Лазерная oбрабoтка металла cтала практичеcким вoплoщением дocтижений академичеcкoй физики. И хoтя иcхoдная идея, а также пoдхoды и принципы здеcь были и ocтаютcя oбщими, cтанкocтрoительные фирмы вcеми cилами cтремятcя выпуcкать oригинальную технику, чтoбы не oчутитьcя в cамoм хвocте cтремительнo набирающего cкорость поезда. Чуть замешкаешься, и он безжалостно сбросит со своей подножки аутсайдеров такого весьма привлекательного и перспективного сегмента рынка, как металлообработка.
Небольшой экскурс в историю. Открытый во II половине XX в. квантовый генератор, или лазер, является источником монохроматического когерентного света и представляет собой воистину удивительный оптический прибор. Как гласит теория, он лавинообразно генерирует фотоны, с одинаковой энергией, направленностью движения и поляризацией испуская узконаправленный световой луч высокой мощности.
Это открытие физиков по достоинству оценили инженеры. Что называется, еще и след не простыл после испытания первого лабораторного квантового генератора, как почти сразу, в 1962 г., были изготовлены и предложены рынку коммерческие лазеры фирмы «Спектра физикс» (США). За тем далеким теперь уже событием последовала настоящая революция в технологии. Было создано и ныне успешно применяется великое множество модификаций и типов лазеров. От самых маленьких, размером буквально в несколько микрон, до гиганта «Нова» в Национальной лаборатории Лоуренса Ливермора в США, (длина 137 м, а суммарная мощность – 1 014 Вт). Лазерная техника постепенно, но верно освоила практически все научные и производственные области. Но наиболее востребованной она оказалась в металлообработке.
Как выяснилось, сконцентрированный квантовый луч способен быть высокоэффективным инструментом в станках, чему споспешествуют его уникальные свойства. На локальный участок обработки низвергается высокая мощность излучения (до 108–109 Вт/см2 в непрерывном режиме и до 1 016–1 017 Вт/см2 в импульсном). Прицельно бьет и тут же уходит дальше. Это позволяет практически мгновенно нагревать (прожигать) и столь же моментально охлаждать металл, не подвергая тепловой деформации всю заготовку.
В сварке, наплавке, маркировке, закалке, а также резке металлов лазер активно используется начиная с 80-х гг. XX в. А после появления кинематически сложных роботов-манипуляторов и гибких оптоэлектронных лучепроводов лазерная обработка металлов, как говорится, обрела «второе дыхание». Благодаря тому, что лазерный луч легко управляем, он органично вписывается в автоматизированные системы. Под его воздействием можно с завидной легкостью обрабатывать пространственные металлоизделия, что для других технологий элементарно недоступно.
Но мы собирались поговорить конкретно о станках. Вот к ним и перейдем, взяв за пример продукцию лидеров рынка, чье оборудование обрело наиболее обширное на сегодня распространение. А начнем с немецкой фирмы Trumpf, обретшей популярность своими станками Trumatic 600L и Trumatic L3030, на которых применен принцип «летающей оптики». Вот если существует до сего времени немецкий педантизм, то здесь он проявил себя во всей красе. Причем, в хорошем смысле выражения: на этом оборудовании все безупречно.
|
Диапазон обработки | |
|
TRUMATIC L 3030 |
3 000 × 1 500 мм |
|
Макс. толщина обрабатываемого листа |
20 мм (сталь) |
|
|
15 мм (нержавейка) |
|
|
8 мм (алюминий) |
|
Мощность CO2-лазера |
4 000 Вт |
На самом высоком уровне качество резки обеспечивают CO2-лазеры фирмы FANUC (Германия). Координатный стол снабжен направляющими, выполненными с филигранной точностью. Привод представляет собой одномоментные пошаговые двигатели и зубчатые ремни передачи. Прибавим сюда лазерные датчики контроля положения. А в совокупности все это, словно преданная королевская свита с полной отдачей служит одной звезде, – лазерной головке, обеспечивая ей практически идеальное позиционирование. Автоматизированную подачу и выгрузку стальных листов осуществляет пневматика, управляемая при помощи компьютера.
На универсальность выполняемых задач были изначально сориентированы, по заявлению производителя, технологические комплексы лазерной резки от итальянской компании Tecnology Italiano FPL TRADE. В соответствии с этим тезисом, они вооружаются лазером мощностью 1 000, 2 000 или 4 000 Вт, в зависимости от комплектации. Однако, в противовес большинству технических аналогов, построенных по принципу «летающей оптики», излучатели в итальянских станках установлены абсолютно неподвижно. Получается стабильное генерированное излучение, но его статичность не в лучшую сторону влияет на безупречность в качестве разреза.
