Como melhorar a eficiência do processamento da máquina-ferramenta sem aumentar a potência do laser?

No passado, o aumento da potência do laser era visto como a maneira mais direta e eficaz de melhorar a eficiência do processamento. No entanto, após o lançamento da máquina de corte a laser de 60.000 watts, o setor iniciou uma discussão sobre se a potência chegou ao seu limite.

Os especialistas do setor acreditam que 60.000 watts já têm a capacidade de substituir de forma abrangente o corte a plasma e a chama. Aumentos adicionais na potência não contribuem muito para a eficiência e a capacidade de corte, mas aumentam os custos do usuário e o consumo de energia. No entanto, a busca pela eficiência no campo industrial é infinita. Se a potência atingiu seu limite, que outras formas podem ser usadas para melhorar a eficiência do processamento?

Apresentando vigas transversais de fibra de carbono para dobrar a aceleração

É sabido que a travessa é um dos principais componentes de uma máquina-ferramenta do tipo pórtico. As características estáticas e dinâmicas da travessa determinam o desempenho geral da máquina-ferramenta e têm um impacto importante sobre a eficiência do processamento, a precisão e a estabilidade da máquina-ferramenta. Atualmente, as vigas transversais das máquinas-ferramenta são feitas de metais, principalmente aço e ligas de alumínio fundidas.

As vigas transversais de aço têm as vantagens de boa estabilidade e alta precisão, mas seu peso elevado é geralmente aplicado a máquinas-ferramentas com requisitos de baixa velocidade. Para atingir alta velocidade e alta aceleração, os motores precisam ser combinados com potência e torque muito grandes. Quando as características dinâmicas ultrapassam o limite, é impossível melhorar ainda mais o desempenho. Para reduzir o peso da viga transversal, as pessoas começaram a usar vigas transversais de liga de alumínio, mas o peso das vigas de alumínio ainda é muito grande, e o aprimoramento da velocidade e da aceleração é limitado. Os materiais de liga de alumínio também têm baixo módulo, são macios, propensos à deformação e têm um grande coeficiente de expansão térmica, de modo que a precisão é facilmente afetada pelas mudanças de temperatura. Portanto, as vigas transversais de liga de alumínio geralmente precisam ser reajustadas a cada 3 a 6 meses.

Como melhorar a eficiência de processamento das máquinas-ferramenta sem empilhar a potência do laser?

O peso de uma viga transversal de fibra de carbono é de 1/4 a 1/5 de uma viga de aço e de 1/2 a 1/3 de uma viga de liga de alumínio. Esse material leve permite aumentar ainda mais a velocidade de movimento e a aceleração da máquina-ferramenta. Alguns fabricantes de máquinas a laser introduziram vigas transversais de fibra de carbono, aumentando a aceleração de 0,8 g a 1 g nas máquinas de corte de precisão para 2 g, além de melhorar a precisão do nível mícron para o nível submícron.

As vigas transversais de fibra de carbono também podem reduzir os custos?

Além da melhoria da velocidade, as vigas transversais de fibra de carbono também podem reduzir o custo total da máquina. Devido à sua leveza, as vigas transversais de fibra de carbono têm pequena inércia, reduzindo muito os requisitos para a cremalheira e os motores. Isso também permite que a base da máquina seja mais leve. Como mencionado anteriormente, para atingir alta velocidade e alta aceleração, as vigas de aço e as vigas de alumínio exigem motores com potência e torque muito grandes. Porém, com as vigas transversais de fibra de carbono, os custos da base, do rack de engrenagem e dos motores podem ser efetivamente reduzidos, mantendo-se o mesmo desempenho de aceleração. Os motores comuns também podem atingir uma aceleração de 1 g, e a precisão pode ser bastante aprimorada.

Além disso, maior velocidade e aceleração são a eterna busca do setor industrial. Se forem usadas vigas de aço ou de alumínio, o aumento da aceleração geralmente sacrifica a precisão, e o aumento da precisão geralmente sacrifica a aceleração. É difícil conseguir as duas coisas ao mesmo tempo. Para melhorar simultaneamente a precisão e a aceleração, seria necessário comprar motores muito mais potentes, cremalheiras de engrenagens etc., e o aumento dos custos pode até mesmo exceder o valor criado para o usuário, que não estaria disposto a pagar por isso.

As vigas transversais de fibra de carbono aumentam muito a probabilidade de melhorar a aceleração com sucesso, e o custo também é muito menor do que o das vigas de aço ou de alumínio. Portanto, alguns fabricantes adotaram totalmente as vigas transversais de fibra de carbono e abandonaram completamente as vigas transversais de metal.

