2.10 Перспективы развития автоматизации прессов для вырубания

В отечественной промышленности процесс автоматизации прессов для раскроя осваивался в  70 – 90-х годах XX века: пресс-автомат ПТКА-25 Орловского НИИлегмаш, к серийному выпуску которого приступил в то время Орловский машиностроительный завод им. Медведева, пресс с программным управлением ПВГ-18-2-ПУ, разработанный для Витебской обувной фабрики «Красный октябрь». Многие разработки и достижения этого времени отражены в патентах, авторских свидетельствах Амирханова Д. Р.  [10, 11, 12] и др.

Однако в начале XX века производство прессов для автоматизированного раскроя было приостановлено. Многие обувные фабрики оказались не готовы к освоению автоматизированного прессового оборудования, являющегося элементом гибкого производства, так как это требовало от них новых организаций производства и технического обеспечения.

В настоящее время оснащение фабрик, технический уровень и плановый объем выпуска которых готов к освоению прессов для автоматизированного раскроя, производится за счет зарубежного оборудования. Список производителей зарубежного оборудования приведен в разделе 2.2. Однако высокая производительность раскроя, обеспечиваемая на этих прессах, находит высокий экономический эффект лишь в случае массового и серийного производства изделий на том или ином предприятии, так как обслуживание таких прессов требует высокой квалификации по мехатронике обслуживающего персонала и тесно связано с объемом выпуска продукции на предприятии.

4.2 Конструкция установки для раскроя лучом лазера

В результате работ, выполненных во ВНИИЛтекмаше (г. Москва) [3] при участии ВНИИКГП (для кожгалантерейных материалов) за последние годы, была показана возможность и целесообразность использования в качестве режущего инструмента луча мощного газового СО2-лазера. Лазерный режущий инструмент был использован при создании автоматизированной установки ЛУРМ-1600 (рис. 4.2).

Лазер, состоящий из излучателя 11, блоков питания 13 и прокачки 12, работает в режиме медленной и непрерывной прокачки при низком давлении с возбуждением разрядом постоянного тока. Лазер имеет свернутый резонатор и пакетированную конструкцию активной части, состоящую из четырех параллельно расположенных газоразрядных секций. В свернутом резонаторе лазера оптическая связь четырех секций осуществляется с помощью трех пар поворотных и двух концевых зеркал. Одно из концевых зеркал является светоделительным и служит для вывода излучения из резонатора.

Рисунок 4.2 – Конструкция установки ЛУРМ-1600

Луч от неподвижно установленного лазера попадает на поворотное зеркало (сплав 32 НКД; коэффициент отражения зеркала – 98 % на длине волны 10,6 мкм, световой диаметр 0,08 м; плотность мощности, которую выдерживает покрытие зеркала, – 10 – 102 Вт/м2; отражающая поверхность зеркала – плоская, изготовленная с точностью до 0,5 интерференционного кольца). В зеркале, укрепленном на резаке 3, луч отражается под прямым углом и фокусируется линзой (фокусное расстояние – 0,27 м) на поверхность обрабатываемого материала. Соосно с лучом лазера в зону обработки подается сжатый воздух. Для кратковременных перекрытий лазерного луча в схему введена заслонка 16, на которой под углом крепится пластина, направляющая отраженный луч лазера в поглотитель энергии.

Оптический резак установлен на каретке 4 раскройной машины, перемещающейся по направляющей портала 10 с помощью реечной передачи от привода 6.

Портал с помощью двух стоек крепится к остову машины. Между ними по рельсовым направляющим перемещается стол 1. Направляющие каретки и рельсовые направляющие стола взаимно перпендикулярны. Стол также с помощью реечной передачи приводится в движение от привода 9 продольной подачи.

Перемещение каретки и стола осуществляется идентичными системами, включающими комплексные шаговые электрогидравлические приводы, трехступенчатые цилиндрические редукторы, гидравлическую станцию 8.

Раскройный стол выполнен из алюминия с поверхностью в виде ячеистой структуры.

Для фиксации материала на столе и удаления продуктов термического разложения предусмотрена вакуумная система.

Программа движения приводов подач задается на перфоленте. Управление приводами подач и выдачу технологических команд выполняет устройство ЧПУ 15.

В установке обеспечено движение луча по заданному контуру за счет одновременного и согласованного движения механизмов по координатам X и Z. При этом результирующая скорость движения по контуру должна быть постоянной. Постоянство результирующей скорости в значительной мере определяет качество (ширину) реза. При занижении скорости движения луча относительно раскраиваемого материала против оптимальной происходит перегревание поверхности стола, увеличение ширины реза и зоны повреждения края детали; завышение скорости раскроя может привести к неполному прорезанию материала. Скорость перемещения луча по контуру задается в зависимости от вида материала, его толщины и мощности лазера. Резание осуществляется без дополнительных усилий на перемещаемые механизмы.

Вне раскройной зоны установлены механизмы: подачи 17 материала из рулона; захвата края 2 (предназначенного для подъема и удержания края материала при возвращении раскройного стола в исходное положение); пневматического съема 5 выкроенных деталей, комплектования 7 (предназначенного для вывода выкроенных деталей из рабочей зоны и комплектования их в пачки).

Установка работает следующим образом. Перед началом работы раскройный стол 1 и резак 3 находятся в крайних исходных положениях. Материал поступает под прижимную планку, установленную на столе, и укладывается на него (первая заправка материала производится вручную, все последующие – автоматически). Включается лазер 11, 13, 12 (заслонка 16 в данный момент перекрывает луч лазера, предотвращая его попадание в зону раскроя), блок управления технологией 14, устройство ЧПУ 15, вентилятор 18. Внутри раскройного стола 1 создается разряжение и из-за образовавшейся разности давлений на поверхностях уложенного материала он фиксируется на столе, при этом воздуховод механизма съема 5 перекрыт.

Далее по программе начинается раскрой материала. Лазерный резак 3 перемещается по координате X, а стол – по координате Z. Одновременно с началом движения по координатам устройство ЧПУ 15 выдает команду на открывание заслонки 16. По мере выполнения раскроя стол 1 переходит в крайнее положение (-) под пневмосъемник 5. По координате + происходит отрезание выкроенной раскладки материала (резак 3 возвращается в исходное положение +), заслонка 16 перекрывает луч лазера. Пневмосъемник 7 опускается на выкроенные детали. С некоторой задержкой по циклу край материала захватывается механизмом захвата 2 и стол 1 возвращается в исходное положение (координата +). Под механизм съема перемещается комплектовочный стол 7, материал фиксируется на раскройном столе 1, а комплектовочный стол 7 возвращается в исходное положение. Далее следует очередной цикл работы установки.

Испытания показали, что на установке можно раскраивать материалы практически всех видов, применяемых в легкой промышленности (за исключением небольшой группы материалов, которые нельзя раскраивать тепловыми методами). Кромка деталей, раскроенных на установке, несколько отличается от кромки деталей, выкроенных ножом или резаком. Кромка деталей из синтетических материалов оплавляется, имеет более четкую границу, благодаря чему улучшаются условия работы фотодатчиков, контролирующих край изделия при полуавтоматической или автоматической сборке.

При раскрое лазером натуральных и искусственных кож благодаря обжигу торца детали отпадает необходимость выполнения операции окраски уреза.

На установке достигается более высокая точность выкроенных деталей по сравнению с существующими способами раскроя (отклонения от заданного контура не более ±1 мм). Повторяемость размеров выкроенных деталей не ниже ±0,5 мм.

При раскрое деталей на установке значительно повышается процент использования раскраиваемых материалов (не менее, чем на 2 %).

Использование установки наиболее эффективно при изготовлении деталей относительно небольшими сериями и в большом разнообразии размеров и полнот. Особенно целесообразно использовать установку для раскроя изделий, состоящих из крупных деталей, изделий из материалов, легко деформирующихся при обычном раскрое, изделий из материалов, срезы которых следует оплавлять.

Опытный образец установки ЛУРМ-1600 прошел производственные испытания и был рекомендован к серийному выпуску. Серийный выпуск установок освоен Орловским машиностроительным заводом имени Медведева объединения «Кожобувьмаш» Минлегпищемаша.

В отечественной промышленности разработкой оборудования для лазерного раскроя помимо ВНИИЛтекмаш занимались СПБК легкой промышленности, ПКБ АСУ (г. Санкт-Петербург).

За рубежом установки для лазерного раскроя выпускают фирмы «Lectra Systems» [17], «Laser Technique» (Франция) [18], «Mitsubishi Electric» [19], «Viable Systems, Inc.» (США) [20], «Euro Laser» (Германия) [21], «Epilog Laser» (США) [22], «Laser Life» (Тайвань) [23], «Yueming Laser» (Китай) [24] и др.

Одним из направлений [25] в работе этих фирм является повышение производительности и мощности создаваемых ею лазерных установок. Мощность модели Е-93 1200 Вт, скорость ее работы увеличена до 80 м/мин, а масса снижена за счет использования в качестве конструкционного материала углеродного волокна. Лазерный источник расположен в этой модели сзади машины, вместо защитного кожуха использована система всасывания газа. На установке Е-93, представляющей собой двухкоординатную систему, осуществляется раскрой материала, подаваемого из рулона специальной транспортерной лентой в один слой. Загрузка материала может осуществляться либо отдельно обрезанными полотнами, либо в рулоне с помощью размоточного механизма. С точки зрения эффективности организации швейного производства раскрой малослойного настила, по данным фирмы «Lectra Systems», уменьшает размер незавершенного производства, позволяет быстро раскраивать образцы изделий и одежду по специальным заказам. При смене моделей изделия практически не требуется переналадка установок.

Фирма «Mitsubishi Electric» освоила производство установки для раскроя лучом лазера различных материалов (бумаги, ткани, металлов). Раскраивать ткань можно в настиле до 10 слоев. После раскроя края деталей не осыпаются. Линия среза составляет 0,2 мм. Точность на раскрой ±0,5 мм, скорость резания 60 м/мин. Расход газа 100 л/100 ч, время на замену газа 30 мин. Габариты установки 3000×1800 мм. Продолжительность рабочего цикла 26 с.