Вместе с заготовкой координатный стол, крепящийся на специальной (без остаточных напряжений в конструкции) массивной раме, приобретает еще более внушительный вес. Не потому ли задачу по управлению всем этим сооружением конструкторам пришлось возложить на мощные и довольно сложные приводы? Глядя на них, приходишь к выводу, что на практике о большой универсальности речь все-таки не идет. Данное оборудование, скорее всего, неплохо подходит для растровой гравировки или раскроя единичных или небольших партий особо сложных изделий. Но и не более того.
|
Технические характеристики Tecnology Italiano FPL TRADE | |||
|
Модель |
С 1000 |
С 2000 |
С 4000 |
|
Принцип |
Быстрый газовый поток, возбужденный при радиочастоте 2 МГц, приобретение энергии в твердом теле | ||
|
Номинальная мощность |
1 000 В |
2 000 В |
4 000 В |
|
Максимальная мощность при пиковом пульсе |
1 000 В |
2 700 В |
5 000 В |
|
Стабильность мощности |
±1% |
±1% |
±2% |
|
Длина волны |
10,6 |
10,6 |
10,6 |
|
Характеристики лазерного луча |
Заказ в минимальной конфигурации: гарантирует лучший результат резки | ||
|
Расходимость излучения |
менее 2 мрад | ||
|
Состав газовой смеси |
CO2 5% |
He 40% |
N2 55% (± 5%) |
|
Расход газовой смеси |
10 л/ч | ||
|
Расход охлаждающей жидкости (вода) |
40 л/м |
75 л/м |
160 л/м |
|
Рукомендуемый охлаждающий выход |
10 000 ккал/ч |
19 000 ккал/ч |
38 000 ккал/ч |
|
Потребляемая мощность |
18 кВт |
33 кВт |
55 кВт |
|
Обработка по оси Х |
360...3 050 мм |
360...3 050 мм |
360...3 050 мм |
|
Обработка по оси Y |
–10...1 510 мм |
–10...1 510 мм |
–10...1 510 мм |
|
Ход головки по оси Z |
180 мм |
180 мм |
180 мм |
|
Максимальная скорость перемещения листа | |||
|
по оси Х |
100 м/мин |
100 м/мин |
100 м/мин |
|
по оси Y |
65 м/мин |
65 м/мин |
65 м/мин |
|
X+Y |
120 м/мин |
120 м/мин |
120 м/мин |
|
Повторяемость |
±0,03 мм |
±0,03 мм |
±0,03 мм |
Поскольку в металлообработке японские станкостроители традиционно занимают лидирующее положение и не намерены его в дальнейшем никому уступать, здесь мы тоже упомянем станки фирмы Ymazaki Mazak. Они буквально отточены под лазерную резку объемных конструкций – труб различного диаметра, сложных коробов и т.д. Причем это могут быть конструкции с различной толщиной стенок – вплоть до 25 мм. А благодаря тому, что японское оборудование в обязательном порядке обеспечивается системами автоматической подачи и выгрузки изделий, оно прекрасно вписывается в любой обрабатывающий конвейер.
Нельзя не сказать в том же плане и об автоматизированном комплексе, производимом Fabric Gear. Его специализацией является лазерная резка профилей различного сечений: круглого, квадратного, прямоугольного, треугольного и т.д. Данный комплекс можно по праву причислить к металлообрабатывающим центрам последнего поколения. Как всегда, японцы расстарались чисто в своем ключе: автоматом, умеющим именно в таком режиме, т.е. без участия человека, обрабатывать особо сложные объемные изделия, управляет система искусственного интеллекта. Неслучайно компания-производитель выпускает такого рода станки сразу на шести своих заводах – в Японии, США, Англии и Сингапуре. Причем, новое оборудование расходится, если выразиться по-русски, как блины на масленицу.
|
Технические характеристики основной рабочей части машины 3D Fabri Gear 150 / 300 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Среди других фирм, тоже представляющих определенный интерес в этой области, назовем Bystronic (Швейцарская машиностроительная группа), AMADA (Япония), SALVAGNINI (Италия), LVD (Бельгия).
В числе наиболее продвинутых отечественных производителей лазерного оборудования заслуживает внимания ЗАО ТехноЛазер (Московская область, г. Шатура). Уже по названию можно судить, что эта российская фирма весьма своевременно почувствовала запросы и конъюнктуру рынка. Ее продуктом являются очень даже неплохие станки для лазерной резки листового металла на базе технологических СО2-лазеров мощностью от 700 до 5 000 Вт. Она самостоятельно производит также и 2-координатные столы, оснащенные уже в типовом своем варианте довольно надежной палеттой. Это устройство загрузки, которое доставляет заготовку в технологическое пространство лазерной резки. Только вот ручное управление палеттой остается явным недостатком данного оборудования, отголоском вчерашнего дня. Здесь инженерам фирмы, что называется, еще есть над чем поработать.
