АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ЛАЗЕРНОГО РАСКРОЯ ЛИСТОВОГО ПРОКАТА

AUTOMATION OF THE PROCESS OF LASER CUTTING OF SHEET METAL

Philipp Razdelny

student, Department of Automation, Mechatronics and Robotics, Vladimir State University,

Russia, Vladimir

Anastasia Kirilina

supervisor, Ph.D., Associate Professor, Department of Automation, Mechatronics and Robotics, Vladimir State University,

Russia, Vladimir

АННОТАЦИЯ

В представленной работе процесс лазерной резки листового металла рассматривается на примере замены универсального обрабатывающего оборудования современным лазерным комплексом. В ходе работы исследован процесс лазерной резки, проведен подбор необходимого оборудования, разработан новый технологический процесс. Разработан алгоритм работы автоматизированного лазерного комплекса.

ABSTRACT

In the present article, the process of laser cutting of sheet metal is considered on the example of replacing universal processing equipment with a modern laser complex. In the course of the work, the laser cutting process was investigated, the necessary equipment was selected, and a new technological process was developed. The algorithm of operation of the automated laser complex is developed.

Ключевые слова: лазерный раскрой; листовой прокат; автоматизированный лазерный технологический комплекс.

Keywords: laser cutting; sheet metal; automated laser technology complex.

Актуальность темы данной работы заключается в замене существующего процесса раскроя листового проката с применением универсального оборудования на процесс с внедрением автоматизированного комплекса лазерной резки, обладающего большим списком достоинств, таких как: высокая производительность, качество резки, точность обработки, безопасность, эргономика рабочего пространства, минимальное обслуживание, универсальность.

Применение комплекса лазерного раскроя прежде всего повышает производительность. Это связано с более быстрым перемещением и позиционированием в процессе лазерной резки, а также значительным фактором является возможность сокращения технологического процесса за счет объединения токарных и фрезерных операций, исключения из технологического процесса черновой обработки деталей.

На предприятиях, где требуется производство большого количества деталей из листового проката, повышается интерес к оборудованию лазерной резки. Связано это в первую очередь с уменьшением трудоёмкости и экономией материала за счет создания фигурного раскроя. Также для работы на таком комплексе не требуется высококвалифицированный токарь или фрезеровщик: его заменяет программное обеспечение.

Современные системы управления лазерными комплексами позволяют работать напрямую с CAD-файлами, что позволяет исключить этап составления управляющей программы и обеспечить быстрое изготовление необходимых деталей непосредственно по электронному чертежу с заданной точностью, которая достигается современными методами позиционирования режущей оптической головки, а также автоматической корректировкой траектории обработки в зависимости он ширины реза.

Для процесса газолазерной резки металлов можно выделить основные факторы, определяющие производительность и качественные показатели процесса. Среди них основными являются плотность мощности и мощность лазерного излучения, скорость резки, давление и состав поддуваемого газа, размеры и конфигурация сопла для подачи газа, расстояние от среза сопла до поверхности материала, поглощательная способность поверхности материала, вид, состав и свойства разрезаемых материалов. Плотность подводимой в зону обработки мощности зависит, в свою очередь, от мощности лазерного излучения, его модового состава, поляризации и условий фокусирования (фокусного расстояния линз, величины и направления расфокусировки) [1].

В данный момент на части предприятий раскрой листового проката осуществляется с помощью гильотинных ножниц и газовой резки ручным резаком. Для нужд производства требуется более производительное оборудование, способное осуществлять раскрой с наименьшими затратами времени и повышенным коэффициентом использования материала. Номенклатура изделий требует от заготовительного участка обеспечения производства самыми разнообразными заготовками, как по габаритам и конфигурации, так и по материалу.

Предметом рассмотрения данной работы является внедрение комплекса лазерной резки, способного покрыть нужды производства и повысить экономичность процесса изготовления деталей. В качестве исходных данных были взяты стандартные габариты листового проката, наиболее часто используемые при раскрое на заготовительном участке: 3000х1500 мм; 2500х1250 мм; 2000х1000 мм. Сортамент материалов также был подобран, исходя из наиболее распространенных в производстве: конструкционные стали (ст.3, ст.10, ст.20, ст.45, 65Г, 09Г2С, 12Х18Н10Т...); цветные металлы (алюминий и сплавы [Амг3, Амг6, Д16], медь [М1], латунь [Л63], вольфрам, молибден) [2]. Толщины проката от 0.1 до 20 мм. Учитывая вышеуказанные параметры и ознакомившись с представленным производителями лазерного оборудования образцами, было принято решение о внедрении установки лазерной резки Lasercut FO3015- 4.0PRF-ML-TC-W с рабочей зоной 3000х1500 мм, челночным столом с двумя сменными паллетами для сокращения подготовительно-заготовительного времени в ТП, с мощностью лазерного излучения 4 кВт.