Лазерные установки СМА фирмы «Yueming Laser» [26] слу­жат для вырезки или гравировки детали из ткани, кожи, бумаги, дерева или других неметаллических материалов. Технические ха­рактеристики установок СМА приведены в табл. 4.1.

Установки моделей СМА-1200Т и СМА-1680Т имеют две ла­зерных системы, позволяющие одновременно производить рас­крой материала, что повышает производительность в 2 раза.

Установка модели CMA-960F (рис. 4.3) имеет подвижное ра­бочее поле и систему автоматической подачи ткани для осуществ­ления непрерывного процесса вырезки (гравировки) материалов.

Таблица 4.1 – Технические характеристики установок для лазерного раскроя

Наименование параметра

Модель установки

СМА-1200Т

СМА-1680Т

СМА-960F

Рабочее поле, мм

1600×600

1600×800

500×400

Мощность лазера, Вт

70…80

70…80

70…80

Скорость вырезания, мм/мин

0…36

0…36

0…40

Напряжение, В(Гц)

220 (50)

220 (50)

220 (50)

Точность позиционирования, мм, не менее

0,01

0,01

0,01

Потребляемая мощность, Вт, не менее

1250

1250

1250

Масса, кг

228

346

92

Габаритные размеры, мм

1738×1138×1100

2200×1380×1150

780×620×1190

Рисунок 4.3 – Общий вид лазерной установки модели СМА-960F

Литература

1. Капустин, И. И. Машины-автоматы и автоматические линии в швейном и обувном производствах : учебное пособие для вузов / И. И. Капустин, И. И. Галынкер. – Минск : Легкая индустрия, 1966. – 422 с.
2. Палей, Я. С. Автоматизация вырубки изделий / Я. С. Палей. – Москва : Легкая индустрия, 1969. – 184 с.
3. Базюк, Г. П. Резание и режущий инструмент в швейной промышленности / Г. П. Базюк. – Москва : Легкая индустрия, 1980. – 192 с.
4. Cutting machines Ring Maschinenbau [Electronic resource] / Mode of access: http://www.ring-maschinenbau.de/index.php. – Date of access: 10.11.2012.
5. Dieless Cutting Products Аtom [Electronic resource] / Mode of access: http://www.atom.it/index-uk.html. – Date of access: 10.11.2012.
6. Cutting Machines Schoen&Sandt [Electronic resource] / Mode of access: http://www.schoen-sandt.com/products/cutting-machines/beam-cutting-machines.html. – Date of access: 10.11.2012.
7. Cutting Machine Chenfeng [Electronic resource] / Mode of access: http://www.chenfeng.com.tw/app/porducts_tpye.php?type=1&lingx=tw. – Date of access: 10.11.2012.
8. Cutting Machine Сhiesa Artorige [Electronic resource] / Mode of access: http://www.chiesaartorige.com/es/index.htm. – Date of access: 10.11.2012.
9. Каменецкий, Г. И. Гидравлический привод автоматической смены инструмента / Г. И. Каменецкий // Сборник научных трудов. – Москва : ЭНИМС, 1982. – 195 с.
10. Электрогидравлический пресс для раскроя материалов : а. с. 483432 СССР, МКИ С 14 B 5/02 / Н. И. Баканов, Д. Р. Амирханов, В. И. Назаров, В. А. Пудов, В. П. Челноков, А. И. Суздальцев ; заявитель Орловский научно-исследовательский институт легкого машиностроения – № 1730280/28-12 ; заявл. 27.12.1971 ; опубл. 25.10.1976, Бюллетень № 39.
11. Устройство для вырубки деталей из листового материала : а. с. 617122 СССР, МКИ В 21 D 28/08 ; B 26 F 1/40 ; С 14 В 5/00 / В. Я. Шурво – № 2320442/25-27 ; заявл. 09.02.1976 ; опубл. 30.07.1978, Бюллетень № 28.
12. Вырубной пресс : а. с. 969725 СССР, МКИ С 14 B 5/02 ; А 43 D 8/00 / Д. Р. Амирханов, В. Ф. Семенихин ; заявитель Орловский научно-исследовательский институт легкого машиностроения и Витебский технологический институт легкой промышленности – № 3274671/28-12 ; заявл. 03.04.1981 ; опубл. 30.10.1981, Бюллетень № 40.
13. Петко, И. В. Моделирование процесса разрушения неметаллических материалов гидроструей высокого давления / И. В. Петко, Б. Г. Кедровский // Изв. Вузов. Технология легкой промышленности. – 1987. – № 4. – С. 127–131.
14. Степанов, Ю. С. Современные технологические процессы механического и гидроструйного раскроя технических тканей. Библиотека технолога / Ю. С. Степанов, Г. В. Барсуков. – Москва : Машиностроение, 2004. – 240 с.
15. Абрамов, В. Ф. Процессы, инструмент и устройства резания в производстве одежды, обуви, кожи и меха : учебное пособие / В. Ф. Абрамов, В. Н. Соколов. – Москва : Московский государственный технологический университет дизайна и технологии, КноРус, 2002. – 256 с.
16. Пушкин, С. А. Оборудование обувного, кожгалантерейного и мехового производств / С.А. Пушкин [и др.] // Серия «Учебники, учебные пособия». – Ростов-на-Дону : Изд-во «Феникс», 2002. – 512 с.
17. Laser Cutting Machines Lectra [Electronic resource] / Mode of access: www.lectra.com/en/industries/automotive/index.htm. – Date of access: 10.11.2012.
18. Laser Cutting Machines Laser Technique [Electronic resource] / Mode of http://www.laser-ndt.com/products.html. – Date of access: 10.11.2012.
19. Laser Cutting Сell System Mitsubishi Electric [Electronic resource] / Mode of http://www.mitsubishielectric.com/fa/products/mecha/laser/cuttingl/index.html. – Date of access: 10.11.2012.
20. Laser Cutting Machines Viable Systems, Inc. [Electronic resource] / Mode of access: http://www.cct-uk.com/index.php. – Date of access: 10.11.2012.
21. Laser Cutting Machines Euro Laser [Electronic resource] / Mode of access: http://www.eurolaser.com/ru/produkty/laser-systems/machines-for-laser-cutting/. – Date of access: 10.11.2012.
22. CO2 Laser Systems Epilog Laser [Electronic resource] / Mode of access: http://www.epiloglaser.com/co2-laser-systems.htm. – Date of access: 10.11.2012.
23. Laser Cutting Machine Laser Life [Electronic resource] / Mode of access: http://www.laserlife.com.tw/Cutting.htm. – Date of access: 10.11.2012.
24. Laser Cutting Machine Yueming Laser [Electronic resource] / Mode of access: http://www.yueminglaser.com/laser-cutting-machine/laser-machine-list-15-1.html. – Date of access: 10.11.2012.
25. Кулаков, А. А. Взаимодействие рабочих органов и материалов при обработке резанием по сложным контурам : автореферат диссертации … кандидата технических наук : 05.02.13 / А. А. Кулаков ; МГУДТ. – Москва, 2010.
26. Ермаков, А.С. Оборудование швейных предприятий. В 2 ч. Ч. 2. Машины-автоматы и оборудование в швейном производстве: учебник для нач. проф. образования / А. С. Ермаков. – Москва : Издательский центр «Академия», 2009. – 240 с.
27. Масалова, В. А. Автоматизированные раскройные системы. Обзор рынка автоматизированных раскройных систем с целью определения требований к оборудованию для раскроя экспериментальных образцов моделей одежды / В. А. Масалова, Е. Г. Масалова, Д. В. Маслов // Швейная промышленность. – 2004. – № 5. – С. 17–20.
28. Сторожев, В. В. Машины и аппараты легкой промышленности : учебник для студ. высш. учеб. заведений / В.В. Сторожев. – Москва : Издательский центр «Академия», 2010. – 400 с.
29. Раскройные комплексы Gerber Technology [Электронный ресурс] / Режим доступа : http://www.gerbertechnology.ru/new/cutting.php. – Дата доступа : 12.11.2012.
30. Computerized Fabric Cutting Machines Shima Seiki [Electronic resource] / Mode of access: http://www.shimaseiki.com/product/cadcam/. – Date of access: 10.11.2012.
31. Cutting Room Equipment F. K. Group [Electronic resource] / Mode of access: http://www.fkgroup.com/inglese/cutting_room_equipment.html. – Date of access: 10.11.2012.
32. Фомченкова, Л. Н. Оборудование для раскройно-подготовительных операций на отечественном рынке / Л. Н. Фомченкова // Кожевенно-обувная промышленность. – 2007. – № 5. – С. 46–50.
33. Набалов, Т. А. Оборудование обувного производства : учеб. для средн. спец. учеб. заведений / Т. А. Набалов. – Москва : Легпромбытиздат, 1990. – 464 с.
34. Устройство для электрораскроя материалов : а. с. 227291 СССР, МКИ D 06 H / Г. П. Базюк, И. И. Капустин, Д. Р. Амирханов ; заявитель Орловский научно-исследовательский институт легкого машиностроения – № 1151475/28-12 ; заявл. 29.04.1967 ; опубл. 25.09.1968, Бюллетень № 30.

4 Установки для раскроя лучом лазера

4.1 Физическая сущность процесса раскроя лучом лазера

Лазеры – когерентные квантовые генераторы оптического диапазона, в которых используется явление усиления электро­магнитных колебаний с помощью индуцированного вынужден­ного излучения.

Когда атом в основном состоянии поглощает фотон, он воз­буждается, то есть переходит в более высокое энергетическое со­стояние. Возбужденный атом может теперь излучать энергию самопроизвольно, испуская фотон и возвращаясь в основное состояние, или же его может вынудить испустить фотон воздей­ствие некоторого внешнего фотона. Тогда наряду с вынужден­ным фотоном появится второй фотон той же длины волны, а атом вернется в основное состояние.

