3D-лазерная резка сложных деталей и поверхностей

3D-лазерная резка — это оптимальный метод, когда готовую или предварительно сформированную металлическую деталь необходимо обрезать, прорезать, проделать пазы или скосить края в нескольких плоскостях. Многоосевая режущая головка изменяет как положение, так и угол наклона, следуя запрограммированной геометрии. Это позволяет станку обрабатывать изогнутые панели, формованные профили и другие поверхности, которые на плоскостольном резаке невозможно расположить под углом к вертикальному лучу.

Дополнительные оси не всегда упрощают выполнение каждой задачи. Получение хороших результатов по-прежнему зависит от доступности, расположения детали, жесткости зажимного приспособления, неровностей поверхности, подачи газа и проверенной траектории инструмента. A пятиосевой станок имеет большое значение, поскольку позволяет регулировать взаимодействие между соплом и деталью. Однако это не является панацеей для обработки деталей неограниченной толщины, с микроскопическими элементами или при низком качестве исходных деталей.

Как с помощью 3D-лазерной резки обрабатываются сложные детали

В обычной 2D-машине режущая головка перемещается по плоскому листу, при этом сопло сохраняет фиксированное положение. В 3D-системе к этому добавляется вращательное движение, благодаря чему головка может ориентироваться на изменяющуюся поверхность или подходить к элементу сбоку. Пятиосевая система обычно сочетает в себе три линейные оси и две оси вращения. Контроллер координирует эти движения как единую траекторию.

При обычной обрезке программа может поддерживать сопло вблизи нормали к местной поверхности. При обработке скоса программа намеренно задаёт другой угол. Система должна контролировать рабочее расстояние, ориентацию, положение фокуса, скорость и мощность лазера на протяжении всего перемещения. Поэтому неверно утверждать, что луч всегда перпендикулярен; требуемый угол луча определяется элементом и спецификацией кромки.

Современный Станки для 3D-лазерной резки обычно программируются на основе 3D-модели. Программное обеспечение для автономной CAM-обработки извлекает кривую резания, назначает угол подхода, создаёт входные участки и моделирует зазор между режущей головкой и зажимным приспособлением. Затем оператор позиционирует реальную деталь в системе координат станка. Чёткая CAD-модель помогает в этом, но именно качество базовой точки зажимного приспособления и отклонения в форме детали определяют, будет ли запрограммированная траектория проходить именно там, где это предусмотрено чертежом.

Области применения 3D-лазерной резки для деталей сложной геометрии

Лазерная обрезка штампованных и формованных деталей

Обрезка — один из самых наглядных Области применения 3D-лазерной резки. После штамповки, вытяжки или горячей штамповки с готовой панели может потребоваться удалить излишки материала вокруг фланца. Кроме того, после формовки может потребоваться прорезать отверстия, поскольку их окончательное расположение зависит от конечной геометрии изделия. Лазер следует по поверхности, и для каждой доработки не требуется специального механического инструмента для обрезки.

Данный подход целесообразен при создании прототипов, изменении конструкции и в серийном производстве, когда программируемая обработка оказывается более целесообразной, чем использование жесткого инструмента. При этом в экономическом обосновании необходимо учитывать стоимость приспособлений, время программирования, загрузку и ожидаемый объем производства. При очень больших и стабильных объёмах производства специализированный инструмент может оставаться конкурентоспособным. Такое сравнение следует проводить в рамках анализа технологического процесса, а не в рамках общего утверждения о том, что один метод всегда быстрее.

Отверстия и пазы на изогнутых поверхностях

Пятиосевая режущая головка позволяет прорезать отверстия, пазы и проемы для доступа на изогнутых или наклонных стенках, контролируя при этом свое приближение к поверхности. Типичными примерами являются профилированные кронштейны, кожухи, конструкции транспортных средств и профилированные металлические корпуса. Можно выполнять несколько операций, пока деталь остаётся на одном зажимном приспособлении, при условии, что головка может до них дотянуться, не задевая заготовку или зажимы.

