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Come migliorare l'efficienza di lavorazione delle macchine utensili senza aumentare la potenza del laser?

05/28/2024

In passato, l’aumento della potenza del laser era considerato il modo più diretto ed efficace per migliorare l’efficienza della lavorazione. Tuttavia, dopo il lancio della macchina da taglio laser da 60.000 watt, l’industria ha avviato una discussione per stabilire se la potenza abbia raggiunto il limite.

Gli esperti del settore ritengono che 60.000 watt abbiano già la capacità di sostituire completamente il taglio al plasma e a fiamma. Ulteriori aumenti di potenza non contribuiranno molto a ridurre l’efficienza e la capacità, ma aumenteranno invece i costi per gli utenti e il consumo di energia. Tuttavia, la ricerca dell’efficienza in campo industriale è infinita. Se la potenza ha raggiunto il limite massimo, quali altri modi possono essere utilizzati per migliorare l’efficienza di elaborazione?

Presentazione delle traverse in fibra di carbonio per raddoppiare l'accelerazione

Trave composita in fibra di carbonio

È noto che la traversa è uno dei componenti chiave di una macchina utensile a portale. Le caratteristiche statiche e dinamiche della traversa determinano le prestazioni complessive della macchina utensile e hanno un impatto importante sull'efficienza di lavorazione, sulla precisione e sulla stabilità della macchina utensile. Attualmente, le traverse delle macchine utensili sono realizzate in metalli, principalmente getti di acciaio e leghe di alluminio.

Le traverse in acciaio presentano i vantaggi di una buona stabilità e di un'elevata precisione, ma il loro peso elevato viene solitamente applicato alle macchine utensili con requisiti di bassa velocità. Per ottenere velocità e accelerazioni elevate, i motori devono essere abbinati a potenza e coppia molto elevate. Quando le caratteristiche dinamiche superano il limite, è impossibile migliorare ulteriormente le prestazioni. Per ridurre il peso della traversa, le persone hanno iniziato a utilizzare traverse in lega di alluminio, ma il peso delle travi in alluminio è ancora troppo grande e il miglioramento della velocità e dell'accelerazione è limitato. I materiali in lega di alluminio hanno anche un modulo basso, sono morbidi, soggetti a deformazione e hanno un elevato coefficiente di dilatazione termica, quindi la precisione è facilmente influenzata dai cambiamenti di temperatura. Pertanto, le traverse in lega di alluminio spesso necessitano di essere regolate nuovamente ogni 3-6 mesi.

 

ArticoloAcciaio al carbonioLega di alluminioFibra di carbonio
Confronto di forza126
Confronto di rigidità11.54
Resistenza alla trazione (Mpa)400-8002601700
Quantità di film estensibile21069120
Forza di snervamento340110
Densità7.82.51.55
Coefficiente di dilatazione termica (x10^-7)12254

Come migliorare l'efficienza di lavorazione delle macchine utensili senza impilare la potenza del laser?

Il peso di una traversa in fibra di carbonio è da 1/4 a 1/5 di quella in acciaio e da 1/2 a 1/3 di quella in lega di alluminio. Questo materiale leggero consente di aumentare ulteriormente la velocità di movimento e l'accelerazione della macchina utensile. Alcuni produttori di macchinari laser hanno introdotto traverse in fibra di carbonio, aumentando l'accelerazione dai soliti 0,8 g-1 g nelle macchine da taglio di precisione a 2 g, migliorando allo stesso tempo la precisione dal livello micron a quello sub-micron.

Le traverse in fibra di carbonio possono anche ridurre i costi?

Oltre al miglioramento della velocità, le traverse in fibra di carbonio possono anche ridurre il costo complessivo della macchina. Grazie alla loro leggerezza, le traverse in fibra di carbonio hanno un'inerzia ridotta, riducendo notevolmente i requisiti per la cremagliera e i motori. Ciò consente anche di alleggerire il basamento della macchina. Come accennato in precedenza, per ottenere alte velocità ed elevate accelerazioni, le travi in acciaio e in alluminio richiedono motori con potenza e coppia molto elevate. Ma con le traverse in fibra di carbonio, i costi del pianale, della cremagliera e dei motori possono essere efficacemente ridotti mantenendo le stesse prestazioni di accelerazione. I motori ordinari possono anche raggiungere un'accelerazione di 1 g e la precisione può essere notevolmente migliorata.

Inoltre, velocità e accelerazione più elevate sono l'eterna ricerca del campo industriale. Se si utilizzano travi in acciaio o in alluminio, il miglioramento dell'accelerazione spesso sacrifica la precisione, mentre il miglioramento della precisione spesso sacrifica l'accelerazione. I due sono difficili da realizzare contemporaneamente. Per migliorare contemporaneamente precisione e accelerazione, sarebbe necessario l’acquisto di motori, cremagliere, ecc. molto più potenti, e l’aumento dei costi potrebbe addirittura superare il valore creato per l’utente, che non sarebbe disposto a pagare per questo.

Le traverse in fibra di carbonio aumentano notevolmente la probabilità di migliorare con successo l'accelerazione e anche il costo è molto inferiore rispetto alle travi in acciaio o in alluminio. Pertanto, alcuni produttori hanno adottato completamente le traverse in fibra di carbonio e abbandonato completamente le traverse in metallo.