Для перевода атомов в возбужденное состояние к системе подводится электромагнитная энергия по длине волны, отли­чающейся от той, на которой происходит вынужденное излуче­ние. Этот активирующий процесс называют подкачкой. Каскад фотонов, возникший в оптическом квантовом генераторе в ре­зультате вынужденного излучения, приводит к усилению свето­вой волны и начинает развиваться, когда возбужденные атомы спонтанно излучают фотоны параллельно оси камеры. Фотоны, испущенные по другим направлениям, выходят из камеры (кри­сталла).

Этот процесс развивается, так как фотоны, отражаясь, про­ходят туда и обратно между концами камеры (кристалла). Когда усиление достаточно большое, то часть пучка выходит из частично отражающего конца камеры (кристалла).

Выходящий луч света монохроматичен, обладает высокой ко­герентностью во времени. Волна, излучаемая лазером, простран­ственно когерентна. Эти качества позволяют выходящий луч — пучок света — фокусировать таким образом, что диаметр его по­перечного сечения может уменьшаться до 1 мк, создавая высо­кую интенсивность энергии в пятне фокуса.

Оптический квантовый генератор состоит из трех основных элементов: активного вещества, являющегося источником инду­цированного излучения, источника возбуждения (подкачки), ко­торый снабжает энергией активное вещество, и резонансной си­стемы. Активным веществом может быть как твердое тело, так и газ (газовая смесь) или жидкость.

Лазеры могут быть разделены по различным признакам на определенные группы. По виду активного рабочего вещества они делятся на лазеры на твердом теле, в том числе и полупро­водниковые, газовые и жидкостные. В зависимости от режима работы различаются лазеры непрерывного действия и импульс­ные, по частотному диапазону излучаемого света — инфракрас­ного, видимого и ультрафиолетового спектра. Кроме того, ла­зеры различаются по методу накачки и охлаждения.

При раскрое материалов легкой промышленности нашли применение газовые лазеры, у которых активным рабочем веществом является газ или газо­вая смесь. Резонансная система представляет собой трубку 1 (рис. 4.1), на концах которой укреплены зеркала 2 (одно непро­зрачное, другое полупрозрачное). Выходной луч 3 создается в процессе многократного прохождения между зерка­лами. Источник подкачки — ток высокого напряжения. Главное преимущество этого лазера заключается в том, что он способен работать в непрерывном режиме лазера при небольших количествах подводимой энергии. Кроме того, угол расходимости его луча существенно меньше, чем у ла­зеров других типов, что является важным фактором при фоку­сировке излучения.

Рисунок 4.1 – Схема конструкции газового лазера

6 Установки для раскроя термофизическим и термомеханическим способами

Среди способов термофизического и термомеханического раскроя наибольшее распространение получил раскрой лучом лазера, что отражено в разделе 4 методической разработки. Другие способы не нашли широкого применения, так как в современной промышленности данные методы нерентабельны за счет сложности конструкции и дороговизны производства.

Термофизический способ включает в себя электромеханический или ультразвуковой раскрой, а также раскрой с помощью токов высокой частоты. Но и данные методы довольно сложны и не обеспечивают необходимое качество кроя настилов материала.

При электроискровом способе раскладка рисуется графитом. К началу графитной линии, выполненной на верхнем полотне, присоединяется электрод. При подаче тока высокого напряжения материал под графитной линией разрушается. Недостатком такого метода является то, что очень трудно нанести графитную линию на полотне материала в связи с его физико-механическими свойствами.

Попытки освоить и автоматизировать оборудование для электроискрового раскроя в отечественной и зарубежной промышленности велись в 60 – 80 гг. прошлого века [33, 34].

К примеру, в изобретении [34] представлено устройство (рис. 6.1), содержащее систему электродов, один из которых представляет собой печатную схему 1, на которой укладывают материал 2, а другой электрод выполнен в виде двух барабанов 3, 4, установленных один внутри другого и вращающихся вокруг общей оси в разных направлениях (по типу беличьего коле­са) от электродвигателя 5 через вариатор ско­ростей 6. На электроды подается ток высоко­го напряжения. Барабаны 3 и 4 во время пере­движения печатной схемы 1 с материалом вращаются в различных направлениях, созда­вая разнонаправленные чередующиеся им­пульсы электроразрядов. Скорость вращения можно регулировать в зависимости от частоты тока и скорости движения материала.

Ультразвук используют при выкраивании деталей из одного полотна. Для такого раскроя применяется специальный аппарат, который действует в диапазоне звуковых или ультразвуковых частот и имеет вибрирующий инструмент, взаимодействующий с опорой для вырезания определенной формы детали. Подвижная полоса продвигает разрезаемый материал и помещает его в зазор между инструментом и опорой, действующей как кромка ножа. Наряду с разрезанием происходит оплавление кромки детали.

К недостаткам такого способа стоит отнести то, что происходит очень быстрый износ режущей кромки опоры и раскрой может выполняться по прямой линии.

Рисунок 6.1 – Устройство для электрораскроя материалов

Раскрой микроплазменной дугой. В качестве рабочих газов выбраны аргон и азотно-аргоновая смесь, которые позволяют получить линию разреза максимальной чистоты. Ширина линии разреза увеличивалась с увеличением количества слоев разрезаемого материала. Высокое качество линии разрезания микроплазменным способом обеспечивает экономию материалов, так как благодаря узкой линии резания и большой точности раскроя по сравнению с механическими способами ликвидируются зазоры между сложными конструктивными линиями лекал.

Раскройные системы с газолазерным раскроем или плазмой более эффективны при производстве мелких серий или индивидуальном изготовлении одежды. Фирма «Magnetronics Ltd» (Англия) [25] освоила производство универсальной установки для плазменного раскроя различных материалов. В качестве режущего инструмента используется плазма аргона. По данным фирмы, установка проходила испытания при раскрое различных материалов, включая текстиль. Установка рассчитана на предприятие средней мощности. Принцип работы заключается в применении интенсивно нагретой тонкой струи аргонового газа (плазмы), которая подается из рабочей головки со скоростью 660 м/с, диаметр газовой горелки около 0,7 мм, длина 5 – 10 мм, что обеспечивает точный и чистый рез. При работе с синтетическими материалами при плазменном раскрое возможно одновременное оплавление краев материала. Скорость раскроя 50 м/мин. На условия работы оператора не влияют высокие температуры, так как на расстоянии 20 см от установки температура воздуха лишь незначительно выше обычной комнатной, а применение инертного газа – аргона исключает возможность возникновения пожара.

Стоимость установки для раскроя плазмой примерно в 5 раз меньше стоимости лазерной установки, что делает ее применение экономически целесообразным. Эксплуатационные расходы (учитывая стоимость аргона и невысокую энергоемкость установки – 100 – 200 Вт) также невелики.


3.4 Система управления установки для гидрорезания

Гидравлическая схема установки приведена на рисунке 3.12.

Установка состоит из системы низкого 2 и высокого 6 давления, устройства 10, формирующего сопло, стола 11 для закрепления и подачи материала, а также системы управления. Повышение давления в установке осуществляется посредством гидромультипликатора двустороннего действия, состоящего из соосно расположенных цилиндров малого диаметра 5 (камер высокого давления) и цилиндра большого диаметра 7 (камеры низкого давления). Коэффициентом мультипликации называют отношение давления на выходе из мультипликатора к давлению на входе в него.

Масляная система низкого давления 2 с помощью насоса 1 и золотниковых распределителей обеспечивает возвратно-поступательное движение поршня 3 и совместно с плунжерами 4 в цилиндрах низкого 7 и высокого 5 давления.

В качестве рабочей жидкости используется чистая вода, которая из емкости 15 насосом 14 подается в камеры высокого давления 5. При движении поршня 3 и плунжеров 4 в камерах 5 попеременно происходит сжатие жидкости, которая их заполняет. По трубопроводам 9 жидкость под высоким давлением поступает в гидроаккумулятор (гаситель) 8, где происходит сглаживание пульсаций жидкости в момент реверса поршней и обеспечивается истечение непрерывного потока под действием постоянного давления. Истечение жидкости происходит через сопло, которое устанавливается в устройстве 10. В качестве сопла используются волоки из высокопрочного синтетического алмаза. Сформированная струя имеет большую скорость и осуществляет резание материала, закрепленного на рабочем столе 11. Отработанная жидкость попадает в гаситель струи 12, из которого через очистительный фильтр подается в емкость 15.

С помощью программного обеспечения производится оптимизация скорости раскроя по отношению к задан­ным параметрам (скорость позиционирования, максимальная скорость раскроя, максимальное ускорение по каж­дой оси). Программное обеспечение служит также для непрерывного контроля за рабочими параметрами машин и клапана сопла.

Одним из распространенных программных обеспечений раскроя является система раскроя под названием Loginest [16], состоя­щая из двух пакетов программ: автоматизированного раскроя и интерактивного размещения деталей обуви на дисплее.

Пакет автоматизированного раскроя генерирует фай­лы оптимального раскроя без вмешательства оператора в соответствии с требованиями производства. Показатель оптимизации каждого файла раскроя выводится на эк­ран вместе с показателями состояния производства.

1

Рисунок 3.12 – Гидравлическая схема установки для гидрорезания

При интерактивном размещении деталей обуви на дис­плее оператор имеет возможность создания фигурных об­разов на экране с помощью «мыши» и планшетного сто­ла. Программное обеспечение изображает изделия любо­го размера, а также граничные размеры материала, на основе которых производится раскрой. При этом вычис­ляется коэффициент использования материала, и он не­прерывно изображается на экране. Если оператора удов­летворяет имеющийся в памяти компьютера файл рас­кроя, ему следует лишь его подтвердить. Все функции выполняются программным обеспечением. Имеется фун­кция «подсказки» оператору, например, не выкроенное еще число деталей непрерывно индуцируется на экране. С помощью программы интерактивного размещения де­талей можно раскраивать рулонные материалы. Схема раскроя, созданная с помощью автоматической системы, может быть вызвана из памяти и модифицирована в ходе интерактивного процесса.