Para os usuários finais, as vigas transversais de fibra de carbono também podem reduzir significativamente os custos. Quando a aceleração da máquina-ferramenta é aumentada de 1g para 2g, isso significa que o usuário só precisa gastar um pouco mais do que antes para comprar uma máquina, mas pode obter o efeito de comprar duas máquinas no passado, melhorando muito o valor da máquina inteira. Ao mesmo tempo, a viga transversal mais leve também significa que os trilhos-guia e as cremalheiras de engrenagem que suportam as principais cargas móveis se desgastarão menos, aumentando consideravelmente sua vida útil e a vida útil do equipamento.

Vale a pena mencionar que o processo de formação de vigas transversais de metal é um processamento a quente, e uma grande quantidade de usinagem formará tensão residual dentro do metal, que será gradualmente liberada com o tempo, fazendo com que a viga transversal se deforme e dobre, afetando a precisão do equipamento. Nem mesmo o tratamento térmico repetido pode eliminar esse problema. As vigas transversais de liga de alumínio também são macias e propensas à deformação, exigindo ajustes frequentes pela equipe de pós-venda para garantir a precisão do equipamento. As vigas transversais pesadas também podem causar superaquecimento do motor (até mesmo queima) durante a operação de longo prazo, o que trará enormes custos de pós-venda para a empresa e fará com que os usuários interrompam a produção para reparos.

A fibra de carbono é composta principalmente de carbono, um material inorgânico frágil com pouca deformação plástica e um alongamento na ruptura de apenas cerca de 2%. Os materiais compostos de fibra de carbono não se deformam nem sofrem fadiga após a modelagem e podem manter a alta precisão por um longo tempo sem a necessidade de ajustes repetidos pela equipe de pós-venda. A viga transversal de fibra de carbono mais leve também causa menos perda para o motor, e quase não ocorre superaquecimento do motor. Portanto, as travessas de fibra de carbono podem ajudar as empresas a economizar custos de pós-venda e ajudar os usuários a evitar paradas frequentes.

No entanto, após o aumento da potência do laser, a velocidade muitas vezes não consegue acompanhar o corte de padrões complexos ou padrões pequenos, e a vantagem da velocidade da potência ultra-alta só pode ser exercida em linhas retas ou arcos relativamente longos e direcionalmente consistentes. Com o aprimoramento do design industrial, os objetos de usinagem das máquinas-ferramentas estão se tornando mais curvos e refinados, e os padrões estão se tornando mais complexos, de modo que a alta potência não pode melhorar de forma abrangente a eficiência do processamento. A chave ainda está na aceleração e na velocidade dos eixos de movimento (sendo a aceleração da viga transversal a mais crítica e difícil de alcançar).

As vigas transversais de aço mais pesadas facilitam a vibração quando se tenta aumentar a aceleração, limitando as melhorias de desempenho. As travessas de alumínio são mais leves, mas o material é macio e não tem rigidez, e a vibração durante a aceleração também limita as melhorias de desempenho. As vigas transversais de fibra de carbono são leves, têm rigidez próxima à do aço e têm muito mais amortecimento da propagação de vibração no material do que os materiais metálicos, o que é benéfico para reduzir a vibração durante o movimento. Portanto, as vigas transversais de fibra de carbono podem melhorar significativamente o desempenho dinâmico das máquinas-ferramentas de corte de alta potência.

Características de resistência a danos de vigas transversais de fibra de carbono

As vigas transversais do tipo pórtico geralmente usam acionamento síncrono de controle numérico do motor de dois lados. Ao se deparar com falhas no sistema de controle ou colisões externas, os motores de acionamento dos dois lados podem ficar fora de sincronia, causando emperramento e grave deformação por torção da travessa. Como os materiais metálicos sofrem deformação plástica, uma vez que ocorra uma grande deformação, ela será uma deformação permanente que não poderá ser restaurada ao estado original e a máquina-ferramenta será forçada a parar até que a travessa seja substituída.

No entanto, a fibra de carbono não tem nenhuma deformação plástica. Portanto, mesmo se o material é submetido a grandes deformações, devido a uma grande força externa, desde que não há nenhum dano interno, o composto de fibra de carbono material pode primavera volta ao seu estado original sem deformação permanente após a força é removida. Esta característica é muito superior aos materiais metálicos, que é a razão de composto de fibra de carbono materiais também são utilizados para componentes elásticos (tais como vibração tabela primavera placas) com uma durável e estável elasticidade que não se deteriore. Quando usado em alta velocidade, máquinas-ferramentas, mesmo se graves acidentes, como colisões ou não, dois laterais-unidade de interferência ocorrer, fazendo com que a deformação da barra transversal, a precisão pode ser mantida após o acidente for resolvido, como a trave que pode retornar ao seu estado original.