Прототип многофункционального лазерного станка

В одной из предыдущих статей, посвященной экономике лазерных технологий, мы показали, что одна из возможных стратегий обеспечения рентабельности – это комплексное использование различных технологических процессов для максимальной загрузки лазерного источника. Важно было перейти «от слов к делу» и продемонстрировать, что такой принцип можно довольно просто реализовать «в железе», причем без применения промышленных роботов, и что стоимость необходимого комплекта оборудования приемлема даже для малых производственных фирм.

В кооперации с разработчиками точного электропривода был создан демонстрационный стенд, который обеспечивает в комплексе выполнение практически всех базовых процессов лазерной обработки в промышленности – резку, сварку, закалку и перфорацию. Использование ограниченного количества осей, в отличии от промышленного робота, не сильно сужает реальные возможности, зато расширяет возможности программирования и снимает проблемы точности.

Созданный стенд использовался на выставках для реальной демонстрации подхода и представлял собой работающий концепт-проект министанка для всех видов лазерной обработки. Стояла цель – оценить интерес потенциальных покупателей к такого рода оборудованию и собрать замечания и рекомендации.

Координатная система стенда была образована тремя ортогональными координатами, две из которых (в горизонтальной плоскости) обеспечивали линейные вентильные моторы,. Третью вертикальную координату обеспечивала подвижка на основе шагового двигателя и ШВП. Таким образом, лазерная головка имела возможность программно перемещаться по трем декартовым координатам. Дополнительно система была дополнена точным вращателем на вентильном двигателе с полым ротором, который формировал четвертую программную ось. Система управлялась от ЧПУ стандартного промышленного типа.

Волоконный лазер был соединен с системой ЧПУ с возможностью полного управления режимом генерации (мощность, частота, скважность), причем мощность излучения программировалась как координатная ось, а частота и скважность – как параметры процесса.

В системе была использована лазерная головка VF001M со сменными насадками, что и обуславливало возможность выполнения целого набора процессов лазерной обработки. Хотя технически существовала возможность полного программного управления головкой VF001M по цифровому каналу RS485, но на первом этапе эта возможность не использовалась и ЧПУ принимала от головки только сигнал общей ошибки и аналоговый сигнал расстояния от сопла до металла. Относительное фокусное расстояние и положение точки фокуса относительно сопла оператор устанавливал с местного пульта управления лазерной головкой.

В таблице 1  представлена информация о возможности программного управления технологическими процессами,  в т.ч. отдельного программирования начала отработки  контура (режим врезки или входа в процесс) и режима выхода. Описанная конфигурация СПУ системы позволяла использовать для подготовки программ произвольные средства технологической подготовки, например, использовавшиеся для работы с системами лазерного раскроя. Функция управления вращателем при таком подходе обеспечивалась возможностью перенаправить управление линейной координатой (например Y) на управление угловой координатой R. При этом плоский контур движения как бы налагается на цилиндрическую поверхность детали.

Таблица 1. Перечень управляемых параметров технологического процесса

 Понятно, что для полной реализации всех возможностей координатных движений необходимо будет реализовать новую версию технологической подпрограммы, но даже реализованные возможности уже достаточны для большого числа конкретных применений. Использование стандартного формата и языка управления обеспечивает готовую технологическую информационную цепочку CAD-станок, привычную для промышленных предприятий. Это выгодно отличает систему от систем с использованием промышленных роботов, где весьма велики затраты труда на интерактивное программирование циклов или на программные средства для независимого программирования. Также нужно учитывать то преимущество, что точность описываемой системы не хуже 50 мкм, что существенно лучше реальной контурной точности большинства роботов.

Описанная система использовалась для большого числа демонстраций реальных или демонстрационных процессов как во время проведения выставок, так и в рамках узких семинаров для специалистов. Эти примеры показывают, что демонстрационный стенд является не только отличным средством  рекламы новых технологий, но и представляет собой удачный вариант реализации универсального многофункционального лазерного станка, непосредственно пригодного для практического применения. Именно этим был вызван большой интерес на выставках. Большое значение также имеет то, что стоимость самого станка существенно, в 2 - 3 раза меньше стоимости самого лазерного источника. Это обстоятельство, а также гибкость и многофункциональность, может обеспечить быструю окупаемость вложений для производственников.

На наш взгляд, который сформировался по результатам общения с техническими специалистами предприятий и на основе проведенных технологических испытаний оборудования, необходимо выполнить только ограниченный набор доработок для того, чтобы выставить разработку на рынок промышленного оборудования:

o    Встроить в систему промышленную телекамеру для автоматизации наведения и привязки к объекту;

o    Добавить автоматические регуляторы расхода газа для полного контроля сварочных операций;

o    Разработать комплекты технологической оснастки для крепления изделий.

Кроме этого, желательно разработать специализированную технологическую подсистему для упрощения подготовки рабочих программ для станка.

Выводы:

1. Совместными усилиями нескольких фирм-разработчиков создан и успешно опробован демонстрационный стенд для показа реальных процессов лазерной резки, сварки, закалки и перфорации.

2. Демонстрационный стенд за счет использования промышленных решений представляет собой практически готовый прототип промышленного многофункционального лазерного станка

3. Использование точной сервотехники в сочетании с перестраиваемой лазерной технологической головкой обеспечивает уникальную технологическую гибкость станка и его применимость для широкого набора технологических операций.