Последовательность выполняемых операций разделе­на на четыре шага: цифровое компьютерное отображение геометрических размеров листового материала; схема рас­кроя на экране терминала; раскрой материала; сорти­ровка деталей.

Размеры листов материала передаются на систему рас­кроя от системы автоматического проектирования (САПР) или они преобразуются в числовые коды на специальном столе. В память компьютера заносятся геометрические размеры листов под соответствующими номерами.

Информация, полученная с помощью системы раскроя Loginest, выводится на цветной графический дисплей. С помощью автоматической программы оператор прини­мает решение, как следует расположить каждый лист материала для раскроя. Материал перемещается в зону обработки и раскраивается в соответствии с программой.

Раскрой кож с помощью системы Focom выполняется за восемь шагов (рис. 3.13):

1 – цифровое отображение в памяти машины парамет­ров листового материала с помощью специального шаблона. Система имеет возможность получить гео­метрические размеры материала в предварительно ус­тановленном формате. Параметры каждого листа ма­териала заносятся в память компьютера под опреде­ленным номером;

2 – изготовление жестких лекал (шаблонов). Жесткие лекала вырезаются на основе цифровых данных, со­зданных во время первого шага, режущим инстру­ментом;

3 – накладывание лекал на материал. Оператор распо­лагает кожу на столе для раскроя и раскладывает на ней лекала так, чтобы максимально использовать ее площадь, стараясь обходить пороки;

4 – сканирование кожи. Кожа с лекалами проходит под фиксированной камерой, которая производит ска­нирование и регистрацию позиции каждого лекала. Данная кожа получает индивидуальный номер, кото­рый заносится в компьютер;

5 – снятие лекал с кожи;

6 – загрузка кожи в установку для раскроя с помощью конвейера;

7 – раскрой кожи;

8 – разгрузка деталей.

Кожаные детали направляются на разгрузочный кон­вейер. Оператор разгружает и сортирует детали.

2

Рисунок 3.13 – Алгоритм функционирования системы Focom


5.4 Система управления установки для раскроя механическим ножом

5.4 Система управления установки для раскроя механическим ножом

Автоматизированное оборудование для раскроя механическим ножом в последние 20 лет пережило модернизацию аппаратной и программной частей управления установками.

Рисунок 5.7 - Устройство привода ножа

в раскройной установке фирмы «F.K. Group»


Для демонстрации программно-аппаратных возможностей современных установок для раскроя механическим ножом ниже рассмотрена машина FC 4 итальянской фирмы «Teseo spa».

Машина FC 4 [32] оснащена проекционным аппаратом High Brilliance, представляю­щим собой воплощение сов­ременных достижений в оп­тике. Высокая разрешающая способность и контрастность обеспечивают хорошую ви­димость и четкое разграни­чение проецируемых деталей на любом материале и позволяют оператору осу­ществить с высокой точно­стью операцию раскроя (при натуральном освещении) как на черной, так и на лакиро­ванной (блестящей) коже.

Специалисты фирмы от­мечают, что рабочая пло­щадь раскроя разделена на секторы, то есть обладает сис­темой «секторизации» DCV, которая изобретена и запатентована фирмой. С помощью вакуумной вытяж­ки, находящейся внутри этой структуры, обеспечивается наибольшее натяжение кожи только на участке рас­кроя. Таким образом, обес­печивается быстрый, ров­ный и точный раскрой на де­тали как тонких, так и плот­ных участков кожи.

Режущий инструмент мо­жет быть разнообразным. Каждая раскройная головка может иметь до 8 видов различных резаков (специально разработанных) для получе­ния максимальной рента­бельности процесса раскроя. Лезвие инструмен­та изготовлено из специаль­ного сплава, который позво­ляет сохранить остроту ре­жущей части в течение про­должительного времени. Ос­нащение машины такими ин­струментами обеспечивает быстроту и высокое качество выполнения операции, в том числе точность раскроя даже самых мелких деталей неза­висимо от толщины и типа раскраиваемого материала (например, толстые кожи, че­прак, поролон, тексон и др.). Нанесение различных рисун­ков на коже осуществляется с помощью фигурных пробой­ников. Для быстро­ты проведения этого процес­са одновременно могут рабо­тать до 5 пробойников.

Специалисты фирмы от­мечают, что программное обеспечение машины FC4 постоянно совершенствует­ся и является несложным.

Для небольших предприятий, ди­зайн-центров, экспериментальных цехов, ателье предлагаются специа­лизированные раскройные установки для раскроя однослойных полотен ткани с механической системой реза. Данные установки имеют небольшие размеры, просты в эксплуатации, могут обслуживаться одним челове­ком. Подобные установки кроме ос­нащения для резки различных мате­риалов могут иметь дополнительные функции:

адаптацию раскладки лекал к ри­сунку ткани («Lectra Systems», «Investronica Sistemas», «Gerber Technology»);

– стандарт plug&play («включил и рабо­тай») («Gerber Technology»);

– модульную раскройную систему для раскладки и резания кожи, которая позволяет автоматически распозна­вать бракованные участки с помо­щью системы автоматического ска­нирования контура куска («Gerber Technology»);

– большую эффективную площадь ре­за («Shima Seiki»);

– бесшумную работу («Shima Seiki»);

– нанесение информации на картон («Lectra Systems»);

– различные опции для вырезания вы­тачек, нанесения надсечек и свер­ления отверстий («Lectra Systems»).

Эти комплексы подключаются к персональному компьютеру, могут быть установлены в течение одного дня. Они легко интегрируются с раз­личными CAD пакетами. Данное обо­рудование дает возможность быстро­го кроя деталей по требованию, су­щественно снижает цикл разработки коллекции и стоимость изделия. Ин­формация, полученная при раскрое единичного настила, может быть со­хранена и передана из эксперимен­тального цеха в массовое производ­ство.

Эти простые в обслуживании уста­новки позволяют пользователю про­изводить образцы или малые партии при минимальном вмешательстве в бизнес-поток.

Таким образом, с ис­пользованием автоматиче­ской системы FC4 могут быть осуществлены следу­ющие процессы раскроя ко­жи (материала): одинарный, двойной и непрерывный. Одинарный способ приме­няется при раскрое крупных кож (занимающих большую часть раскройной площади) или когда необходимо вы­резать детали по лекалам больших размеров. При этом рабочая площадь стола ис­пользуется последователь­но для раскладки лекал и раскроя деталей, в данном случае производительность процесса зависит от време­ни загрузки и выгрузки ма­териала. При двойном спо­собе рабочая площадь раз­деляется на две части, одна из которых используется оператором для раскладки, другая – для раскроя. После завершения каждого этапа оператор меняет свое поло­жение. Данный метод ис­ключает потерю рабочего времени, а производитель­ность достигает максимального значения. При непрерывном способе раскрой производится непрерывно от одного края рабочей поверхности до другого, предоставляя оператору возможность размещать необходимые лекала, а также собирать уже использованные лекала. Такие операции не прерывают процесс раскроя и позволяют достигать производительности, аналогичной двойному методу. Данный способ раскроя является оптимальным как для больших участков кожи (для размещения на них средних и мелких по площади деталей), так и при работе с небольшим количеством лекал (например, для голенищ сапог) на каждом куске кожи.

Хотя системы механического кроя получили большое распространение на предприятиях швейной промыш­ленности, они все же имеют ряд не­достатков из-за физического конта­кта ножа и ткани. К этим недостат­кам относятся: смещение слоев тка­ни при раскрое, отклонение от тре­буемого контура кроя в нижних сло­ях настила, искажение контуров де­талей.

3.3 Конструкция установки для гидрорезания

Полуавтоматическая гидрорезная установка "Пагрус" (г. Владимир) по техническому уровню соответствует лучшим зарубежным образцам [14]. Предназначена для резки струей воды высокого давления деталей любой конфигурации из листовых неметаллических и тонколистовых материалов.

Установка изготовлена в виде отдельных модулей: при­вода главного движения (станции высокого давления), обеспе­чивающего создание режущего инструмента – струи воды; привода подач, перемещающего струи относительно обраба­тываемого материала; системы управления (рис. 3.6). Конструкция привода подач сопловой головки зависит от формы и габаритных размеров обрабатываемого изделия, се­рийности выпуска, технических требований к изделию. Использование асинхронных электродвигателей в кине­матической схеме управления движением соплового аппарата обусловливает бесшумную и практически безвибрационную работу.

Перед началом цикла технологического процесса раскроя вручную подготавливают и укладывают листы обрабатывае­мого материала на раскройный стол. Подготовительные опе­рации заканчивают ручной настройкой оптимального расстоя­ния от сопла до материала.

Технические характеристики полуавтоматической ус­тановки "Пагрус"

Максимальные размеры обрабатывае­мой детали, мм

1000 × 1000

Высота кроя, мм

До 100

Скорость резания, м/мин

0,5-9

Точность позиционирования соплового узла, мм

±0,1

Шероховатость поверхности реза, мкм

20-40

Ширина реза, мм

0,1-0,5

Диаметр отверстия сопла, мм

0,1-0,15

Стойкость сопла, час

200-250

Рабочее давление струи воды, МПа

50-300

Максимальный расход рабочей жидко­сти, л/мин

1,0

Суммарная мощность электродвигате­лей, кВт

22,15

Площадь, занимаемая установкой, м2

10

Суммарная масса установки, кг

1500

1

Рисунок 3.6 – Полуавтоматическая гидрорезная установка «Пагрус»

Оптимальная скорость обработки на гидрорезной уста­новке «Пагрус» при раскрое различных материалов (с преде­лом прочности при сжатии σсж  > 100 МПа) находится в преде­лах 0,5 – 9 м/мин, так как увеличивается энергоем­кость процесса.

Наиболее эффективно раскраивать на установке резину маслостойкую толщиной до 100 мм, резину вакуумную – до 30 мм, поролон – до 100 мм, пенопласт эластичный – до 40 мм.

