隨著激光加工技術(shù)越來(lái)越被金屬加工領(lǐng)域所認(rèn)可并采用,激光加工技術(shù)也面臨著市場(chǎng)更高的技術(shù)要求。尤其是在激光切割領(lǐng)域,板材的材質(zhì)和厚度極大地限制了勞動(dòng)生產(chǎn)效率,這就要求切割設(shè)備更加智能化,設(shè)計(jì)合理化。本文將向廣大讀者介紹目前市場(chǎng)上兩種新型技術(shù),即自動(dòng)聚焦切割頭和交互式工作臺(tái),都能大大的提升加工效率,提高切割質(zhì)量。
自動(dòng)聚焦切割頭
激光切割包含穿孔和切割過(guò)程,在進(jìn)行穿孔時(shí),無(wú)論是碳鋼還是不銹鋼,當(dāng)焦點(diǎn)位于材料表面及其以下時(shí),穿孔的效率較高,但是對(duì)于切割來(lái)言,碳鋼和不銹鋼是不一樣的。當(dāng)切割不同厚度的材料,焦點(diǎn)距板材表面的深度也不同,需根據(jù)板材種類(lèi)和厚度及時(shí)調(diào)整。
僅就穿孔過(guò)程,對(duì)厚板而言,最佳穿孔方案為焦點(diǎn)位置從始至終在變化,以實(shí)現(xiàn)最高效穿孔。常規(guī)切割頭,針對(duì)不同材質(zhì)、不同厚度的切割板材,需要人工調(diào)整焦點(diǎn)高度,不能實(shí)現(xiàn)穿孔過(guò)程中的焦點(diǎn)實(shí)時(shí)變化,設(shè)定固定的穿孔時(shí)間,造成整個(gè)過(guò)程多次人工干預(yù),無(wú)法實(shí)現(xiàn)智能控制,無(wú)法實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量和高效率的切割。經(jīng)過(guò)多年的研究與積累,奔騰激光在切割頭技術(shù)上取得了巨大的突破,成功推出了一款自動(dòng)聚焦切割頭(圖1)。
圖1自動(dòng)聚焦切割頭
自動(dòng)聚焦切割頭運(yùn)用于光纖激光切割機(jī),其主要特征在于:采用穿孔檢測(cè)單元和自動(dòng)調(diào)焦鏡片系統(tǒng),從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)切割過(guò)程的智能控制,無(wú)需過(guò)程的人工控制。
穿孔檢測(cè)單元用于激光器穿孔過(guò)程的監(jiān)視,這個(gè)單元包括分析前置放大器和三個(gè)傳感器,其基本工作機(jī)理為:在穿孔過(guò)程中(沒(méi)有穿透時(shí)),光在材料表面形成反射,位于切割頭內(nèi)的光敏傳感器檢測(cè)反射光的強(qiáng)弱,并產(chǎn)生電信號(hào),根據(jù)該信號(hào)來(lái)控制穿孔功率的大小并檢測(cè)穿孔是否完成。具體檢測(cè)的參數(shù)為:⑴控制穿孔功率,在軟件設(shè)置中,通過(guò)參數(shù)來(lái)控制穿孔的基準(zhǔn)功率,并在穿孔過(guò)程中,實(shí)時(shí)改變穿孔功率的大小。具體來(lái)說(shuō),在穿孔參數(shù)設(shè)置時(shí),設(shè)定一定的頻率和占空比,在穿孔的過(guò)程中,改變電流值來(lái)改變功率達(dá)到既快速又不爆孔的目的。⑵穿孔完成監(jiān)測(cè),在穿孔過(guò)程中,如果檢測(cè)到反饋電壓值低于預(yù)先所設(shè)置值,則認(rèn)為穿孔已經(jīng)完成,如果設(shè)定值越低,則穿孔時(shí)間越長(zhǎng),對(duì)應(yīng)的穿孔完成情況越好,反之,穿孔越快,有可能在切割時(shí)產(chǎn)生爆孔現(xiàn)象。
自動(dòng)調(diào)焦鏡片系統(tǒng)是利用自調(diào)焦反射鏡片改變光斑的發(fā)散角來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)焦點(diǎn)控制的,其中,調(diào)焦反射鏡片不是一個(gè)平面鏡片,而是一個(gè)微微彎曲的鏡片,而其彎曲曲率是可以通過(guò)氣壓即時(shí)調(diào)整的。激光通過(guò)這種特殊的鏡片可改變光斑的大小。CNC控制系統(tǒng)在激光加工時(shí),根據(jù)不同的加工位置坐標(biāo)即時(shí)調(diào)整光斑大小,從而保證整個(gè)光路在切割幅面上的一致性。自動(dòng)調(diào)焦鏡片系統(tǒng)可以讓穿孔和切割在不同的焦點(diǎn)下進(jìn)行。
由此可以看出,此款切割頭優(yōu)點(diǎn)在于:
⑴穿孔過(guò)程焦點(diǎn)位置隨時(shí)可調(diào),同時(shí)通過(guò)功率調(diào)整,可智能實(shí)現(xiàn)最佳穿孔方案,保證高質(zhì)量和高效率穿孔,過(guò)程無(wú)需人工干預(yù)。
⑵穿孔過(guò)程實(shí)時(shí)監(jiān)控,出現(xiàn)任何異常可實(shí)現(xiàn)智能報(bào)警直至停機(jī)。
⑶穿孔完成后無(wú)需等待時(shí)間,即刻進(jìn)入切割過(guò)程,過(guò)程無(wú)需人工干預(yù),杜絕因穿孔時(shí)間設(shè)定過(guò)短無(wú)法完成穿孔或時(shí)間設(shè)定過(guò)長(zhǎng)效率低下的現(xiàn)象。