В оборудовании применен стандартный принцип передвижения лазерной головки – он относится к портальному типу. «Полет» самой царицы технологии осуществляется перемещением двух продольных ферм, соединенных поперечными балками. А исполнительными механизмами служат двигатель, редуктор и ведущая шестерня.
Координатный стол на лазерных станках ТехноЛазер
|
Лазер |
Модель станка |
|
ТЛВ-700 (0,7 кВт) |
LMC-3000-0.7 |
|
ТЛВ-1000 (1,0 кВт) |
LMC-6000-1.0 |
|
ТЛВ-1500(1,5 кВт) |
LMC-6000-1.5 |
|
ТЛ-3 (3,0 кВт) |
LMC-6000-3.0 |
|
ТЛ-5М (5,0 кВт) |
LMC-6000-5.0 |
|
ТЛ-6 (ТАНДЕМ) (6,0 кВт) |
LMC-6000-6.0 |
|
Характеристики стола |
Модель станка | |||
|
LMC-1200-X.X |
LMC-2500-X.X |
LMC-6000-X.X | ||
|
размеры рабочей зоны |
x |
1 200 мм |
2 500 мм |
6 000 мм |
|
y |
840 мм |
1 500 мм |
1 500 мм | |
|
z |
100 мм | |||
|
скорость перемещения |
x, y |
50 м/мин | ||
|
z |
1 м/мин | |||
|
скорость резки |
x, y |
до 20 м/мин | ||
|
точность обработки |
x, y |
0,1 мм | ||
|
точность позиционирования |
z |
0,1 мм | ||
Давайте учтем то неоспоримое обстоятельство, что лазерные технологии (в т.ч. и резка металла), даже с учетом явно проявившихся успехов, находятся практически в самом начале своего пути, который в дальнейшем будет только триумфальным, в чем ни у кого нет сомнений. Во всяком случае, уже сегодня ясно, за счет они будут далее совершенствоваться. В частности, тому должно поспособствовать внедрение новых экономичных и сверхмощных лазеров, светопроводов, схем доставки к заготовке. И здесь, безусловно, для станкостроителей, да и для нас с вами, будет интересна любая инновационная разработка.
Недавно в прессе прошла информация о том, что престижнейшей международной премии Prism Award в номинации «Промышленные лазеры» удостоено НТО «ИРЭ Полюс» – за создание волоконного лазера YLR-150/1500-QCW-AC. Этот квазинепрерывный источник излучения открыл собой принципиально новый класс промышленных волоконных лазеров, нацеленных на то, чтобы быстрее и качественнее исполнять функции, которые обычно возлагались на классические твердотельные лазеры с ламповой накачкой.
Новый «гиперболоид», выпускаемый в 19” Rack корпусе с воздушным охлаждением, превзошел предшественников по всем основным показателям. К тому же он оказался надежнее и проще в применении. Так, его КПД составляет 30% против 3% у твердотельного лазера. На выходе волоконного лазера, когда он работает в квазинепрерывном режиме, получается 150 Вт средней мощности и 1,5 кВт пиковой мощности при энергии в импульсе 15 Дж.
Особо подчеркнем, что именно НТО «ИРЭ Полюс» стало основателем и ядром транснациональной научно-технической Группы IPG Photonics Corporation, которая сегодня располагает научными центрами и производствами в США, Германии, Италии, Японии, Индии, и Китае. В области волоконных лазеров и усилителей, а также приборов и систем на их основе эта Группа вырвалась в недосягаемые лидеры мирового рынка. Достаточно сказать, что вплоть до настоящего момента она остается единственным в мире производителем промышленных волоконных лазеров мультикиловаттного диапазона (до 50 кВт) для резки, сварки и термообработки. Причем, объем производства таких установок постоянно увеличивается, вытесняя из промышленности лазеры других типов. А в том, что рано или поздно окончательно вытеснят, не дают усомниться накопленный IPG уникальный портфель технологий и развернутые ею производственные мощности.
Оставаясь чисто российской компанией, НТО «ИРЭ-Полюс» активно участвует в различных программах по научно-техническому и промышленному развитию г. Фрязино и Московского региона. Одновременно фирма успешно распространяет инновационные разработки (более 600 передовых продуктов, многие из которых не имеют аналогов на мировом рынке высоких технологий) в области лазерной техники на рынках России и СНГ. Здесь она весьма решительно подвинула доминировавшие до недавнего времени западные и японские компании.