Не следует путать точность позиционирования станка с точностью готового отверстия. На измеряемый параметр влияют такие факторы, как ширина пропила, нагрев, поверхностное покрытие, состояние сопла, калибровка, угол луча и индивидуальные особенности детали. Допустимые отклонения, указанные в чертеже, следует подтвердить путем резки и контроля реального материала в предлагаемом зажимном приспособлении.

Скосовая резка и подготовка кромки сварного шва

Наклон головки позволяет 3D-лазеру создавать скошенные кромки, фаски и подготовку к сварке на доступных контурах. Это преимущество особенно заметно, когда угол резания меняется вокруг формованной детали или когда в рамках одной настройки необходимо создать несколько вариантов кромок. Программа должна учитывать траекторию луча и ширину пропила, чтобы полученная кромка соответствовала чертежу.

Возможности фаскирования ограничены зазором головки, угловым ходом, толщиной материала, качеством реза и зажимным устройством. Угол, указанный в брошюре, представляет собой предельное значение оси, а не доказательство того, что станок способен выполнить резку в любой точке глубокой детали под данным углом. Перед утверждением технологического процесса запросите расчет доступности и изготовление пробной детали.

Изогнутые трубы и металлические профили нестандартной формы

Гнутые, гидроформованные, экструдированные, волоченные и сварные профили часто подвергаются многоосевой обработке. Трехмерный лазер может обрезать торцы и добавлять элементы после того, как профиль примет окончательную форму. Это позволяет сократить количество перемещений между пилами, сверлильными станками, фрезерными станками и станциями ручной обрезки, поскольку одна технологическая ячейка способна обеспечить получение требуемых элементов.

Самая сложная часть — это расположение. Изогнутая труба может вернуться в исходное положение, штампованная деталь может отличаться от партии к партии, а сварная сборка может деформироваться. Зажимное приспособление должно иметь повторяемые опорные точки, не преграждая при этом траекторию реза. Если отклонения превышают допустимые пределы технологического процесса, может потребоваться зондирование, корректировка программы или изменение предыдущего этапа формовки.

Что затрудняет сложную 3D-лазерную резку

Большинство сбоев связано с труднодоступностью или расположением, а не с мощностью лазера. Глубокие стенки могут скрывать место реза от головки. Зажим может перекрывать единственный безопасный подход. Обрезки могут упасть на траекторию движения сопла. Деталь может правильно располагаться по трем опорным точкам, но смещаться при освобождении большого контура. Эти проблемы следует выявить на этапе моделирования, а затем устранить в ходе реальных испытаний.

Перед выпуском инженер-технолог должен проверить пять аспектов:

• Отклонения деталей в базах отсчёта и вдоль каждой критической поверхности разреза
• Зазоры для головки, сопла, кабеля, зажимного устройства и заготовки на всей траектории инструмента
• Управление дистанцией и поведение фокусировки на крутых или быстро изменяющихся поверхностях
• Последовательность резки, подача тепла, вспомогательный газ и риск смещения после отрыва материала
• Действия по восстановлению работы после столкновения, прерывания реза, замены сопла или регулировки зажимного устройства

При типичной неправильной передаче траектория CAM на экране выглядит идеально, но первая серийная деталь ударяется об опорную точку из-за неравномерности профилированной поверхности. Затем оператор пытается устранить ошибку с помощью смещений в программе. Это маскирует истинную проблему и делает следующую партию непредсказуемой. Сначала исправьте метод позиционирования; редактируйте траекторию только после того, как качество изготовления детали станет стабильным.

3D-лазерная резка и 2D-лазерная резка

Выбор зависит от геометрии детали. Используйте 2D-лазерную резку, если необходимые пропилы расположены на плоском листе и могут быть выполнены до формовки. Применяйте 3D-лазерную резку, если элементы детали должны соответствовать окончательной форме после формовки или требуют нескольких углов подхода. Перенос простого задания по обработке плоского листа в пятиосевой станок, как правило, приводит к увеличению затрат на программирование и погрузочно-разгрузочные работы, не улучшая при этом качество детали.