Per gli utenti finali, le traverse in fibra di carbonio possono anche ridurre significativamente i costi. Quando l'accelerazione della macchina utensile viene aumentata da 1g a 2g, significa che l'utente deve solo spendere un po' di più di prima per acquistare una macchina, ma può ottenere l'effetto di aver acquistato due macchine in passato, migliorando notevolmente il valore della macchina. intera macchina. Allo stesso tempo, la traversa più leggera significa anche che le guide e le cremagliere che sopportano i principali carichi in movimento si usureranno meno, prolungando notevolmente la loro durata e quella delle apparecchiature.

Vale la pena ricordare che il processo di formatura delle traverse metalliche è una lavorazione a caldo e una grande quantità di lavorazione genererà stress residuo all'interno del metallo, che si rilascerà gradualmente nel tempo, provocando la deformazione e la flessione della traversa, influenzando la precisione dell'attrezzatura . Anche il trattamento termico ripetuto non può eliminare questo problema. Anche le traverse in lega di alluminio sono morbide e soggette a deformazione, richiedendo frequenti regolazioni da parte del personale post-vendita per garantire la precisione dell'attrezzatura. Le pesanti traverse possono anche causare il surriscaldamento del motore (anche la combustione) durante il funzionamento a lungo termine, il che comporterà enormi costi post-vendita per l'azienda e costringerà gli utenti a interrompere la produzione per riparazioni.

La fibra di carbonio è composta principalmente da carbonio, un materiale inorganico fragile con poca deformazione plastica e un allungamento a rottura di soli 2% circa. I materiali compositi in fibra di carbonio non si deformano né si affaticano dopo la modellatura e possono mantenere un'elevata precisione per lungo tempo senza la necessità di ripetute regolazioni da parte del personale post-vendita. La trave trasversale in fibra di carbonio più leggera provoca anche minori perdite al motore e non si verificherà quasi alcun surriscaldamento del motore. Pertanto, le traverse in fibra di carbonio possono aiutare le aziende a risparmiare sui costi post-vendita e aiutare gli utenti a evitare frequenti tempi di inattività.

Tuttavia, dopo l'aumento della potenza del laser, la velocità spesso non è in grado di tenere il passo durante il taglio di modelli complessi o piccoli modelli e il vantaggio in termini di velocità della potenza ultraelevata può essere esercitato solo su linee rette o archi relativamente lunghi e direzionalmente coerenti. Con il miglioramento del design industriale, gli oggetti di lavorazione delle macchine utensili stanno diventando più curvi e raffinati e i modelli stanno diventando più complessi, quindi l'elevata potenza non può migliorare in modo completo l'efficienza di elaborazione. La chiave sta ancora nell'accelerazione e nella velocità degli assi di movimento (l'accelerazione della traversa è la più critica e difficile da ottenere).

Le traverse in acciaio più pesanti facilitano la generazione di vibrazioni quando si cerca di aumentare l'accelerazione, limitando i miglioramenti delle prestazioni. Le traverse in alluminio sono più leggere, ma il materiale è morbido e privo di rigidità e anche le vibrazioni durante l'accelerazione limitano i miglioramenti delle prestazioni. Le traverse in fibra di carbonio sono leggere, hanno una rigidità simile a quella dell'acciaio e hanno uno smorzamento molto maggiore della propagazione delle vibrazioni nel materiale rispetto ai materiali metallici, il che è vantaggioso per ridurre le vibrazioni durante il movimento. Pertanto, le traverse in fibra di carbonio possono migliorare significativamente le prestazioni dinamiche delle macchine utensili da taglio ad alta potenza.

Caratteristiche di resistenza al danneggiamento delle traverse in fibra di carbonio

Le traverse di tipo a portale utilizzano spesso l'azionamento sincrono a controllo numerico del motore su due lati. In caso di guasti al sistema di controllo o collisioni esterne, i motori di azionamento su due lati potrebbero non essere sincronizzati, causando inceppamenti e gravi deformazioni torsionali della traversa. Poiché i materiali metallici subiscono una deformazione plastica, una volta che si verifica una grande deformazione, sarà una deformazione permanente che non può essere ripristinata allo stato originale e la macchina utensile sarà costretta a fermarsi fino alla sostituzione della traversa.

Tuttavia, la fibra di carbonio non presenta deformazioni plastiche. Pertanto, anche se il materiale subisce una grande deformazione a causa di una grande forza esterna, purché non vi siano danni interni, il materiale composito in fibra di carbonio può tornare al suo stato originale senza deformazione permanente una volta rimossa la forza. Questa caratteristica è di gran lunga superiore ai materiali metallici, motivo per cui i materiali compositi in fibra di carbonio vengono utilizzati anche per componenti elastici (come le piastre a molla della tavola vibrante) con elasticità durevole e stabile che non si deteriora. Se utilizzato su macchine utensili ad alta velocità, anche se si verificano incidenti gravi come collisioni o inceppamenti sbilanciati della trasmissione su due lati, che causano la deformazione della traversa, la precisione può essere mantenuta dopo la risoluzione dell'incidente, poiché la traversa può tornare alla sua forma originale stato.

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