Руководство по 3D лазерной резке труб: процесс, инструменты и применение

В 1964 году был представлен первый в мире промышленный лазер, обеспечивающий скромную мощность всего в 1 милливатт (мВт). Всего за три года, к 1967 году, мощность лазера превысила 1000 Вт — достаточно, чтобы прорезать сталь толщиной 1 мм — что представляет собой миллионный скачок в выходной энергии. Этот прорыв ознаменовал начало эры лазерной обработки.

Под влиянием требований современного производства к высокой точности, эффективности и гибкости традиционные методы резки труб все чаще сталкиваются с трудностями в удовлетворении разнообразных производственных потребностей. В ответ на это появилась технология 3D-лазерной резки труб, сочетающая мощные лазеры, высокоскоростные многоосевые системы ЧПУ и интеллектуальное программное управление, которая стала ключевым новшеством в передовой обработке труб.

Свобода проектирования и производства: Эта технология открывает новые возможности для обработки конструктивных элементов, нестандартных профилей труб и автомобильных деталей, предлагая беспрецедентную свободу как при проектировании, так и при производстве.

Требования к технологиям: Несмотря на свои преимущества, 3D лазерная резка труб имеет более высокие технические требования. Достижение последовательных, высококачественных результатов зависит от комплексного системного подхода, охватывающего механическое проектирование, синхронизированное управление ЧПУ и передовые алгоритмы оптимизации траектории инструмента.

1.0Что такое 3D-лазерная резка труб?

Многоосевые возможности и гибкость материалов:
Оснащенные вращающейся и наклоняемой лазерной режущей головкой, 3D лазерные системы могут обрабатывать круглые трубы, квадратные и прямоугольные трубы, С-образные каналы, уголки, эллиптические профили и формы открытого сечения. Режущая головка может наклоняться по нескольким осям, обеспечивая углы резки до 45°. Это делает ее идеальной для зенкованных отверстий, снятия фасок и скошенных кромок, что особенно полезно в приложениях, требующих сварных соединений или подготовки сварного шва без присадки.

Интегрированная многозадачность:
3D-лазерная система может выполнять резку, скашивание и снятие фасок за одну операцию, сокращая ручное вмешательство и время производства. Она поддерживает как прототипирование, так и крупносерийное производство, гибко адаптируясь к различным производственным сценариям.

Основные требования к контролю при 3D-обработке труб:
В отличие от обработки плоских листов, резка труб требует, чтобы лазерный луч динамически перемещался вокруг трехмерной структуры. Это требует точного контроля нескольких критических параметров:

• Расстояние между соплами и фокусное положение: Необходимо динамически корректировать в зависимости от радиуса трубы и геометрии реза.
• Мощность лазера и скорость резки: Требуется адаптация в реальном времени к изменениям толщины стенок
• Регулировка высоты фокусировки: Динамическая фокусировка улучшает качество и эффективность резки, сводя к минимуму термические повреждения и отходы материала.

Проблемы угловой резки и меры компенсации:
Поскольку лазерные лучи имеют конический профиль, ширина реза изменяется в зависимости от угла резки, что может повлиять на точность размеров и сварку. Для компенсации:

• Компенсация пропила: Система должна корректировать изменение ширины пропила, чтобы поддерживать правильную длину деталей и точность соединений.
• Фокусировка и управление потоком газа:Изменение положения фокуса и угла вспомогательного газа помогает предотвратить турбулентность и потерю газа, что особенно важно при наклонах на 45°, обеспечивая стабильную и эффективную резку.

Компенсация неровностей труб в реальном времени:
Трубы могут демонстрировать начальный изгиб, боковое отклонение или деформацию из-за консольного позиционирования. Современные 3D-лазерные режущие машины, оснащенные интегрированными системами измерения и поддержки, могут обнаруживать и компенсировать эти проблемы в режиме реального времени, сокращая ошибки допуска и отходы материала.