Точка принятия решения	2D-лазерная резка	3D лазерная резка
Заготовка	Плоский лист или пластина	Формированный профиль, состоящий из одной или нескольких плоскостей
Ориентация головки	Обычно фиксированный	Изменения в зависимости от запрограммированной поверхности или фаски
Программирование	2D-контур и раскрой	3D-модель, ориентация инструмента и моделирование столкновений
Крепление	Опора для листа или режущий стол	Расположение и зазоры для конкретных деталей
Лучшая причина для использования	Быстрое изготовление плоских деталей	Характеристики, привязанные к окончательной 3D-геометрии
Основной риск	Работа с листами и стабильность реза	Доступ, столкновения и вариации деталей

Как проверить качество 3D-лазерной резки

При демонстрации поставщиком следует использовать типовую серийную деталь, а не плоский образец или простой выставочный образец. Перед испытанием необходимо определить систему отсчета, приспособление, состояние материала, вспомогательный газ и метод измерения. Необходимо включить в испытание элемент, к которому наиболее трудно получить доступ, а также допуск, превышение которого обходится наиболее дорого.

1. Проверьте положение контура, расположение отверстий, угол, состояние кромок, наличие окалины и любые тепловые эффекты, которые могут оказать влияние на последующие этапы обработки.
2. Проведите измерения нескольких последовательных деталей, чтобы отделить повторяемость результатов от успеха, достигнутого благодаря одной удачной настройке.
3. Регистрируйте время, затраченное на программирование, позиционирование, загрузку, резку, разгрузку и контроль качества, а не только время работы луча.
4. Повторите тест после обычной замены сопла или сброса настроек приспособления, чтобы проверить восстановление работоспособности и зависимость от оператора.
5. Укажите допустимые результаты и обязанности в плане приемки закупки.

Особое внимание следует уделять микроотверстиям. Промышленную 3D-лазерную установку на волоконном лазере не следует описывать как оборудование с нанометровой точностью. Возможности по обработке мелких деталей зависят от системы подачи луча, ширины прорези, материала, толщины, движения, систем датчиков и контроля качества. Если задание предполагает обработку очень мелких деталей, сравните чертеж непосредственно с результатами образцов и рассмотрите, не будет ли более подходящим другой лазерный процесс.

Как выбрать станок для 3D-лазерной резки

Начните с определения рабочей зоны детали и необходимого доступа головки. Ход по осям описывает лишь перемещение станка; он не гарантирует, что сопло сможет достичь углублённой детали, расположенной вокруг зажимного приспособления. Попросите поставщика разместить вашу 3D-модель внутри предлагаемой производственной ячейки и продемонстрировать полную симулированную траекторию, включая быстрые перемещения и поведение отходов.

Затем проанализируйте диапазон перемещения осей, данные позиционирования, конструкцию стола, способ загрузки, функции ЧПУ, автономное программирование, проверку на столкновения и компенсацию координат. Неподвижный стол подходит для крупных или разнообразных приспособлений. Поворотный стол или стол с двумя положениями позволяет одновременно осуществлять загрузку и резку, однако это увеличивает затраты и требует учета веса детали и потребностей в переналадке. А роботизированная система 3D-лазерной резки может обеспечить гибкость рабочей зоны для некоторых задач; в тех случаях, когда заданная рабочая зона и конструкция станка лучше подходят для конкретной детали, предпочтительным может оказаться специализированный пятиосевой станок. Проведите сравнительный анализ обеих архитектур по одним и тем же критериям приемлемости.

Вместе с запросом на предоставление коммерческого предложения пришлите следующую информацию:

• Марки материалов и доля работ по материалам
• Минимальная, средняя и максимальная толщина
• Контур детали, глубина формовки, углы доступа и вес детали
• Типовые файлы STEP и чертежи с размерами
• Размеры отверстий, допуски, требования к краям и последующие операции
• Предполагаемый размер партии, количество смен и годовой объем
• Рекомендуемые газы и их наличие на месте
• Требования к погрузке, разгрузке, извлечению, технике безопасности и автоматизации

Полезное руководство по Как выбрать станок для 3D-лазерной резки Это должно привести к разработке исследования зоны охвата и плана отбора проб, а не к рекомендации, основанной исключительно на мощности в ваттах. Также следует уточнить, кто поставляет постпроцессор, кому принадлежит право на конструкцию светильников, какое обучение предусмотрено, как проверяется калибровка и какие запасные части должны находиться на объекте.