На рис. 3.7 представлена схема установки для раскроя материалов струей жидкости, обеспечивающая качественное и устойчивое резание пакетов (настилов) листовых деталей и позволяющая автоматизировать технологический процесс, а также улучшить санитарно-гигиенические условия труда.

2

Рисунок 3.7 Схема установки для раскроя технических тканей сверхзвуковой струей жидкости

Схема установки включает в себя гидростанцию высоко­го давления 1 для получения режущей струи жидкости, кото­рая подается по гибкому трубопроводу 2 в сопловый аппарат 3 раскройного стола 4.

Каретка 5 опирается на направляющие основания 6 рас­кройного стола 4 и перемещает сопловый аппарат 3 в про­дольном и поперечном направлении с помощью ходовых вин­тов (не показаны) по заданному контуру под контролем управ­ляющего устройства 7 традиционного типа в виде УЧПУ или компьютера.

На поддоне раскройного стола 4 размещена опора 8 ма­териала 9 в виде сетчатого транспортера или ножевой решетки, что позволяет сохранить необходимую ориентацию обра­батываемого материала относительно режущего инструмента и обеспечить отвод рабочей жидкости устройством улавлива­ния.

Устройство, улавливающее режущую струю жидкости (не показано), ориентировано в вертикальной плоскости соосно сопловому аппарату 3 и перемещается синхронно со струей жидкости, выходящей из материала.

Кинематическая схема механизма подачи сопловой головки таких установок приведена на рис. 3.8.

Движение каретки сопла осуществляется от электродвигателя 1, вал которого с помощью муфты 2 закреплен с валом 6. На валу 6 закреплены две шестерни 3-1, 3-2, которые входят в зацепление соответственно с двумя зубчатыми колесами 4-1, 4-2. На валах крепления колес 4-1 и 4-2 закреплены также шестерни 5-1, 5-2, которые обкатываются по рейкам 7-1, 7-2, закрепленным на столе. Таким образом, от двух передач – зубчатой и зубчато-реечной каретке соплового устройства сообщается поступательное перемещение вдоль стола.

Поперечные перемещения соплового устройства осуществляются от электродвигателя 9, вал которого с помощью муфты 10 связан с валом 12. На валу 12 закреплены шестерни 11-1, 11-2. В центральной части вала 12 выполнена трапецеидальная резьба для винтовой передачи. На резьбу надета гайка кронштейна 15, на котором крепится с помощью кронштейна 16 сопловое устройство 17. В конструкции введен вал 18, по которому транспортируется втулка кронштейна 15. Таким образом, передача движения сопловому устройству от двигателя винтовая.

Гаситель 23 совершает перемещения вместе с сопловым устройством 17. Он получает движение от того же двигателя 9 через зубчатые передачи 11-1 (11-2), 13-1 (13-2), 14-1 (14-2) и винтовую передачу, которую обеспечивает винтовой вал 21 и гайка кронштейна 22 крепления гасителя 23. Для задания направления движения устройству гасителя в конструкции механизма также введен дополнительный вал 24.

Сопловый аппарат имеет винтовой механизм ручного подвода на оптимальное расстояние до материала в верти­кальной плоскости. В ряде установок настройка сопла выполняется автома­тически с последующим контролем в процессе раскроя.

Раскраиваемый материал удерживается в процессе реза­ния на сетчатом транспортере, который имеет возможность движения в продольном направлении от опорных роликов для подвода пакета материала в зону резания и корректировки по­ложения относительно сопла. Другой модификацией опорной поверхности является неподвижная ножевая решетка.

Таким образом, установки для раскроя сверхзвуковой струей жидкости материалов легкой промышленности оснащаются как опорным столом, образованным гибкой поверхностью транспортера в виде металлической сетки, так и жесткой стационарной конструкцией решетчатого типа.

Для опоры раскраиваемого материала может использо­ваться [14] ленточный транспортер 1 (рис. 3.9), имеющий щель 2 (под струей жидкости 3), которая движется синхронно с пере­мещением струи.

3

Рисунок 3.8 – Кинематическая схема механизма подачи

соплового устройства установки для гидрорезания


4

Рисунок 3.9 Установка с подвижной щелью для раскроя материалов ССЖ

Щель образована роликами 4, расположенными в под­вижном корпусе уловителя 5 под режущей головкой, что обес­печивает опорную поверхность настила материала в зоне реза­ния.

Однако такие машины с подвижной щелью требуют сложного механизма, расположенного противоположно режу­щему инструменту, и дополнительного обслуживания (чистка от загрязнений продуктами отходов, регулировка синхронного перемещения сопла и корпуса уловителя и др.).

Чтобы решить проблемы, связанные с механизмом пере­мещения щели, расположенной непосредственно под подвиж­ной прорезью ленточного транспортера, применяют двухленточный транспортер с подвижной щелью, образованной со­седними концами двух лент. Один транспортер удлиняется, тогда как другой укорачивается, чтобы обеспечить перемеще­ние щели.

Однако для этого необходим сложный механизм шкивов для натяжения провисания и укорачивания одного транспор­тера и опускания провисания и удлинения другого транспор­тера. Недостатком этого устройства является то, что оно тре­бует относительно сложного механизма и относительно длин­ного транспортера для образования подвижной щели, а также необходимо значительное пространство под транспортерами для его размещения.

В установке [14] для раскроя пакета материалов (рис. 3.10) в качестве опоры используется металлическая сетка 7, закрепленная по периметру стола 2 растяжками 3. Га­ситель энергии струи 4 перемещается синхронно с сопловым узлом 5 посредством гибких связей 6.

5

Рисунок 3.10 – Установка для раскроя сверхзвуковой струей жидкости на сетчатой опоре

Намокание нижнего слоя пакета материала уменьшается посредством применения на верхней части опорной сетки гиб­кой диафрагмы из полиэтиленовой пленки. Ее использование снижает экономические показатели раскроя.

В некоторых установках [14] металлическая сетка применяет­ся в качестве транспортера для перемещения волокнистого ма­та из зоны изготовления в зону отделения кромки края с использованием струи.

Как отмечалось, при раскрое ССЖ должна при­ниматься улавливающим устройством под материалом. Естественно, это ослабляет опорную поверхность, так как настил материала не может поддерживаться снизу в зоне улав­ливания. В результате недостаточной жесткости возникают погрешности формы у индивидуальных заготовок и колебания размеров заготовок в партии.

Фирма «Trumpf» (Германия) изготавливает автоматизи­рованные гидрорезные установки [14] как единый технологический комплекс, что позволяет уменьшить занимаемую площадь. Раскрой материалов осуществляется одной (модели Trumatic WS 2500, Trumatic WS 4000) или двумя сопловыми головками (модели Trumatic WS 2502, Trumatic WS 4020), ка­ждая из которых имеет возможность перемещения по трем ко­ординатам (табл. 3.1). Для повышения производительности модель Trumatic WS 4020 оснащена двумя гидростанциями высокого давления (рис. 3.11).

По сравнению с традиционными способами раскроя гидрорезание обеспечивает более высокую степень использования материалов за счет уменьшения межлекальных выпадов, которые практически сводятся к нулю за счет узкого реза, получаемого струей воды. Данный метод особенно эффективен при раскрое многослойного настила, так как устраняется смещение материала, обеспечивается точность раскраиваемых деталей, не нарушается структура материала, на материал не действует давление сжатия.

Таблица 3.1 – Технические характеристики гидрорезных автоматизированных установок «Trumpf» (Германия)

Наименование параметра

Модель установки

WS 2500

WS 2502

WS 4000

WS 4020

Рабочий

диапазон, мм

X, Y оси

2500×1250

4000×2000

Z ось

200

Высота кроя, мм

Гидроабразив­ная струя

100

Гидроструя

150

Максимальная масса мате­риала, кг

1000

2000

Количество рабочих

1

2

1

2

Количество опор

10

16

Максималь­ная скорость, м/мин

Продольная

40

60

Поперечная

56

85

Минимальное отклонение от программируемого пути, мм

0,01

Ошибка позиционирования, мм

±0,1

Управление

TRUMAGRAPH СС 220S

Давление, МПа

100-4000

Максимальный расход жидкости, л/мин

3,3

Система охлаждения

Масло/ Воздух

Потребление жидкости, л/мин

3,3

2x3,3

Потребляемая мощность, кВт

38

Длина, мм

7400

9300

10300

Ширина, мм

4300

5100

5400

Высота, мм

1800

1900

1900

Масса, кг

4700

4900

7600

7100

6

Рисунок 3.11 – Гидрорезная автоматизированная установка модели Trumatic WS 4020 фирмы «Trumpf»

Если раскрой многослойного настила вертикальным ножом приводит к изменению размеров раскроенных деталей (чем больше высота настила, тем больше отклонение размеров), то раскрой струей жидкости не нарушает стандартности деталей. Водной струей можно резать практически любые материалы толщиной до 100 мм. Не требуется дополнительной обработки раскроенных деталей, отсутствует оплавление краев материала по линии реза.

В зависимости от вида раскраиваемого материала ис­пользуют установки мощностью от 8 до 40 кВт, которые обес­печивают давление жидкости от 100 до 800 МПа, что соответ­ствует скорости истечения до 1000 м/с. Расход жидкости через сопло сравнительно небольшой (до 4 л/мин) и зависит от дав­ления жидкости и диаметра сопла.

При эксплуатации водоструйных установок обеспечива­ется безопасность и гигиена труда.

5.3 Конструкция установки для раскроя механическим ножом

Преимущественное распространение имеет оборудование с меха­ническим режущим инструментом. Совершенствование данного обо­рудования ведется с учетом возможности его использования на пред­приятиях различной мощности и при работе с различными по свойст­вам материалами. Разработкой и изготовлением такого оборудования занимаются отечественные и зарубежные фирмы: ООО «Семенов и Ко» (г. Жуковский, создана на базе ЭМЗ им. Мясищева, производит установки по лицензии «Investronica») [27], «Investronica Sistemas» (Испания) [28], «Lectra Systems» (Франция) [28], «Gerber Technology» (США) [29], «Kuris-Wastema» (Германия) [27], «Bullmerwerk» (Германия) [25, 27], Shima Seiki (Япония) [30], Autex (Ис­пания) [27], F.K. Group (Италия) [31], «Eastman» (Англия) [25], «Teva Technican» (Финляндия) [25], «Теseo spa» (Испания) [32] и др.

