Лазерные станки для резки металла (сталь, медь и т.п.)

Металлообработка – достаточно сложный технологический процесс, который в большинстве случаев требует применения специального оборудования. Особенно если речь идет о лазерной резке металла. Специализированная техника необходима для изготовления электрошкафов, кабин, корпусов, когда нужно выполнять резку, гибку, сварку и другие операции с металлоконструкциями. Важно при этом иметь возможность быстро перестраиваться под часто меняющиеся требования рынка. Хорошим решением подобной проблемы может быть использование одного из станков для лазерной резки металла, представленных в каталоге компании «ЮСТО».

Особенности технологии

Принцип работы станка для лазерной резки заключается в том, что луч лазера нагревает металл до температуры плавления и затем кипения, в результате чего происходит испарение материала. Добиваться высокого КПД и качественной обработки удается за счет подачи в рабочую зону азота, кислорода или воздуха. Емкостный датчик контролирует высоту и безопасность перемещения головки, установленной на заданном расстоянии от обрабатываемой поверхности. Одним из главных достоинств станка является его высокая эффективность. Обладая мощностью 1000 Вт, он способен выполнять резку стального листа толщиной 1 мм со скоростью 400 мм/с (теоретическая расчетная скорость, так как на такой скорости станки не перемещаются). Станок с такой мощностью может работать со стальными конструкциями толщиной до 10 мм. Для более толстых листов металла потребуется более мощное оборудование. Методом лазерной резки изготавливается большая часть вентиляционного, торгового и другого оборудования, требующего точного раскроя.

Области применения станков по резки металла

• Машиностроение
• Медицинская сфера
• Рекламное производство
• Торговое оборудование
• Космическое строение
• Производство корпусов
• Вентиляционное оборудование
• Металлоконструкции
• Трубная продукция (отводов, тройников, переходников и опор для труб)
• Элементы электрооборудования и бытовой техники
• Ритуальный бизнес

Причины купить оборудование для лазерной резки металла

• Технологичность и долговечность оборудования. Наработка лазерного источника более 100 000 часов.
• Низкая себестоимость реза. Потребляемая мощность от розетки и скорость резки самые низкие в отрасли.
• Низкая стоимость владения. Оборудование запускается в кратчайшие сроки и требует минимальных навыков для его эксплуатации. Большой период межсервисного обслуживания.
• Высокая точность обработки. Соответствие заявленным характеристикам. Стабильные точностные значения в длительном периоде.
• Низкое энергопотребление. «КПД от розетки» составляет до 53%. Газовый лазерный станок по металлу имеет «КПД от розетки» до 20%.
• Экономия на аренде. Меньшая площадь, занимаемая под оборудование.

Как выбрать станок

Первично надо определиться с задачами которое вы хотели бы решить с помощью лазерного станка по металлу. Просчитать объемы материала, обрабатываемые в течении месяца и года, чтобы определить необходимую эффективную производительность. Требования к точности и допуски. Все это на начальном этапе даст основу для экономических расчетом и понимания номинальной производительности станка и смежного оборудования.

Исходя из производственной потребности подбираются компоненты станка, такие как:

• Станина. Исполнение данного узла и его параметры наиболее важные при производстве станка. Все элементы конструкции устанавливается непосредственно на нее, и заявленная точность будет определяться ее жесткостью и прочностью.
• Лазерный источник. Существует множество производителем предлагающих источники мощностью от 500 до 120 000 ватт. Мощность не единственный показатель, который надо учитывать при выборе. Также есть показатель точности выдаваемой мощности, завяленный ресурс на просадку в длительном периоде эксплуатации, «КПД от розетки», гарантия, сервисное обслуживание и тд. Наиболее распространённые марки лазерных источников: IPG, Raycus, Max, nLight.
• Лазерная головка. Элемент, доставляющий всю мощь лазера на материал. Его возможности определяют функционал и обрабатываемые материалы, и качество резки. Бывают головки в ручной и автоматической регулировкой фокусного расстояния. По функционалу отличаются в рамках формы заготовки и возможностью подлезть в сложные места. Основными поставляемыми лазерными головками являются: RayTools, SWX, Precitec.
• Система управления. Возможности системы помимо основных функций должна обладать функциями для облегчения основных операций, таких как: определение положения и формы заготовки, защита от столкновения, оптимизация чертежей, автораскладки и тд. На рынке доминируют: CypCut и ее бюджетная версия CypOne, а также NcEditor (он же Bodor Pro 2).
• Периферия. Без этого станок работать может, но ее наличие сильно упрощает работу и сокращает временные издержки. К периферии относятся поворотные устройства, чиллеры, смена столов, защитные кабины, краны, выравниватели, крепеж заготовки, выкатные тележки, система вытяжки и тд.

