控制,以便轻松,高效地进行监视和编程。

我们从80年代中期开始就使用简单的双托盘激光机,引入了自动化的物料搬运系统,并逐步发展为满足客户需求的各种全自动系统。自动化的物料搬运可以减少人工,并确保客户通过激光投资实现全天候生产。

哈恩说,三菱公司还一直在通过开发具有24/7,柔性自动化功能的机器以及将重型激光器与柔性和自动化物料搬运系统相结合来提高生产率,但他指出了相关软件的重要性。

软件和设置。软件和控件正在迅速发展激光系统。这些进步不仅是将自动化系统连接在一起的必要条件,而且还需要更紧密地监控机器并将昂贵的设置时间转换为生产时间。Kautzmann表示:在灵活性至关重要的动态时刻,可以肯定的是,软件,机器界面和操作员界面可以在最短的时间内使系统发挥最大的潜力。在不要求高级编程专业知识的情况下,设计标准功能和增强的优势至关重要,可以充分利用已安装单元的潜力。

[机器人]设备正变得易于编程和重新投入新项目,我们一直在研究用于激光加工的离线编程软件包,这将加快转换时间。

罗宾逊解释说,材料轮廓的计算机存储还有助于减少准备时间,从而节省了资金,并且现代激光系统正在存储更多信息。

我们还将精力集中在编程软件上,提供了切削技术数据库,该技术可以根据要处理的材料自动确定最佳的穿孔顺序。这消除了操作员的参与,并提高了效率和生产率

通过集成软件并减少设置需求来满足需求。

先进的软件可以提高其他耗时区域的上市速度。为了使产品更快地进入市场,很明显,制造商不能等待真正的物理原型构建。从3D实体模型渲染开始的软件正在发展到设计师可以设计和修改的地步。

嵌套软件是可以提高生产率的另一个领域。辛辛那提公司已经推出了自己的激光编程和套料软件。该软件可极大地提高材料利用率。此外,辛辛那提激光编程软件还利用了激光的所有功能以及我们开发的所有切割技术。该激光编程软件易于使用,并且一些客户已经能够显着改善加工性能。他们的激光器的生产率。

更快的机器。当然,激光公司的主要考虑因素是使其机器运行更快。过去,这可能只是意味着要制造一个更高功率的谐振器,但是尽管大多数公司仍在为实现这一目标而努力,但其他领域的进步却带来了速度和加速度方面的巨大收获。

一种这样的发展是激光驱动系统。您将看到驱动系统周围出现更多的高速激光加工。我们的新机器是一台非常高速的激光切割机。它的性能来自于驱动系统的动态性能以及机械设计本身。 ,它最多可以加速3G。

许多公司开始在其机器中使用线性电动机。线性电动机提供了快速的加速速度和定位速度,从而减少了零件循环时间。当加工薄规格的材料时尤其如此。

线性电动机也非常精确和可重复。线性电动机使用线性编码器来​​测量切割头的实际位置。传统的驱动系统会测量电动机位置,因为编码器是安装在电动机本身上的。

最后,线性电动机非常可靠。电动机本身没有任何运动部件;因此,驱动系统不会随着时间的推移而磨损,从而导致误差。

许多激光制造商都在扎营,尽管高驱动速度是好的,但是激光头的大多数移动距离都很短,因此正在研究新的技术。

在飞行光学机器中,桥梁具有一定的质量。在我们的一台机器上,该质量超过1,000磅。物理定律规定,您不能以比更轻的质量更快的速度来加速和减速这1,000磅的质量。我们增加了一条附加轴并将其悬挂在桥上,因此对于在4英寸范围内的短距离移动,我们可以将切割头加速至1 G,这比桥架加速度的两倍还要好。

在4英寸运动范围内,您不会达到很高的速度,因为到2英寸时,它开始减速的时间就已经到了,因此最高速度并不是问题,而是加速。

推出了扩散冷却或平板谐振器,以应对速度挑战。最新的3,300 W扩散冷却谐振器在焦点处产生的功率密度几乎是大多数4,000 W谐振器的三倍。扩散冷却谐振器以低功率激光器的操作和维护成本更快地切割了薄材料。速度。喷嘴可保护激光器的内部气流免受周围空气和污染物的影响,从而获得更高纯度的切割气体,从而以更快的切割速度提供更好的切割效果。

事半功倍

总体而言,看来行业将继续关注制造商在不增加成本的情况下做更多的事情并获得更多利润的需求。

Zakrzewski说:人们更加注重价格,但他们希望物有所值。;机器必须使用五到十年,所以人们对所购买的东西很精明。如果他们无法获得所需的东西,他们就会推迟购买。可靠性很重要。今天人们真正寻找的一件事是整体生产率,不仅是速度,设置时间或运行状态,还包括整个包装。