Фирмой «Kuris-Wastema» разработана и выпус­кается машина Servo-Cutter Automatic, которая занимает промежу­точное положение между традиционными раскройными машинами с одной стороны, и автоматизированными системами для программно­го раскроя – с другой [25]. Эта машина предназначена для чистового вырезания деталей кроя из настилов без из предварительного рассе­кания. Облегчение труда оператора, повышение производительности и точности кроя достигается за счет использования уравновешиваю­щей параллелограммной подвески, работающей по принципу панто­графа и удерживающей машину над рабочим столом.

Фирма «Bullmerwerk» создала систему Vario Cutter-600, а фирма «Teva Technican» – систему 7Т-1200 BAR для раскроя настилов высотой до 1,5 м из объемных материалов [25]. Фирмой «Eastman» также предложена система Воb-о'-Link. В системе фирмы «Teva Technica» для раскроя объемных мате­риалов использован принцип шарнирных рычагов фирмы «Kuris-Wastema» и вертикальный нож, перемещаемый на раскройном столе с отвер­стиями для сжатия настила материала путем создания вакуума. Так­же разработано устройство для создания воздушной «подушки» для подвода и отвода материала, которое может быстро переключаться на режим создания вакуума.

Высшим достижением в области раскроя являются автоматизированные системы раскроя с программным управлением. Здесь по объ­емам выпуска и перерабатываемого материала ведущее место зани­мают системы с механическим раскройным инструментом. Подоб­ное оборудование выпускают отечественная фирма «Семенов и Ко» и зарубежные производители – фирмы «Gerber Technology», «Kuris-Wastema», «Bullmerwerk» и «Investronica». Настил материала уплотняется и удержи­вается с помощью вакуума. Имеется устройство для автоматической заточки ножа, а его изгиб в процессе раскроя контролируется высо­кочувствительным устройством. Перемещение подвижных элемен­тов по соответствующим координатам осуществляется тиристорными приводами с высокомоментными двигателями постоянного тока.

Описываемые агрегаты могут раскраивать настилы из любых тканей, трикотажа и нетканых полотен (высота настила до 75 мм в сжатом состоянии) со скоростью 6 – 9 м/мин настилы для раскроя, выложенные на настилочных столах, передаются на раскройные столы конвейерными лентами.

Фирма «Gerber Technology» выпускает установку, ориентированную на не­большие предприятия и предназначенную для раскроя материалов в один-три слоя. В качестве раскройного инструмента использован дисковый нож диаметром 12 – 20 мм. Раскройный стол покрыт пла­стиковой фольгой.

Раскройные автоматы с дисковым ножом диаметром 28 и 45 мм выпускает также фирма «Kuris-Wastema». Автоматы ZAT VI и ZAT VI RC предназначены для раскроя технического текстиля и других специ­альных материалов.

Фирма «Bullmerwerk» выпускает автоматизированную раскрой­ную машину Variomatic-SOO с плунжерным ножом, перемещающим­ся по двум координатам. Машина может оснащаться несколькими раскройными головками, работающими в автоматических режимах на разных участках раскраиваемого материала.

Продукцией этих фирм являются автоматизированные раскройные комплексы с высоким уровнем произ­водительности, предназначенные для крупного промышленного производст­ва. Основными функциями этих комп­лексов являются:

– использование данных из специали­зированного программного обеспе­чения;

– автоматический настил и выравни­вание материалов;

– автоматическая подача ткани;

– вакуумное удержание материала;

– автоматическая заточка ножей;

– выполнение эффективной расклад­ки лекал на ткани;

– отображение на мониторе парамет­ров процесса;

– контроль положения ножа;

– регулировка скорости ножа;

– балансирующий нож;

– возможность сохранения парамет­ров для повторного кроя;

– совместимость с различными фор­матами данных;

– регулировка длины и ширины эффективного окна реза;

– использование сменных типов голо­вок и лезвий.

Некоторые установки имеют ряд дополнительных функций:

– удаленный контроль за процессом реза;

– маркировка готового кроя;

– возможность обслуживания не­скольких раскройных столов одновременно;

– оптимизация последовательности процессов кроя;

– изменение и корректировка в реаль­ном времени процессов раскроя;

– охлаждение ножей в процессе реза;

– возможность самоочистки раскрой­ного оборудования.

На рис. 5.4 показан автоматический раскройный комплекс (АРК) фирмы «Gerber Technology» [28]. Он предназначен для автоматизирован­ного раскроя настилов из различных материалов толщиной до 72 мм. В зависимости от марки установки поле раскроя составляет 1700 × 2340 мм, скорость ре­зания регулируется от 0 до 45 м/мин. Основными составными элементами комплекса являются: раскройный стол, раскройное устройство, панель управления раскройным устройством, пульт управления комплексом, программное обеспечение, панель уп­равления конвейера съема изделий.

Рисунок 5.4 Автоматический раскройный комплекс

фирмы «Gerber Technlogy»:

Кроме того, к раскройному комплексу примыкают настилоч­ные установки для размотки рулонных материалов и формирова­ния из них настилов. Комплекс оснащен вакуумным прижимом, спрессовывающим настил и препятствующим сдвигу материала в процессе резания.

Раскройные столы могут иметь различное конструктивное исполнение: статическое и конвейерное. Рабочая поверхность раскройного стола (или конвейера) 1, на которой раскраиваемый настил выстилается нейлоновыми щеточными плитами щетиной вверх. Высота щетины должна быть такой, чтобы сквозь нее мог пройти нож на необходимую глубину, не достигая основания. Настил укладывается на перфорированной бумаге для прохожде­ния воздуха и подается на рабочую поверхность стола 1. Сверху на настил укладывается полиэтиленовая пленка для создания вакуума. Подается команда на включение вакуумной установки, настил при этом прессуется. Системой управления раскройной установкой предусмотрено включение вакуумного сжатия поло­тен разрезаемого настила только в зоне резания, что повышает качество резания и снижает потребление электроэнергии.

Процесс настилания и раскроя настила должен отвечать опре­деленным условиям. Тип бумаги для подстилки должен сочетаться со свойствами раскраиваемого материала. Высота настила опре­деляется свойствами материала и конфигурацией вырезаемых деталей. Для покрытия настила должна применяться пленка вы­сокого давления. Настилать материал следует без натяжения.

Изготовление настила и подача его в зону обработки может осуществляться различными способами. Обычно рулонный мате­риал разматывается со скалки 4, настилается и передается на рас­кройный стол, где он закрепляется и раскраивается. Конвейер­ные раскройные системы автоматически подают порции насти­ла для раскроя на поверхность раскройного стола. Столы для настила должны быть выровнены и совмещены с раскройным комплексом так, чтобы настил перетягивался на поверхность, где осуществляется раскрой, двигаясь поступательно со строгим по­зиционированием выровненной кромки настила.

Автоматический раскройный комплекс фирмы «Gerber Technology» осна­щен конвейерной системой перемещения настила, что не ограни­чивает длину настила и позволяет производить съем готового кроя одновременно с раскроем материала. При этом система может иметь автономный конвейер (стол) 8 съема раскроенных деталей с пультом управления 7.

Раскройное устройство состоит из раскройной головки 2, рас­положенной на портале 3, выполненном в виде подвижной бал­ки, перемещающейся вдоль настилочного стола. Раскройная го­ловка 2 движется по балке поперек стола. Сложение движений по двум координатам позволяет вырезать детали сложной конфигу­рации. Режущая головка представляет собой управляемое устройство, обеспечивающее осциллирующее движение ножа по верти­кали для уменьшения угла резания. Кроме того, она выполняет координированные движения для установки ножа в позицию для прорезания материала в начале операции и в углах вырезаемой детали, а также обеспечения постоянства положения оси сечения лезвия ножа – по касательной к профилю лекала, по которому вырезается деталь. Режущий инструмент (нож) делается из высо­копрочной стали, это увеличивает его жесткость и позволяет делать его шириной не более 5 мм, что повышает точность раскра­иваемых деталей.

По команде с панели управления 5 в начале раскроя материа­ла двухкоординатное раскройное устройство выводит нож в ис­ходное положение в соответствии с программой раскроя. В пер­вую очередь нож делает прорези в углах излома контура детали. Далее выполняется резание по основным участкам контура детали и настиле согласно последовательности, определенной при про­ектировании раскладки лекал. После окончания программы резания выключается вакуум, и раскройный настил с помощью транспортирующих средств сдвигается из рабочей зоны на съем­ный стол. Со стола крой разбирается, а комплекс готов к обра­ботке очередной программы.

Пульт управления 6 установлен на поворотном кронштейне. К программным особенностям АРК фирмы «Gerber Technology» относятся: операционная система Windows, обладающая возможностями многозадачности; просмотр раскладки лекал для избежания оши­бок; автоматическая оптимизация пути резания; отображение на дисплее раскладки во время резания; отображение последователь­ности резания; непрерывное отображение параметров системы: уровень вакуума, скорость резания и т. д.; диагностика системы; система контроля за скоростью раскроя для повышения произ­водительности; регулировка вертикальной скорости ножа с учетом увеличения производительности и устранения плавления тка­ни; организация очереди раскладок.

Аналогичную структуру и конструкции составных частей име­ют раскройные комплексы фирмы «Investronica Sistemas». На рис. 5.5 показана блок-схема машины фирмы «Investcut» [28]. Машина включает модуль раскроя с раскройной головкой 5, рас­положенной на портале 7, раскройным столом 6 и столом съема изделия 8. Система управления стола съема позволяет произво­дить его автоматический или ручной запуск посредством ряда ко­манд, подаваемых с пульта управления 4 блока 1. В автоматиче­ском режиме стол приема движется синхронно с конвейером, в то время как в режиме ручного управления лента может перемещаться по команде оператора. Вакуумная установка 3, управляемая с панели 2, обеспечивает прессование настила.