Далее мы подробнее поговорим о том, на какие компоненты стоит обратить внимание в особенности, а также подробно объясним нюансы их эксплуатации:

Виды лазерных источников для волоконного лазера - как выбрать?

Одним из главных элементов любого лазерного станка является лазерный источник. В основном встречаются модели излучателей от трёх производителей: IPG, Raycus и MaxPhotonics. Среди отличий между ними можно упомянуть разную скорость постепенного снижения мощности (деградации) лазерного излучателя при нормальной эксплуатации. У источников от IPG показатель деградации в год составляет 3,5%, а у моделей от Raycus и MaxPhotonics – около 5 - 10%. Поэтому при выборе оборудования под конкретную задачу, о постепенной утере мощности стоит подумать заранее, ведь она может привести к повышению расходов на эксплуатацию. Кроме того, источники от IPG отличаются высокой надёжностью, стабильной работой и превосходят в эксплуатационных параметрах (например, они лучше подходят для работы с цветными металлами, такими как медь или алюминий, благодаря повышенной устойчивости к отражению лазерного излучения обратно источнику) альтернативы от Raycus и MaxPhotonics, которые являются менее дорогими вариантами. Это не значит, что источники от Raycus и MaxPhotonics не будут справляться с поставленными задачами, а говорит о том, что на их выполнение потребуется большая мощность, что выливается в более высокие затраты на эксплуатацию, но для материалов с высокой отражающей способностью всё же лучшим выбором станет источник от IPG.

Системы управления для лазерного станка по металлу

На наших лазерных станках с ЧПУ вы можете встретить системы управления CypOne и CypCut. CypOne является менее функциональной и используется для простых нетребовательных задач, где самым важным является сама функция резки, а не итоговая производительность, точность и оптимизация рабочих процессов. Кроме того, CypOne отсутствует коррекция работы двух двигателей по оси Y, из-за чего существует риск возникновения погрешностей при работе. Функциональные возможности системы CypCut существенно увеличивают возможности станка и делают эксплуатацию станка в рамках поточного производства намного более целесообразной, снижая простой станка.

Среди важных функций, присутствующих в системе управления CypCut можно назвать Nesting, который позволяет осуществить весь процесс подготовки на одном обрабатывающем центре за один рабочий цикл. Это работает так: загружается задание для резки и указывается количество необходимых деталей, программа предлагает несколько вариантов оптимальной раскладки, оператор выбирает подходящий вариант и начинает резку. Предусмотрена функция автоматической обрезки вырезанного, что упрощает хранение остатков материала в производстве. Стоит упомянуть и то, что с CypCut материал на рабочем столе можно расположить без выравнивания - программное обеспечение проанализирует под каким углом лежит заготовка и оптимизирует задание для точного реза с учетом положения заготовки. Для получения ещё большего функционала можно воспользоваться и программным обеспечением CypNest, которое использует технологию Nesting намного шире и имеет меньше ограничений (например параметры резки можно установить ещё до отправки на станок, что позволяет ещё больше снизить простой оборудования и снижает человеческий фактор).

Сменный стол для станка по металлу - так ли важен?