Лазерный комплекс для раскроя листового проката – это лазерная технологическая установка, снабженная приводами перемещения портала и оптической головки, вспомогательной технологической оснасткой и общей системой управления для выполнения технологических операций. Все элементы комплекса функционально связаны друг с другом и осуществляют выполнение технологического процесса. В случае использования автоматизированной оптической головки и соответствующих систем связи между системами управления оптической головкой и лазером, а также системами слежения, комплекс лазерного раскроя считается автоматизированным технологическим комплексом. Обобщенно структурная схема управления рассматриваемым в данной работе оборудованием содержит систему автоматического контроля и управления (САКУ), выполняющую сбор, преобразование, отображение информации и создание управляющих команд, а также систему управления отдельными устройствами лазерного комплекса, воздействующими через регулирующие и исполнительные устройства на объекты управления согласно с этими командами [3]. Структурная схема управления комплексом лазерного раскроя LASERCUT FO3015-4.0PRF-ML-TC-W представлена на рис. 1.

Рисунок 1. Структурная схема комплекса LASERCUT FO3015-4.0PRF-ML-TC-W

Система управления (СУ) лазерным комплексом состоит из: лазерного излучателя ЛС-4 (иттербиевый волоконный, 4 кВт); двух оптических головок: режущей оптической головки LH-103 и сварочной головки YW52; триангулярного датчика слежения за сварочным швом TH6D; – контроллера слежения за поверхностью металла ZC-94 L для режущей оптической головки;  блока ЧПУ, в который входят стойка управления с программным обеспечением Unicut и платы ввода\вывода, с помощью которых осуществляется обратная связь с лазерным излучателем, контроллерами оптических головок и приводами перемещений станка; стабилизаторов сетевого напряжения; системы охлаждения лазерного излучателя; – системы газообеспечения (компрессор, газовая рампа); системы очистки воздуха. Работа на рассматриваемом лазерном комплексе осуществляется по представленному алгоритму рис. 2.

Например, до внедрения комплекса лазерной резки техпроцесс обработки детали "Опора" состоял из 13-ти операций, где каждая операция производилась отдельно на трех единицах механического оборудования. В процессе изготовления было задействовано несколько рабочих. Выполнение такого технологического процесса с использованием станков различного профиля занимало большие производственные площади и требовало участия большого количества персонала предприятия, а также имело высокую трудоёмкость. Автоматизированный технологический процесс с применением комплекса лазерной резки Lasercut FO3015-4.0PRF-ML-TC-W был упрощён и включает в себя 6 операций и одну единицу оборудования.

Все операции по обработке производятся на одном станке, представляющем собой комплекс лазерного раскроя. В управлении процессом участвует всего один оператор, обеспечивающий создание сборки из dxf-файла в ПО Unicut, поэтому работа полностью автоматическая (за исключением участия оператора в деятельности по оснащению и техобслуживанию). Замена фрезерной и координатно-расточных операций на резку лазером была возможна в виду технических требований к изготавливаемой детали, а именно: шероховатость Ra25 и квалитет H14, h14, которые достигаются методом лазерной обработки стали толщиной 10 мм на данном оборудовании [4].

Рисунок 2. Алгоритм работы лазерного комплекса LASERCUT FO3015- 4.0PRF-ML-TC-W

Список литературы:

1. Лазерная техника и технология. В 7 кн. Кн. 7. Лазерная резка металлов: Учеб. пособие для вузов/А. Г. Григорьянц, А. А. Соколов; Под ред. А. Г. Григорьянца.- М.: Высш. шк., 1988 ,- 127 с.: ил.
2. Марочник сталей и сплавов / В. Г. Сорокин, А. В. Волосникова, С. А. Вяткин и др; Под общ. ред. В. Г. Сорокина. — М.: Машиностроение, 1989. — 640 с.
3. АСУ на промышленном предприятии: Методы создания: Справочник/ С.Б. Михалёв, Р.С. Седегор, А.С. Гринберг и др.- 2-е изд. пераб. и допл.- М.: Энергоатомиздат.,1989.- 400с.
4. Кудряшов, Е.А. Материалы и технологические процессы машиностроительных производств / Е.А. Кудряшов, С.Г. Емельянов, Е.И. Яцун, Е.В. Павлов. - Вологда: Инфра-Инженерия, 2016. - 256 c.