Основной исполнительной частью автоматизированных рас­кройных комплексов и агрегатов является раскройная головка, работающая по заданной программе. На рис. 5.6 представлена кинематическая схема механизма перемещения раскройной головки, у которого портал 7 расположен над рас­кройным (настилочным) столом 2, на котором подготовлен к рас­крою настил материала 3.

Портал перемещается на катках вдоль стола (настила) с помощью зубчато-реечной передачи 12, приво­димой в движение электродвигателем 11, обрабатывается первая координата х1. Вторая координата х2обрабатывается при переме­щении головки 10 относительно портала (поперек настила) с по­мощью зубчато-ременной передачи 8 от электродвигателя 9. Нож машины 1, выполненный в виде остроконечного лезвия, обеспе­чивающего не только виброрезание, но и вибропрокол настила, получает осциллирующее движение от электродвигателя 6 через кривошипно-коромысловый механизм. Поворот ножа относи­тельно вертикальной оси на углах вырезаемой фигуры или кри­волинейных участках осуществляется механизмом, который при­водится в движение электродвигателем 4 через зубчатую передачу 5.

Работа агрегата протекает следующим образом. После насти­лания агрегат с заложенной программой раскроя включается в работу. Вначале обрабатываются углы всех деталей, поскольку жесткость настила пока максимальна и не происходит смещения слоев.

Рисунок 5.5 – Блок-схема машины фирмы «Investcut»

Рисунок 5.6 – Кинематическая схема раскройного устройства

Углы обрабатываются последовательным проколом ножа по одной стороне угла, затем выводом ножа из настила, переориентированием его и проколом настила по второй стороне угла. Да­лее нож переходит к следующему углу этой же детали или следу­ющей. После обработки углов начинается собственно раскрой, при котором нож входит в прорез угла и начинает обрабатывать сторону детали. При этом происходит смещение портала относи­тельно настила, головки – относительно портала и поворот ножа в головке – относительно лезвия.

При раскрое материала пластинчатым ножом пленка прижи­мает его к поверхности стола, что удерживает материал от смеще­ния при раскрое. Пластинчатый нож перемещается в автоматизи­рованном комплексе двухкоординатным устройством. К таким ус­тройствам можно отнести отечественную установку «Спутник», раскройные установки TexCut 2025 и TexCut 2050 фирмы «Kuris-Wastema», раскройные установки фирмы «F.K. Group» и др.

В начале раскроя материала нож по командам с пульта управ­ления должен быть выведен в исходное положение, как это пре­дусматривается в программе раскроя. Далее нож по программе (полученной в подсистеме «Раскладка» САПР) вырезает основ­ные контуры деталей в настиле согласно последовательности, определенной при проектировании раскладки лекал.

Пластинчатый нож 1 (рис. 5.7 а) [26], прикрепленный к нижней части ползуна-муфты 6 в головке раскройной установки, получа­ет привод от вала электродвигателя через кривошип 4 и шатун 5. Ползун-муфта 6 проходит в цилиндре с боковыми отверстиями, в которые подается сжатый воздух. Разворот ножа производится от шагового электродвигателя 3 через зубчато-ременную передачу 2 на шкив 7. Нож должен быть направлен по линии реза в на­правлении перемещения головки раскройной установки. Наличие семи подводов от воздушного компрессора между наружным ци­линдром и ротором позволяет нижней пластине и ножу 1 свобод­но и динамично вращаться.

Установка снабжается заточным устройством от дискового кру­га, которое производит заточку ножа по всей длине и на высокой скорости, что гарантирует высокое качество резания материала.

На рис. 5.7 б представлены варианты расположения ножа (схемы резания) при раскрое материала по криволинейному контуру: позиции 8 соответствует неправильное расположение ножа, а позиции 9 – правильный вариант схемы раскроя материала.

3.2 Конструкция инструмента для гидрорезания

Технологические показатели раскроя, режимы и парамет­ры работы установки для гидрорезания находятся в прямой зависимости от ка­чества струи и характера изменения ее гидродинамических параметров по длине, которые главным образом зависят от геометрических особенностей внутреннего профиля сопла. Установлено [14], что параметры внутреннего профиля сопла должны обеспечить три условия течения:

минимальную толщину пограничного слоя потока внутри сопла, уменьшающего толщину турбулентного слоя выходной свободной струи и снижающего взаимо­действие струи с окружающей средой;

уменьшение возможности отрыва пограничного слоя струи, способствующее снижению возмущения цен­трального течения;

уменьшение возможности кавитации, обеспечиваю­щее исключение образования низких давлений внутри сопла, чтобы избежать образования последующего объе­динения пузырьков и разрушения сопла.

Определить функции тока для сопел с различным распре­делением скорости по оси канала можно после предваритель­ной оценки распределения скоростей в различных сечениях сопла.

На практике чаще всего применяют коническо-цилиндрический внутренний профиль, хотя сопла с такой гео­метрией (по сравнению со специально спрофилированными) обладают более низкими коэффициентами истечения, по­скольку сопряжение конической и цилиндрической частей обусловливает образование пограничного слоя потока. Скругление этого перехода позволяет сохранить ламинарный погра­ничный слой, уменьшить гидравлическое сопротивление и турбулентное возмущение около стенок сопла, увеличить зна­чения коэффициента истечения и расхода жидкости, а следо­вательно, интенсифицировать процесс раскроя.

Одним из путей повышения режущих свойств ССЖ и снижения энергозатрат является движение жидкости по архи­медовой спирали [14]. Сопло (рис. 3.2 а) содержит в себе штуцер 1 со сферическим торцом 2, осевым каналом 3 подачи жидкости. На штуцер 1 закреплен держатель 4. В держателе 4 установлен вкладыш 5. В выход­ной части канала 3, выполненного в виде сужающегося конуса, установлен пружинный завихритель 6, сужающийся по ходу движения жидкости.

1

2

а

б

Рисунок 3.2 – Конструкции сопел с улучшенными свойствами

Одним из эффективных методов повышения стойкости сопла является интенсификация процесса образования на внут­ренней его поверхности слоя замороженной жидкости [14].

Конструкция такого сопла (рис. 3.2 б) имеет штуцер 1 с осевым ка­налом 2 подачи жидкости, закрепленный на штуцере 7 держа­тель 3 с полостью 4 и канал 5 подачи хладагента.

В полости 4 установлен конический вкладыш 6 с осевым выпускным каналом 7. Рабочая жидкость, проходя через осе­вой канал 7, охлаждается на внутренней поверхности вклады­ша 6 и образует защитный слой льда. Однако неравномерное охлаждение жидкости на стенках канала приводит к возмуще­ниям внутри струи, что снижает режущие свойства струи жидкости при высоких давлениях.

Сопла изготовляют из искусственных камней – сапфира, алмаза, корунда. Их стойкость составляет 250 – 500 ч, а стоимость – порядка 2 долларов США.

Гаситель энергии струи жидкости является важным элементом в конструкции гидрораскройной установки, он осуществляет торможение водяного потока, устраняет разбрызгивание жид­кости на нижний слой материала и снижает звуковой фон. В качестве поглотителя энергии используются металли­ческие шары, гранитная крошка и т. п. [14]. Устройство гасителя, представленного на рис. 3.3 [14], имеет корпус 1 с вход­ным отверстием 2 для приема струи. Внутренний объем кор­пуса заполнен металлическими шарами 3. Такая конструкция позволяет повысить долговечность и эффективность работы.

Однако одним из недостатков этого технического реше­ния является трудность очистки от загрязнений внутренней полости. При этом накопление продуктов резания снижает пропускную способность устройства, что приводит к вынуж­денной остановке для технического обслуживания.

3

Рисунок 3.3 Конструкция гасителя энергии ССЖ

с металлическими шариками

Наиболее перспективными являются конструкции, ис­пользующие гашение энергии ССЖ, с помощью массы низко­скоростного потока жидкости в направлении движения ССЖ [14]. Такое устройство [14] работает следующим образом (рис. 3.4). Высоконапорная струя жидкости 1, истекающая из сопла 2, разрезает листовой материал 3 и направляется в приемный патрубок 4, попадая в поток низкоскоростной жидкости (пода­ваемый насосом), в котором гасится энергия ССЖ. В отвер­стии приемного патрубка 4 образуется разрежение, способст­вующее снижению звукового фона и разбрызгиванию жидко­сти, улучшающее экологическую и защитную обстановку в процессе работы установки. При этом обеспечивается автоматическое удаление отхо­дов и уменьшение габаритов и массы устройства.

4

Рисунок 3.4 Конструкция гасителя энергии ССЖ

инжекционного типа

Установки для гидрораскроя требуют оснащения уловителями (рис. 3.5) струи жидкости, выполненными в виде емкости, в ко­торой напротив входной конической щели 1 имеется отража­тель 2 с фасонной поверхностью [14]. Такие конструкции, с одной стороны, не вызывают затруднений в изготовлении, а с другой, – не исключают намокание нижнего слоя материала в процессе гашения энергии ССЖ.

Геометрические параметры внутреннего профиля прием­ного патрубка 3 (см. рис. 3.5) гасителя энергии ССЖ позво­ляют повысить качество раскроя технических тканей и улуч­шить экологическую обстановку на раскройной установке. Форма профиля приемного патрубка может быть самой разнообразной – цилиндрической, конической, коноидальной, комбинированной (диффузор) и т. д.

