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레이저 출력을 높이지 않고 공작 기계 처리 효율성을 향상시키는 방법은 무엇입니까?

05/28/2024

과거에는 레이저 출력을 높이는 것이 가공 효율성을 향상시키는 가장 직접적이고 효과적인 방법으로 여겨졌습니다. 하지만 6만와트급 레이저 절단기가 출시된 이후 업계에서는 출력이 한계에 도달했는지에 대한 논의가 시작됐다.

업계 전문가들은 60,000와트가 이미 플라즈마 및 화염 절단을 포괄적으로 대체할 수 있는 용량을 갖추고 있다고 믿고 있습니다. 전력이 추가로 증가해도 효율성과 성능을 줄이는 데 크게 기여하지는 않지만 대신 사용자 비용과 에너지 소비가 증가합니다. 그러나 산업현장에서 효율성 추구는 끝이 없습니다. 전력이 한계에 도달한 경우 처리 효율성을 향상시키기 위해 어떤 다른 방법을 사용할 수 있습니까?

가속력을 두 배로 높이는 탄소섬유 크로스빔 도입

탄소섬유복합빔

크로스빔은 갠트리형 공작기계의 핵심 부품 중 하나라는 것은 잘 알려져 있습니다. 크로스빔의 정적 및 동적 특성은 공작 기계의 전반적인 성능을 결정하며 공작 기계의 처리 효율성, 정확도 및 안정성에 중요한 영향을 미칩니다. 현재 공작 기계 대들보는 금속, 주로 강철 및 알루미늄 합금 주물로 만들어집니다.

강철 대들보는 안정성이 좋고 정밀도가 높다는 장점이 있지만 일반적으로 높은 중량은 저속 요구 사항이 있는 공작 기계에 적용됩니다. 고속 및 고가속을 달성하려면 모터는 매우 큰 출력 및 토크와 일치해야 합니다. 동적 특성이 한계를 초과하면 성능을 더 이상 향상시킬 수 없습니다. 대들보의 무게를 줄이기 위해 사람들은 알루미늄 합금 대들보를 사용하기 시작했지만 알루미늄 빔의 무게는 여전히 너무 크고 속도와 가속도의 향상이 제한적입니다. 알루미늄 합금 재료는 모듈러스가 낮고 부드럽고 변형되기 쉽고 열팽창 계수가 크기 때문에 온도 변화에 따라 정확도가 쉽게 영향을 받습니다. 따라서 알루미늄 합금 가로보는 3~6개월마다 재조정해야 하는 경우가 많습니다.

 

안건탄소 강철알루미늄 합금탄소 섬유
강도 비교126
강성 비교11.54
인장강도(Mpa)400-8002601700
스트레치 필름량21069120
항복 강도340110
밀도7.82.51.55
열팽창계수(x10^-7)12254

레이저 출력을 쌓지 않고 공작기계의 가공 효율성을 높이는 방법은 무엇입니까?

탄소섬유 가로보의 무게는 강철 가로보의 1/4~1/5, 알루미늄 합금 가로보의 1/2~1/3입니다. 이 경량 소재를 사용하면 공작 기계의 이동 속도와 가속도를 더욱 높일 수 있습니다. 일부 레이저 기계 제조업체는 탄소 섬유 크로스빔을 도입하여 정밀 절단기의 일반적인 0.8g-1g에서 2g으로 가속도를 높이는 동시에 미크론 수준에서 서브 미크론 수준으로 정밀도를 향상시켰습니다.

탄소섬유 가로보는 비용도 절감할 수 있나요?

속도 향상 외에도 탄소 섬유 크로스빔은 기계의 전체 비용을 줄일 수도 있습니다. 탄소 섬유 크로스빔은 가볍기 때문에 관성이 작아 기어 랙과 모터에 대한 요구 사항이 크게 줄어듭니다. 이를 통해 머신 베드도 가벼워질 수 있습니다. 앞서 언급한 바와 같이 강철빔과 알루미늄빔은 고속, 고가속을 달성하기 위해서는 매우 큰 출력과 토크를 갖는 모터가 필요하다. 그러나 탄소섬유 크로스빔을 사용하면 동일한 가속 성능을 유지하면서 침대, 기어 랙 및 모터 비용을 효과적으로 줄일 수 있습니다. 일반 모터도 1g의 가속도를 달성할 수 있으며 정밀도가 크게 향상될 수 있습니다.

더욱이, 더 높은 속도와 가속도는 산업 분야의 영원한 추구 사항입니다. 강철 빔이나 알루미늄 빔을 사용하는 경우 가속도를 높이면 정밀도가 희생되는 경우가 많고, 정밀도를 높이면 가속도가 희생되는 경우가 많습니다. 두 가지를 동시에 달성하기는 어렵습니다. 정밀도와 가속도를 동시에 향상시키려면 훨씬 더 강력한 모터, 기어 랙 등을 구입해야 하며, 비용 증가로 인해 비용을 지불할 의사가 없는 사용자가 창출하는 가치를 초과할 수도 있습니다.

탄소섬유 가로보는 가속도 향상에 성공할 확률을 크게 높이고, 비용도 강철빔이나 알루미늄빔에 비해 훨씬 저렴하다. 따라서 일부 제조업체는 탄소 섬유 가로보를 완전히 채택하고 금속 가로보를 완전히 버렸습니다.