Для дополнительного снижения простоя и повышения производительности можно воспользоваться автоматической сменой столов (паллет). В данном случае режущая головка обрабатывает материал сначала на одной, а затем на другой паллете, что позволяет значительно снизить время простоя (на 15 - 20%).

Двигатели для волоконного лазера - принцип подбора

Скорость и мощность излучателя в совокупности составляют параметр производительности станка. У станка есть два режима работы – холостой ход (лазерная головка перемещается от элемента к элементу без выполнения работы) и рабочий ход (перемещение лазерной головки во время её работы). Первый режим ограничен по скорости лишь техническими возможностями станка, а второй ограничен ещё и характеристиками обрабатываемого материала (хватает ли мощности излучателя для качественной резки того или иного материала на определённой скорости). Сумма времени, проведённого станком в одном из этих двух режимов работы, и будет составлять общее время работы станка. Чем меньше времени затрачивается на холостой ход в пользу рабочего, тем выше производительность станка.

Именно поэтому большую роль в повышении общей производительности станка играют двигатели, которые работают по осям X, Y и Z (X и Y – для перемещения лазерной головки по рабочему полю, Z - для регулировки её высоты). Более мощные двигатели отличаются высоким показателем ускорения и более высокой точностью перемещения. В конце концов выбор подходящего двигателя для вашего оборудования будет зависеть от его характеристик, а также ваших нужд и бюджета. По общей производительности сервоприводы значительно превосходят шаговые электромоторы, поэтому они хорошо подходят для производства с большой загруженностью, где очень важны максимальные точность и скорость, когда как если вам хватит и средней производительности, то шаговой двигатель справится со своей задачей.

Стабилизатор напряжения

Резкие скачки напряжения в электрических сетях создают риск к возникновению короткого замыкания или порчи электрических приборов в доме. Для безопасной и долгой работы лазерному станку требуется бесперебойная подача энергии и, так как возможность её обеспечить присутствует далеко не в каждом помещении, в дополнение к нему часто приобретается стабилизатор напряжения, помогающий нормализовать уровень напряжения. Для правильного подбора мощности стабилизатора для станка, необходимо вычислить суммарную мощность этого станка и его комплектующих, и прибавить к ней около 20%. Например, для лазерного излучателя с мощностью 80 Вт потребуется стабилизатор мощностью от 3 до 5 кВт.

Скорость резки

Скорость резки нужно рассчитывать, учитывая вышеупомянутую деградацию мощности, а также общую производительность излучателя. Поэтому при расчёте на будущее иногда имеет смысл приобрести лазерный излучатель немного большей мощности, чем необходимо, ведь как минимум, это станет гарантией более долгого срока службы, а высокая скорость резки на начальных этапах станет приятным бонусом.

Оптимизация загрузки и выгрузки материалов

При работе с металлическими листами большой толщины, часто возникают проблемы оптимизации загрузки и выгрузки, а также их хранения.

Для решения первой проблемы в основном используют кран-балку (часто встречается в цехах побольше), консольный кран (удобен в цехах, где свободного пространства поменьше), вакуумную траверсу (позволяет удобно выполнять процесс загрузки с помощью вакуумных присосок листового металла, не повреждая его) или грузоподъёмные магниты (неплохой недорогой вариант, который часто используют вместе с вакуумной траверсой).

Проблему хранения листов металла можно решить с помощью автоматизированной системы хранения, которая состоит из совокупности стеллажей и специальных подъёмно-транспортных устройств. При работе с металлическими листами небольшой толщины нужно также соблюдать максимальную осторожность в связи с их остротой, ведь риск получить травму при работе с ним вполне реален.

Далее уделим некоторое внимание ещё нескольким немаловажным аспектам, о которых следует знать перед покупкой волоконного лазерного станка

Вспомогательные газы

Во время работы волоконного лазерного станка в место реза через сопло подаётся газ, участвующий в процессе обработки заготовок лазерным лучом. С этой целью обычно используются следующие газы:

• Кислород;
• Воздух;
• Азот.