多功能机器。使制造商更多地花钱的一种方法是制造更多用途的机器。灵活性对于满足激光切割行业的发展需求至关重要,考茨曼说。许多激光制造商正在研究允许在一台机器上快速切换不同类型的材料,各种材料的厚度以及任意数量的形状的技术。

我们正在通过提供专门为激光加工应用设计的机器人产品来应对制造商的挑战。这些机器人产品为客户提供了最大的灵活性和准确性。

我们推出了紧凑的3D处理头,以减少干扰,并且可以快速设置以允许从厚到薄或从形状到形状的快速转换。我们能够在传统的平面工件上保持高精度,高精度,高速切割。此外,同一台机器可以更快地处理各种零件。

现代激光器可以最佳地处理各种材料。制造机器的目的是使它们可以轻松地从低碳钢,铝到不锈钢的切换,并保持良好的效果。

公司希望从中获得更多收益的另一个领域是在同一台机器上加工不同厚度的产品。产品线旨在快速,准确地加工从厚到薄的钢材,许多其他激光制造商也在尝试这样做。

为了提高灵活性,我们提供了一个4 kW的激光谐振器,该谐振器使制造商能够快速切割出薄材料,并且能够切割出较厚的材料。

甚至有传言说提高激光的灵活性,使它们可以在有限的设置时间内从切割切换到焊接。尽管这还不是现实,但很可能是这个十年。

高级功能。面对减产,一些大公司已经撤消了内部分包工作。随着分包工作的结束,一些车间不得不寻找新业务来填补空白。那些采用最新激光技术或独特激光功能的车间可以有效地从设备较旧,性能较差的车间进行作业。

激光公司正试图通过提供新的,先进的机器功能为制造商提供更多收益。这些包括机器执行任务的发展,自动调整功能和信息传输。

Nieves表示:机器人激光切割的挑战之一是确保切块实际上已经从零件上掉下来了。以前,这是通过机械检查规或目视检查完成的,这是劳动密集型的方法,有时会产生不一致的结果。如果检查确定仍然存在团块,则必须将零件退回整个过程或进行维修。处理。

;现在,我们可以使用传感器逐周期地对特征进行激光切割,使用传感器来确定团块是否已经掉出切割特征。如果团块没有掉出,机器人会感知到并立即采取纠正措施。激光切割工艺周期。这确保了零件在被完全切割之前不会从电池中循环出来,否则操作员会被告知存在缺陷的事实,并且可能需要采取纠正措施。

正在开发诸如按需钣金(SDD)编程软件,智能激光自动化以及零件装卸和分拣等技术,而无需等待整个板材被切割。

罗宾逊说,通快致力于通过自适应光学可编程调焦系统等功能,使切割机的自动化程度更高,减少手动调整和人工干预。过程监控;自动,即时的参数调整;以及机器内部更全面的参数数据库,所有这些参数数据库均可提供更快的激光加工速度,而不会增加机器成本。

我们的Helius,Axel和Impuls系列激光器的所有型号均具有Laser Eye光学传感器,该传感器可快速,准确地提供从板材边缘或预先打孔的参考点的非接触式测量。有了这些信息,控制器就可以对精确的坐标进行三角测量,以定位工件或固定装置的位置。这样就无需在工作台上精确定位板,并提供了无划痕的材料参考。

机器人激光技术的另一个关键发展涉及激光的自动对准。激光聚焦对于有效地加工零件至关重要。Motoman继续研究传感器和技术,以自动对准激光聚焦并自动补偿机器人路径的任何偏差。

马扎克开发了网络制造系统。该系统会自动切割零件,然后进行分类和堆叠。此外,机器输出报告和其他数据将在线提供。今天,该数据可在整个工厂网络中使用,并且明天在全球范围内均可使用。这意味着OEM供应商可以检查何时运送材料,销售可以检查实际订单状态,并且机器维护或服务检查将在24/7在线提供。

激光的未来

尽管存在经济挑战,或者也许鉴于这些挑战,激光将继续发展。我们肯定会看到瓦数增加,但这只是激光冰山的一角。

现在,从事激光制造行业的研究和开发人员可以轻松地设置,更自动化,采用新的切割技术并具有激光多功能性。他们的进步每天都在暴露,但是谁知道仍在潜伏着什么呢?当前的小说可能仅仅是未来的事实。

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