Лазерный закройщик по металлу

Еcли раньше интереc рoccийcких предпринимателей к прoмышленным лазерам был в чем-тo cрoдни экзoтичеcкoму, тo cейчаc вcе бoльше предприятий, раcпoлагающих cредcтвами, думает o влoжении их в лазерные кoмплекcы. Инвеcтирoвать в дoрoгocтoящее oбoрудoвание – это уже не экзотика, а экономичеcкий раcчет.

Изначально промышленные лазеры были предназначены для авиакоcмичеcкой сферы, но постепенно «проникли» в другие промышленные отрасли. Что невозможно в их применении – так это работа «на глазок». Точность лазерных комплексов настолько высока, что установки требуют только программного управления.

Но, разумеется, главную роль здесь играет лазер, источник управляемого и предельно сконцентрированного света, способного даже резать металл.


Высоконадежные волоконные лазеры производства российской компании «ИРЭ-Полюс» имеют ресурс свыше 50 тыс. ч и практически не требуют юстировок, обслуживания либо регламентной замены каких-либо узлов в течение всего срока эксплуатации. Рассчитаны лазеры на многолетнюю работу в заводских условиях при 2-, 3-сменной загрузке на полной мощности. А отсутствие внешней транспортирующей оптики гарантирует стабильность качества раскроя по всей рабочей зоне и освобождает от массы проблем с юстировкой и эксплуатацией комплекса.

Конструктивно они выполнены в 19-дюймовом корпусе высотой 150–270 мм. Такое исполнение удобно при встраивании лазеров в технологические установки, возможна также их установка в 19-дюймовые стойки вместе с другим оборудованием (чиллером, блоком управления комплексом и др.). Лазеры этой группы могут быть как одномодовыми с оптическим качеством выходного пучка М2 = 1,05…1,1; так и маломодовыми с М2 < 7.

Маломодовые модели несколько дешевле одномодовых и позволяют использовать при резке металлов малой и средней толщины (до 5 мм) более компактные и удобные оптические головки. Однако одномодовые лазеры позволяют обеспечить более высокую производительность и точность обработки. Длина выходного оптического кабеля составляет обычно 5–20 м, но при необходимости может быть увеличена до 30–50 м.

Охлаждение лазеров – жидкостное (вода или антифриз). Лазеры мощностью до 200 Вт могут быть выполнены с воздушным охлаждением. Полный КПД лазеров этой группы составляет 20–25%, поэтому теплосброс оказывается не выше, чем у бытового электрочайника. Питание – от однофазной сети 220 В.

Сразу отметим очень низкое энергопотребление. Средняя потребляемая мощность комплексов на основе волоконного излучателя составляет (без вентиляции и компрессора): с лазером ЛС-1 (1 кВт) – до 10 кВт; с лазером ЛС-2 (2 кВт) – до 16 кВт; с лазером ЛС-3 (3 кВт) – 18-20 кВт. И при столь малом энергопотреблении самого оборудования максимально обрабатываемые им толщины материалов составляют (при использовании ЛС-2, например): конструкционная сталь – 20 мм, нержавеющая сталь – 14 мм, алюминиевые сплавы – 12 мм, латунь – 6 мм.

Основные характеристики лазеров производства компании «ИРЭ-Полюс» приведены в публикуемых здесь же таблицах. А далее мы зададимся вопросом – из чего же состоит лазерный комплекс для резки металла? Разберем это на конкретном примере.


До своего первого в жизни – пятилетнего – юбилея научно-производственной компании «РАПИД» (ООО НПК «Рапид») шагать еще почти год. На первый взгляд, возраст предприятия совсем детский. Но это не совсем так. Основой коллектива стала группа специалистов научно-исследовательского отдела Воронежского НИИ автоматизированных средств производства и контроля, уже на протяжении 35 лет успешно занимающихся разработкой и изготовлением высокодинамичных прецизионных координатных систем с ЧПУ – графопостроителей (планшетных плоттеров) больших размеров для плазово-шаблонных и чертежных работ в авиационной промышленности и координатных столов портального типа для лазерных, плазменных и гидроабразивных раскройных комплексов.

Оборудование под маркой «Рапид» – плоттеры, координатные столы и лазерные станки – уже работает на многих предприятиях России и стран СНГ. Поэтому понятия «точность, надежность и качество» для компании не являются пустыми словами. Так, комплектующие здесь используют от лучших мировых производителей – линейные направляющие SBG (Южная Корея), зубчатые рейки и шестерни Gudel (Швейцария), планетарные редукторы ALFA (Германия), 3-координатный контроллер движения Advantech.

Но основой конструкции является прочный стальной пространственный каркас со шлифованной базой. Вот на этот костяк специалисты «Рапида» и наращивают «мышечную массу», а в результате получается современное высокотехнологичное оборудование в промышленном исполнении. В частности – лазерные раскройные станки портального типа с использованием волоконных иттербиевых лазеров различной мощности для высокодинамичного раскроя листового металла с высокой точностью по контуру любой сложности.

Координатный стол портальной компоновки имеет рабочее поле размером 3000х1500 мм. Но, как говорится, по желанию заказчика возможны варианты. Кроме того, есть подвижная паллета рабочего поля с электроприводом, которая используется при загрузке-выгрузке раскраиваемого материала за пределами станка.

Базовая электрически управляемая координата Z имеет основной параметр 100 мм, но это тоже не предел. Темп движения задает сервопривод постоянного тока с обратной связью по скорости и положению. Скорость перемещения мах – 600 мм/сек.
Точность обеспечивают бесконтактная емкостная система слежения за поверхностью металлического листа, а также микропроцессорная система управления на базе контроллера Advantech, встроенного в ПК. Дискретность задания размеров составляет 0,01 мм; точность позиционирования ±0,05 мм; динамическая точность на всем рабочем поле ±0,1мм. Не менее впечатляет и повторяемость операций.
 
Отклонения здесь допустимы, но в пределах ±0,05 мм.

Конечно, точность вырезанной из листа детали зависит от свойств материала и степени его нагрева. Она на комплексах «Рапид» измеряется в соответствии с международным стандартом VDI/DGQ 3441. Но здесь хотелось бы сказать о другом.


Поразительная точность достигается еще и за счет того, что таскать по всему рабочему полю во время резки металла сам иттербиевый лазер типа ЛС-1 или ЛС-2 производства «ИРЭ-Полюс» нет абсолютно никакой необходимости. Сердце комплекса всегда остается неподвижным. А луч от него на легкую и потому не обладающую инерцией оптическую головку транспортируется оптоволоконным кабелем (проще говоря, ее практически не заносит на поворотах).

Для обеспечения высокодинамичного и качественного раскроя тонколистовых нержавеющих, электротехнических и оцинкованных сталей по контуру любой сложности на комплексах «Рапид» предусмотрена система подготовки технологического газа «кислород-воздух». Это – клапаны включения, финишные фильтры и влагоотделитель, редуктор с манометром, реле давления.

Для охлаждения самого лазера в комплектацию включен холодильник (чиллер системы «воздух-вода»). Впрочем, для «ЛС 01», например, он не требуется – здесь охлаждение воздушное.