Поговорим о каждом из них отдельно:

Кислород - связи с тем, что кислород является активным газом, он применяется с меньшим уровнем давления, чем при использовании азота и воздуха, что снижает его расход. При работе с кислородом необходима точная регулировка давления - после пробития металла важно повысить давление, иначе вы рискуете получить брызги раскалённого металла при резке. Для контроля уровня давления вам понадобится особый регулятор. Давление при работе с кислородом не превышает 1 атм, а при использовании азота уровень давления обычно не выше 20 атм. При работе с кислородными баллонами стоит помнить об их взрывоопасности и обращаться с ними с соответствующей осторожностью и соблюдая требования пожарной безопасности.

Воздух - для резки металла может использоваться только воздух, предварительно прошедший процесс сжатия и очистки. Для этого требуется воздушный компрессор и фильтры, предотвращающие загрязнение станка парами масла и влаги. Такое оборудование является довольно дорогим и требует периодического обслуживания – своевременная замена фильтров и масла в данном случае имеет большую важность. Дешёвые компрессоры и фильтры довольно быстро выходят из строя, поэтому рекомендуется внимательнее подходить к их выбору. Винтовой компрессор с объёмом ресивера от 500 литров, давлением от 15 бар и производительностью от 800 л/мин будет отличным надёжным вариантом, если не сильно экономить при выборе.

Азот – азот отличается довольно высокими расходами при резке, поэтому для производства может потребоваться довольно большое количество баллонов с данным газом, поэтому применение данного газа может увеличить расходы на доставку и хранение. Эту проблему можно решить с помощью бака с жидким азотом, который после будет переходить в газообразное состояние. Из преимуществ применения азота можно выделить более привлекательный внешний вид краёв при резки, чем при использовании кислорода, где края будут более тёмными.

После выбора необходимого нам газа, возникает следующий логичный вопрос: «В каком виде стоит приобретать газ?». Для хранения кислорода и азота используются баллоны (40-70 л), моноблоки баллонов (состоят из нескольких средних баллонов – от 4-х и более) и криоцилиндры (вариант, сочетающий в себе компактность, чистоту и большой объём хранимого газа). При выборе между этими вариантами стоит задуматься о том, как часто будет использоваться ваш станок, ведь на постоянную смену одиночных баллонов при большом объёме производства будет уходить слишком много времени, и в таком случае лучшим вариантом станет приобретение моноблока или криоцилиндра.

Наличие клапана, совмещённого с датчиком давления, также является довольно важным вопросом, связанным с применением вспомогательных газов. Наличие датчика давления у клапана подачи газа позволит избежать больших затрат времени на постоянные ручные замеры и регулировку давления оператором.

Основные металлы для резки на лазерных станках

Лазерные станки для раскроя металла позволяют резать многие материалы, применяемые в промышленности в разных отраслях и производствах от частной мастерской до огромного завода.

• Черные металлы. Различные виды и марки сталей: нержавеющие, углеродистые и твердосплавные.
• Ферросплавов – чугун, титан.
• Цветные – медь, алюминий, цинк.

Ламели для оптоволоконных станков по металлу

Ламели для станков по металлу представляют собой металлические листы (обычно из алюминия) с верхушкой треугольной формы (чтобы свести физический контакт с обрабатываемым материалом к минимуму), которые используются в качестве рабочей поверхности для станков по металлу. Ламели при этом могут быть анодированными – такие ламели покрыты дополнительным защитным слоем, который повышает стойкость материала, а также убирает риск отражения от них лазерного луча. Ламелевые столы отличаются небольшим весом (по сравнению с другими типами), простотой эксплуатации и чистки. Из-за сниженного риска отстрелов и слабого соприкосновения заготовки со столом, качество готовых изделий будет несколько выше при использовании данного типа столов, что позволяет снизить количество времени, затрачиваемого на их последующую обработку. В процессе работы станка ламели постепенно изнашиваются, из-за чего их необходимо периодически менять (примерно раз в полгода-год). В связи с простотой их формы, сами ламели нередко производят на том же лазерном станке по металлу без особых затруднений.