2.0Примеры применения технологии 3D лазерной резки труб

3D лазерная резка труб широко применяется в современном производстве для высокоточной и высокоэффективной обработки труб. Она особенно хорошо подходит для таких секторов, как стальные конструкции, аэрокосмическая промышленность и другие отрасли, требующие сложного изготовления. Ниже приведены типичные сценарии применения, которые подчеркивают преимущества и практическое использование этой передовой технологии:

• Автоматическая подача и загрузка трубки:
  Автоматизированные загрузчики пакетов эффективно обрабатывают тяжелые трубы, значительно сокращая время настройки и повышая безопасность оператора. В крупносерийном производстве автоматизация обеспечивает быстрое и стабильное позиционирование труб на станции резки, значительно увеличивая производительность и сокращая потребность в рабочей силе.
• Резка и снятие фаски с труб высокой прочности:
  Способен выполнять точные, безотходные разрезы и скосы на двутавровых балках, швеллерах и L-образных профилях. Система оснащена полноходовым трехзажимным механизмом поддержки для обеспечения надежного зажима на протяжении всего процесса. Он широко используется в производстве конструкционной стали, башен и мостов, удовлетворяя спрос на высокоточное изготовление.
• Высокоточная резка с интеллектуальной раскладкой:
  С интеллектуальным программным обеспечением для раскроя ALEKVS траектории резки автоматически оптимизируются для минимизации отходов материала. Программное обеспечение поддерживает последовательность траекторий для квадратных и круглых труб, генерируя траектории инструмента на основе порядка поверхности или интервала для обеспечения эффективной и последовательной резки.
• Технология безотходной резки:
  Для тяжелых условий эксплуатации интеллектуальная система резки с тремя патронами и нулевыми отходами исключает потерю материала. Благодаря синхронизированному движению нескольких патронов система обеспечивает полноразмерную и точную резку длинных труб без образования отходов, что эффективно снижает производственные затраты.
• Динамическая поддержка тяжелых труб:
  Система поддержки с полным сервоприводом настраивается в реальном времени для поддержания вертикального положения трубы во время резки. Это предотвращает провисание или колебание и обеспечивает стабильность и точность резки по всей заготовке, что особенно важно для длинных или тяжелых труб.
• Многофункциональные возможности резки:
  3D лазерная головка поддерживает расширенные функции, такие как резка под углом 45°, что улучшает прочность и однородность сварного шва. Она также позволяет точно создавать отверстия Y-образного ответвления для многонаправленных трубных соединений, удовлетворяя потребности сложных структурных компонентов.
• Обработка профильных труб и сложных конструкций:
  3D лазерная резка позволяет пространственное следование контуру, что позволяет обрабатывать нерегулярно изогнутые трубы и сложные 3D структурные детали. Эта возможность идеально подходит для индивидуальных высокоточных применений, таких как монтажные пазы или установочные отверстия в каркасах мебели и промышленных конструкциях.

3.0Что такое 3D-станок для лазерной резки труб?

3D станок для лазерной резки труб это высокоточная система ЧПУ, предназначенная для резки и скашивания металлических труб под различными пространственными углами. Используя лазерный луч в качестве источника энергии и многокоординатную систему управления движением, она обеспечивает точную резку на сложных поверхностях и под невертикальными углами. Это ключевой инструмент в передовом производстве и интеллектуальном изготовлении.

Основные функции и приложения:
Машина для лазерной резки труб 3D имеет многокоординатную координацию — обычно 5- или 6-осевую — для обработки широкого спектра металлических трубных профилей, включая круглые, квадратные, прямоугольные и эллиптические трубы. Она способна выполнять угловые разрезы, пространственные скосы, отверстия и другие сложные геометрические формы с высокой точностью.

Принцип работы:
Волоконный лазер генерирует высокоэнергетический луч, который фокусируется режущей головкой на поверхности трубы, локально расплавляя материал и обеспечивая резку.
Режущая 3D-головка способна вращаться и наклоняться, действуя совместно с осями X, Y, Z и поворотными осями для точного управления траекторией луча и выполнения сложных задач 3D-резки.
Система поддерживает резку под различными углами наклона, например 45° или 60°, для подготовки готовых к сварке фасок и сложных контуров.