⑷對(duì)應(yīng)不同材質(zhì)和厚度的板材,直接調(diào)用切割數(shù)據(jù)庫(kù),無(wú)需手工調(diào)整焦點(diǎn)位置。
交互式工作臺(tái)
為提高設(shè)備生產(chǎn)效率,一般激光切割機(jī)配備有交換工作臺(tái)系統(tǒng),含兩個(gè)工作臺(tái):一個(gè)工作臺(tái)用于切割,另一個(gè)工作臺(tái)在切割區(qū)域外用于上、下料。由于切割頭上下高度調(diào)整機(jī)構(gòu)(一般稱(chēng)為Z軸)結(jié)構(gòu)限制,高度調(diào)整行程不可能很大,這就要求在切割位置,無(wú)論哪一個(gè)工作臺(tái)必須處于同一水平高度。
常規(guī)結(jié)構(gòu)的交換工作臺(tái)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)交換時(shí),上下工作臺(tái)必須層疊于尾端交換工作臺(tái)上,然后通過(guò)獨(dú)立的升降機(jī)構(gòu)選擇上或者下工作臺(tái)將被牽引至切割位置。
以下工作臺(tái)位于切割位置為例,常規(guī)交換工作臺(tái)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)交換過(guò)程為:下工作臺(tái)后移至交換工作臺(tái)上,然后交換工作臺(tái)下降,然后上工作臺(tái)前移至切割位置,交換時(shí)間為兩個(gè)工作臺(tái)移動(dòng)時(shí)間和一個(gè)上升(下降)時(shí)間,一般為50秒。為了提高切割效率,減少工作臺(tái)交互時(shí)間,奔騰激光設(shè)計(jì)了一種新的工作臺(tái)交互系統(tǒng)(圖2),其結(jié)構(gòu)主要包括:下平移工作臺(tái)、上升降工作臺(tái)、下平移工作臺(tái)軌道、上升降工作臺(tái)軌道和工作臺(tái)交換驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等幾個(gè)部分。
圖2 交互式工作臺(tái)
工作臺(tái)交換過(guò)程開(kāi)始時(shí),兩個(gè)工作臺(tái)在高度上處于同一水平面,此高度定義為工作高度,假定此時(shí)位于工作區(qū)域的是下平移工作臺(tái)。交換開(kāi)始后,下平移工作臺(tái)水平后移,同時(shí)位于尾端的上升降工作臺(tái)整體呈20°向上傾斜前移并上移至一定高度,上移的空間足夠讓下平移工作臺(tái)通過(guò),然后上升降工作臺(tái)在此高度上向前平移,此時(shí)下平移工作臺(tái)后端與上升降工作臺(tái)前端層疊,兩工作臺(tái)繼續(xù)相向移動(dòng),直至下平移工作臺(tái)前端和上升降工作臺(tái)尾端層疊,上升降工作臺(tái)開(kāi)始整體呈20°向下傾斜前移并下移至工作高度,完成交換。
若位于工作區(qū)域的是上升降工作臺(tái),交換開(kāi)始后,上升降工作臺(tái)整體呈20°向上傾斜后移并上移至一定高度,上移的空間足夠讓下平移工作臺(tái)通過(guò),同時(shí)位于尾端的下平移工作臺(tái)前移,然后上升降工作臺(tái)在此高度上向后平移,此時(shí)下平移工作臺(tái)前端與上升降工作臺(tái)后端層疊,工作臺(tái)繼續(xù)相對(duì)移動(dòng),直至下平移工作臺(tái)后端和上升降工作臺(tái)前端層疊,上升降工作臺(tái)開(kāi)始整體呈20°向下傾斜后移和下移至工作高度,完成交換。
下平移工作臺(tái)軌道用于下平移工作臺(tái)移動(dòng)時(shí)的平移導(dǎo)向,上升降工作臺(tái)軌道用于上升降工作臺(tái)上升、平移和下降移動(dòng)導(dǎo)向,兩個(gè)工作臺(tái)始終運(yùn)行于不同的軌道。本工作臺(tái)交換驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)上的滾輪同時(shí)驅(qū)動(dòng)下平移工作臺(tái)和上升降工作臺(tái),實(shí)現(xiàn)兩個(gè)工作臺(tái)同步運(yùn)動(dòng)。
由此可以看出,此工作臺(tái)交互系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)在于:
⑴無(wú)獨(dú)立的升降裝置,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,無(wú)升降等待時(shí)間。
⑵兩個(gè)工作臺(tái)同步移動(dòng),減少一個(gè)工作臺(tái)全行程運(yùn)行時(shí)間。
⑶兩個(gè)工作臺(tái)運(yùn)行于不同的導(dǎo)向軌道中,易于調(diào)節(jié)高度和升降位置。
⑷工作臺(tái)交互式交換系統(tǒng)將交換循環(huán)時(shí)間提高到20秒,極大地提高了工作效率。
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