Когда 3D-лазерная резка не является подходящим методом

Выбирайте другой процесс, если геометрия не оправдывает дополнительные перемещения или если требуемый результат выходит за пределы заявленного рабочего диапазона процесса. Плоские детали следует обрабатывать на 2D-станке. Для очень толстых сечений целесообразнее использовать механическую обработку, гидроабразивную резку, плазменную резку или другой метод после сравнения качества и доступности. Для обработки сверхмелких деталей может потребоваться другой лазерный источник и платформа перемещения. Кроме того, 3D-ячейка становится невыгодным вложением, если низкая загрузка не позволяет покрыть затраты на приспособления, программирование, обслуживание и занимаемую площадь.

Такая же осторожность требуется при работе с нестабильным качеством поступающих деталей. Если отклонения сформированной детали превышают допустимые пределы, установленные для конкретного параметра, даже самый совершенный лазер не сможет исправить ситуацию с системой отсчета. Необходимо усовершенствовать процесс формовки, внедрить измерения и компенсацию там, где это оправдано, либо пересмотреть конструкцию. Правильным решением является процесс, который позволяет стабильно получать детали, соответствующие требованиям, а не станок с самым обширным набором функций.

Заключение

3D-лазерная резка оправдывает себя в тех случаях, когда отверстия, обрезки, контуры или фаски должны точно повторять окончательную геометрию штампованной металлической детали. Важными вопросами являются: может ли режущая головка достичь нужного элемента, обеспечивает ли зажимное устройство точное позиционирование реальной детали и проходит ли запрограммированный процесс проверку на повторяемость образца. Мощность имеет значение, но именно геометрия, управление и настройка обычно определяют, насколько качественно будет изготовлена сложная деталь.

Для крупного приложения с фиксированным набором таблиц один СЭНФЭН Конфигурация SF4025MF мощностью 3 кВт обеспечивает максимальный диапазон перемещения заготовки в трех измерениях 3500 × 2000 × 450 мм, ход по оси A составляет +/-135 градусов, ход по оси C — N x 360 градусов, точность позиционирования по осям X/Y/Z — +/-0,05 мм, а точность повторного позиционирования по осям X/Y/Z — 0,03 мм. Эти показатели относятся к данной конфигурации; окончательные характеристики станка определяются подписанным договором-заказом. Если у вас есть файлы STEP и чертежи, отправьте их технической службе SENFENG для оценки рабочего пространства и составления плана пробной резки. Мы предпочитаем показать вам, куда головка может дойти, а куда нет, чем продавать более крупную ячейку, основываясь на догадках.

Часто задаваемые вопросы

Для чего используется 3D-лазерная резка?

Он используется для обрезки, пробивания отверстий, прорезания пазов и снятия фасок с формованных металлических деталей, элементы которых расположены на криволинейных поверхностях или в нескольких плоскостях.

Можно ли с помощью 3D-лазерной резки прорезать отверстия на изогнутых поверхностях?

Да, если головка имеет доступ, а зажимное устройство точно фиксирует деталь. Требуемый допуск на отверстие необходимо подтвердить с помощью испытания образца.

Является ли 3D-лазерная резка более точной, чем 2D-лазерная резка?

Не всегда. Каждый процесс подходит для определённой геометрии, а точность готовой детали зависит от станка, приспособления, калибровки, материала и условий резания.

Может ли 3D-лазерный резак обрабатывать толстый металл?

Только в пределах указанного диапазона значений, соответствующих материалу, мощности лазера, газу, углу наклона и требованиям к кромке. Дополнительные оси не повышают мощность резания.

Какие файлы необходимы для проведения испытания по 3D-лазерной резке?

Предоставьте модель STEP, чертеж с размерами, данные о материалах и толщине, схему отсчётных точек, допуски, годовой объём производства и требования последующих этапов производства.