Основные компоненты:

• Источник лазера:Обычно это волоконный лазер мощностью от 1 кВт до 6 кВт.
• 3D режущая головка:Позволяет выполнять наклонные и вращательные движения для многоугловых операций.
• Система управления ЧПУ:Обеспечивает многоосевую координацию, поддерживает импорт файлов CAM для эффективного программирования
• Автоматическая система зажима и поворотной подачи:Обеспечивает точное позиционирование и подачу трубки
• Задняя бабка и интеллектуальная система раскладки (опционально):Оптимизирует использование материалов и сокращает отходы

Примеры возможностей резки:

• Угловые разрезы на концах труб / Скашивание:Обеспечивает точные углы для подготовки к сварке
• Резка отверстий под произвольными углами:Подходит для сложного размещения отверстий на поверхностях труб.
• Взаимоблокирующие пазы и позиционирующие отверстия:Обеспечивает точную подгонку и выравнивание сборки

4.0Ключевые компоненты системы 3D-лазерной резки труб

• Источник волоконного лазера:
  Обеспечивает высокую плотность энергии с низкими требованиями к обслуживанию и превосходной совместимостью с отражающими материалами. Волоконные лазеры обеспечивают стабильный выход луча для точной резки, минимизируя при этом эксплуатационные расходы.
• Головка лазерной 3D-резки:
  Оснащенная встроенными механизмами вращения, наклона и автофокусирующейся оптикой, режущая головка обеспечивает точную резку под любым пространственным углом. Она поддерживает широкий спектр применений — от резки концов труб до сложных 3D-профилей — повышая гибкость процесса.
• Многоосевая система управления движением:
  Поддерживает 5- или 6-осевое синхронизированное движение (X/Y/Z + вращение + наклон), что позволяет выполнять одновременную многомерную резку. Это необходимо для обработки труб сложной геометрии и повышения производительности производства.
• Интеллектуальная система зажима и последующей поддержки:
  Автоматически определяет тип трубы и обеспечивает точное зажатие и выравнивание. Сервоприводная система поддержки настраивается в режиме реального времени во время резки, чтобы предотвратить деформацию или вибрацию, обеспечивая стабильные и точные результаты.
• Интегрированное программное обеспечение CAM:
  Позволяет осуществлять прямой импорт файлов CAD, планирование траектории инструмента и интеллектуальное моделирование. Система CAM автоматически оптимизирует параметры резки на основе геометрии, сокращая отходы материала и время цикла.
• Автоматизированное размещение и оптимизация траектории инструмента:
  Встроенная функция раскроя позволяет организовать схемы резки на основе длины трубы и размеров профиля, что позволяет максимально эффективно использовать материал и повысить эффективность работы.
• Высокоскоростная прецизионная система сервопривода:
  Усовершенствованные серводвигатели и приводы обеспечивают быструю резку и высокоточное позиционирование. Это гарантирует стабильные результаты даже при обработке сложных форм и различной толщины стенок.
• Система управления мощностью лазера:
  Автоматически регулирует мощность лазера в зависимости от типа и толщины материала для достижения оптимального баланса резки, избегая пере- или недорезов и повышая как качество резки, так и эффективность использования материала.
• Вспомогательная система газовой резки:
  Точно регулирует поток газа для оптимизации зоны термического воздействия во время резки. Это минимизирует заусенцы и деформацию кромок, одновременно увеличивая скорость резки и надежность процесса.
• Интегрированный удаленный мониторинг и обслуживание:
  Система включает в себя удаленную диагностику для мониторинга состояния машины в реальном времени. Она может заранее обнаруживать потенциальные неисправности и выдавать оповещения, сокращая время простоя и улучшая график технического обслуживания.