최종 사용자의 경우 탄소 섬유 크로스빔은 비용을 크게 절감할 수도 있습니다. 공작 기계 가속도가 1g에서 2g으로 증가하면 사용자는 기계 한 대를 구입하기 위해 이전보다 조금 더 지출하면 되지만 과거에 기계 두 대를 구입한 것과 같은 효과를 얻을 수 있어 기계의 가치가 크게 향상됩니다. 전체 기계. 동시에 크로스빔이 가벼워지면 주요 이동 하중을 지탱하는 가이드 레일과 기어 랙의 마모가 줄어들어 서비스 수명과 장비의 서비스 수명이 크게 연장됩니다.

금속 대들보의 성형 공정은 열간 가공이며 다량의 가공으로 인해 금속 내부에 잔류 응력이 형성되어 시간이 지남에 따라 점차적으로 해제되어 대들보가 휘어지고 구부러져 장비의 정밀도에 영향을 미친다는 점을 언급할 가치가 있습니다. . 반복적인 열처리로도 이를 제거할 수는 없습니다. 알루미늄 합금 가로보는 또한 부드럽고 변형되기 쉽기 때문에 장비의 정밀도를 보장하기 위해 판매 후 직원이 자주 조정해야 합니다. 또한 무거운 대들보로 인해 장기간 작동 시 모터 과열(심지어 소손)이 발생할 수 있으며, 이로 인해 회사에 막대한 판매 후 비용이 발생하고 사용자가 수리를 위해 생산을 중단하게 됩니다.

탄소섬유는 소성변형이 거의 없고 파단신율이 약 2%에 불과한 부서지기 쉬운 무기재료인 탄소로 주로 구성된다. 탄소섬유 복합재료는 성형 후에도 크리프나 피로가 발생하지 않으며, 애프터 직원의 반복적인 조정이 필요 없이 오랫동안 높은 정밀도를 유지할 수 있습니다. 또한 더 가벼운 탄소 섬유 크로스빔은 모터 손실을 줄이고 모터 과열도 거의 발생하지 않습니다. 따라서 탄소 섬유 크로스빔은 기업이 판매 후 비용을 절감하고 사용자가 빈번한 가동 중지 시간을 피하는 데 도움이 될 수 있습니다.

그러나 레이저 출력이 증가한 후에는 복잡한 패턴이나 작은 패턴을 절단할 때 속도가 따라가지 못하는 경우가 많으며, 초고출력의 속도 이점은 상대적으로 길고 방향이 일관된 직선이나 호에서만 발휘될 수 있습니다. 산업 디자인이 발전함에 따라 공작기계의 가공 대상물은 점점 더 곡선화되고 정교해지고 패턴이 더욱 복잡해지고 있어 고출력으로 가공 효율을 종합적으로 향상시킬 수는 없습니다. 핵심은 여전히 동작 축의 가속도와 속도에 있습니다(가로빔의 가속도가 가장 중요하고 달성하기 어렵습니다).

더 무거운 강철 크로스빔은 가속을 높이려고 할 때 진동을 일으키기 쉽기 때문에 성능 향상이 제한됩니다. 알루미늄 가로보는 무게는 가볍지만 소재가 부드러워 강성이 부족하고, 가속 시 진동도 성능 향상을 제한한다. 탄소섬유 크로스빔은 가볍고, 강철에 가까운 강성을 가지며, 금속 재료보다 재료의 진동 전파 감쇠가 훨씬 커서 운동 중 진동을 줄이는 데 유리합니다. 따라서 탄소섬유 크로스빔은 고출력 절단 공작기계의 동적 성능을 크게 향상시킬 수 있습니다.

탄소섬유 가로보의 내손상 특성

갠트리형 대들보는 종종 양면 모터 수치 제어 동기 구동을 사용합니다. 제어 시스템 오류 또는 외부 충돌이 발생하면 양면 구동 모터가 동기화되지 않아 가로보의 걸림 및 심각한 비틀림 변형이 발생할 수 있습니다. 금속재료는 소성변형을 하기 때문에 일단 큰 변형이 일어나면 원래의 상태로 복구할 수 없는 영구변형이 되어 대들보를 교체할 때까지 공작기계는 강제로 정지하게 된다.

그러나 탄소섬유는 소성 변형이 없습니다. 따라서, 재료가 큰 외력에 의해 큰 변형을 겪더라도 내부 손상이 없는 한 힘을 제거한 후 탄소섬유복합재료는 영구변형 없이 원래 상태로 스프링백될 수 있다. 이러한 특성은 금속재료에 비해 월등히 우수하기 때문에 탄소섬유복합재료는 내구성이 뛰어나고 탄성이 저하되지 않는 안정적인 탄성부품(진동 테이블 스프링판 등)에도 사용됩니다. 고속 공작기계에 사용 시, 충돌이나 양측 구동 불균형 등 심각한 사고가 발생하여 가로보의 변형이 발생하더라도 가로보가 원래대로 돌아가므로 사고 해결 후에도 정밀도를 유지할 수 있습니다. 상태.

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