5.0Как правильно выбрать станок для 3D-лазерной резки труб

При выборе системы 3D лазерной резки труб, помимо основных технических характеристик, важно оценить машину на основе фактических производственных требований и условий цеха. Необходимо учитывать следующие факторы:

• Поддерживаемые типы и размеры трубок:
  Убедитесь, что машина может обрабатывать конкретные размеры и профили, необходимые для ваших приложений. Ключевые параметры включают:
  • Диапазон диаметров круглой трубы:Разные машины поддерживают разные диапазоны диаметров — убедитесь, что они соответствуют вашим потребностям в обработке.
  • Предел толщины стенки:Для толстостенных труб (более 5 мм) решающее значение имеет более высокая мощность лазера для обеспечения эффективной резки.
  • Совместимость с нестандартными профилями:Если требуется обработка квадратных, прямоугольных или других специальных профилей труб, убедитесь, что станок способен обрабатывать эти профили.
• Наличие автоматизированных систем погрузки и разгрузки:
  Автоматизация значительно повышает производительность и сокращает ручной труд, особенно в крупносерийном производстве. Автоматизированная система обработки материалов обеспечивает бесперебойную подачу трубок между партиями, сводя к минимуму время простоя и максимизируя эффективность производства.
• Требования к возможности резки под углом:
  Если ваша область применения включает сварные узлы, отдайте предпочтение машинам, оснащенным функцией резки фасок. Скашивание фасок позволяет делать угловые разрезы на концах труб для повышения прочности, точности и однородности сварки, что напрямую влияет на качество конечного продукта.
• Согласование мощности лазера:
  Мощность лазера должна соответствовать типу материала и толщине стенки. Для труб толщиной более 5 мм рекомендуется выходная мощность лазера более 3 кВт для поддержания качества и скорости резки. Более высокая мощность позволяет выполнять более глубокие и быстрые разрезы, что делает его пригодным для обработки толстостенных материалов.
• Удобство использования и расширяемость программного обеспечения:
  Интегрированное программное обеспечение управления напрямую влияет на простоту эксплуатации и точность резки. Примите во внимание следующее:
  • Простота использования:Оцените, является ли интерфейс программного обеспечения удобным для пользователя, поддерживает ли он импорт файлов САПР и позволяет ли эффективно планировать траекторию инструмента.
  • Расширяемость:Оцените, сможет ли система поддерживать будущие обновления, новые функции и интеграцию с другими машинами или производственными системами.

6.0Основные различия между 2D и 3D лазерной резкой

7.0Основные преимущества 3D лазерной резки труб

• Скорость: Лазерная резка работает значительно быстрее традиционной механической резки, особенно при сложной геометрии и многоугловых операциях.
• Качество: 3D лазерная резка обеспечивает чистые края с минимальным образованием заусенцев. Зона термического влияния (ЗТВ) узкая, что снижает деформацию материала и обеспечивает высокое качество готовых деталей.
• Универсальность: Одна система может обрабатывать широкий спектр материалов, таких как сталь, нержавеющая сталь и алюминий, и поддерживает различные профили, включая круглые, квадратные, прямоугольные трубы, уголки и двутавровые балки.
• Точность: Обеспечивает исключительную точность резки с допусками до +/- 0,005 дюйма (0,127 мм). Постобработка часто не требуется, что сводит к минимуму отходы материала и снижает производственные затраты.
• Безопасность: Лазерная резка — это бесконтактный и закрытый процесс. Луч заключен в светонепроницаемый корпус, что сводит к минимуму риск травмирования оператора и повреждения машины.
• Бесконтактная операция: Поскольку нет физических режущих инструментов, механический износ и трение исключены. Это приводит к меньшему обслуживанию машины и более длительному сроку службы оборудования.
• Низкое энергопотребление: Системы лазерной резки энергоэффективны даже в условиях крупносерийного производства. Они поддерживают высокую производительность, минимизируя общие затраты на электроэнергию.

 

Ссылки

https://blog.blmgroup.com/advantages-and-limits-of-tube-3d-laser-cutting