5

Рисунок 3.5 Конструкция гасителя энергии ССЖ

с отражателем

Профиль в виде диффузора позволяет дополнительно провести гашение энергии сверхзвукового потока. Во входной сужающейся части патрубка скорость убывает от сверхзвуко­вой до критического значения в самом узком сечении. Течение в расширяющейся части сопровождается увеличением давле­ния, преодолевая которое частицы жидкости теряют свою скорость. Интенсивность этого явления возрастает с увеличе­нием угла расширения диффузора и сопровождается турбу­лентным перемешиванием потока, отрывом пограничного слоя от стенок, вихреобразованием. Чрезмерное увеличение расширяющегося участка, а, сле­довательно, коэффициента сопротивления может привести к выходу из улавливающего устройства брызг рабочей жидкости и шума.

Использование диффузоров в уловителях струи приводит к следующим результатам. Во-первых, малая конусность входной части обеспечивает плавность входа ССЖ, что ис­ключает образование брызг и тумана из-за отражения струи. Во-вторых, наличие области предварительного торможения сверхзвукового потока позволяет снизить нагрузку на устрой­ство гашения энергии струи, а, следовательно, уменьшить по­лость для гашения энергии ССЖ и продлить срок службы уст­ройства. В-третьих, эффективность, или к.п.д. торможения в расходящемся канале снижает вероятность выхода из устрой­ства улавливания брызг, капель и тумана.

В процессе раскроя технических тканей на сетчатой или ножевой опоре струя жидкости отклоняется от вертикали, что приводит к необходимости увеличения угла захвата приемного патрубка гасителя энергии ССЖ.

5.2 Механизмы привода режущего инструмента

Приводы режущего инструмента раскройных агрегатов могут быть электромеханическими и электродинамическими.

На рис. 5.2 приведена кинематическая схема механизма [15] электромеханического привода ножа раскройного агрегата, совершающего два движения: вертикальное возвратно-поступательное и вращательное. Вертикальное перемещение ножу сообщается от электродвигателя 1 через кривошип 2, шатун 3, коромысло 4 и гибкий шатун 5, в нижней части которого и выполнено (или закреплено) ножевое устройство 11. Для вращательного перемещения используется электродвигатель 10, который через ременную передачу (ведущий шкив 9, ремень 8 и ведомый шкив 7) сообщает движение втулке 6, которая уже передает вращение ножу 11.

На рис. 5.3 приведена кинематическая схема механизма [15] электродинамического привода ножа раскройного агрегата. Рабочий инструмент – вертикальный нож 6 непосредственно соединен с якорем привода 3 (катушкой), который совершает возвратно-поступательные перемещения. Движущийся якорь представляет собой катушку, жестко закрепленную на ступице 7, соединенной со штоком 5, который выполняет одновременно роль направляющей. Неподвижный индуктор представляет собой цилиндрический магнитопровод, являющийся одновременно корпусом с встроенным в него постоянным магнитом 2, который создает постоянное рабочее магнитное поле. Конструкция магнитопровода обеспечивает направленность магнитного потока и придание ему заданной величины и формы в щелевидном кольцевом рабочем зазоре. На торцевых крышках магнитопровода имеются подшипники скольжения 8, в которых осуществляется направленное движение якоря со штоком. Катушка свободно входит в рабочий зазор магнитопровода. Токоподвод к движущейся катушке якоря осуществляется с помощью двух электропроводящих пружин 4, выполняющих одновременно роль упругих элементов.

Рисунок 5.2 – Кинематическая схема механизма электромеханического привода ножа раскройного агрегата

Рисунок 5.3 – Кинематическая схема механизма электродинамического привода ножа раскройного агрегата

3 Установки для раскроя гидрорезанием

3.1 Физическая сущность процесса гидрорезания

Для упрощения физической модели процесс разрушения материала условно делят [13] на две основные стадии. Первая характеризуется деформацией поверхности и уплотнением материала без потерь массы, вторая отличается образованием и слиянием трещин, максимальной скоростью выноса материала.

Для первой стадии вводят следующие предположения: жидкость струи является идеальной, она лишена вязкости; ширина реза равна диаметру выходного отверстия сопла; сверхзвуковая струя жидкости (ССЖ) создает на поверхности контакта равномерное давление, соответствующее давлению гидравлического удара; энергия ССЖ расходуется на работу деформации материала; величина вертикального перемещения плоскости резания под действием ССЖ равна глубине проникновения в материал плоского кругового штампа одинакового с ней радиуса при том же давлении.

Для определения времени t1 деформации материала на первой стадии разрушения пользуются формулой [14]:

1

(3.1)

где 2 – вертикальное упругое перемещение материала, мм;

4 – скорость ССЖ непосредственно перед поверхностью материала, м/с.

Вторая стадия процесса характеризуется образованием трещин в зоне пластической деформации и последующим выносом материала за счет их развития и слияния. При этом обрабатываемая поверхность подвергается следующим изменениям: пластическим деформациям, деформациям сдвига и скалывания.

Для построения математической модели разрушения материала на второй стадии резания применяют следующие предположения: режущая ССЖ состоит из начальной и основной областей (рис. 3.1); динамическое давление ССЖ в пределах начальной области равно динамическому давлению струи на выходе из сопла; разрушение происходит в том случае, если среднее динамическое давление в поперечном сечении ССЖ превышает твердость материала.

На рис. 3.1 обозначены:5 – радиус выходного отверстия сопла; 7 – динамическое давление ССЖ при выходе из сопла; 8 – динамическое давление ССЖ основной области; 9 – радиус ССЖ; 10– динамическое давление ССЖ при соприкосновении с материалом; 11 – длина начального участка ССЖ; 12– расстояние от сопла до площади контакта ССЖ с материалом; z – радиальное расстояние от оси ССЖ до точки окончания действия эквивалентной гидродинамической силы.

13
Рисунок 3.1
Схема расширения струи в воздухе

Полное время t2 проникновения ССЖ в материал на второй стадии разрушения определяется по формуле [14]

14

(3.2)

где 15– твердость материала, НВ;

16– радиус эффективной части ССЖ, мм;

17 – толщина обрабатываемого материала, мм;

18 – эффективное динамическое давление ССЖ, МПа;

6 – динамическое давление ССЖ на выходе из сопла, МПа;

19 – коэффициент гидравлического сопротивления;

20 – радиус выходного отверстия сопла, мм.

За период 21 материал переместится в горизонтальном направлении на расстояние 2Rc. Тогда скорость U подачи сопла относительно материала будет определяться по формуле [14]:

22

(3.3)

Таким образом, изменяя величину давления рабочей жидкости или периметр сопла, то есть изменяя величину подаваемой энергии на единицу поверхности материала, можно в каждом конкретном случае рассчитать продолжительность обработки различных материалов, а, следовательно, и производи­тельность гидроустановки.

Работа разрушения, совершаемая жидкостной струей в микрообластях зоны резания, происходит за счет потери ею кинетической энергии при встрече с обрабатываемым материалом.

Сила воздействия струи Р на материал в зоне резания может быть определена по уравнению Бернулли [14]

23

(3.4)

где24 – масса жидкости;

3– скорость истечения ССЖ из сопла.

Под Q обозначим объем расхода жидкости, а под p – плотность жидкости.

Так как 25то

26

(3.5)

Выражение (3.5) позволяет установить, что сила воздействия ССЖ на материал прямо пропорциональна скорости истечения струи из сопла.

Исследования Л. Ф. Верещагина, А. А. Семерчака [14] истечения струи жидкости из сопла диаметром 0,2 0,8 мм при давлении р до 150 МПа показали, что для случая идеальной жидкости в определенных пределах давлений можно использовать уравнения Бернулли. Авторы сделали вывод, что при р = 300 – 400 МПа сжимаемость жидкости не играет большой роли, и предложили определять скорость струи в зависимости от дав­ления по формуле

27

(3.6)

Согласно этой формуле сила воздействия ССЖ на мате­риал находится в прямой зависимости от давления истечения жидкости.

Кроме того, плотность струи жидкости прямо влияет на силу резания, так как струя должна обладать определенной вязко­стью и способностью противостоять интенсивной аэрации ССЖ.

5 Установки для раскроя механическим ножом

5.1 Конструкция механического инструмента

В качестве режущего инструмента в автоматизированных раскройных агрегатах используется, как правило, консольный стержневой нож, совершающий возвратно-поступательное движение.

Предлагаются решения по предотвращению изгиба нижней части ножа и его вибрации, например, за счет использования дополнительных направляющих и следящих устройств. Для возвратно-поступательного перемещения консольного ножа используются, как правило, кривошипно-ползунные механизмы, обладающие высокой надежностью и долговечностью при работе на больших скоростях.

Механический режущий инструмент (МРИ) является плоскостным (лезвийным, дисковым, ленточным), струнным и многолезвийным. Форму и размеры лезвия определяют геометрические параметры: угол заострения, радиус затупления кромки. При длительной работе угол заточки режущей кромки увеличивается, что отрицательно связывается на раскрое, повышаются динамические нагрузки, поэтому необходимо предусматривать при выборе инструмента его частую переточку. Производительность механической обработки материалов во многом зависит от выбора режимов резания. Режущая способность характеризуется силой резания при раскрое материала. Увеличение скорости резания в большой степени, чем другие технологические факторы, способствуют интенсивному износу инструмента.

Плоскость, в которой расположена режущая кромка пластинчатого или ленточного ножа, при раскрое необходимо ориентировать по касательной к линии резания. Это вызывает необходимость при раскрое перемещать нож по трем координатам помимо его перемещения вдоль режущей кромки, что значительно усложняет процесс раскроя и его автоматизацию.

Ре­жущая головка с ножом в установках перемещается по двум координатам в плос­кости настила, а сам нож может иметь возможность поворота вокруг про­дольной оси. Настил материала располагается на раскройном столе со щетинистым покрытием, в которое при раскрое входит острие ножа. Режущими являются одна вертикальная кромка и нижняя кромка ножа. Частота движения ножа вдоль вертикальной кромки – 1800 – 4000 мин-1.

Помимо традиционных стержневых МРИ используются различные точечные инструменты в виде проволоки, плунжерные ножи.

Примеры некоторых механических инструментов для раскроя приведены на рис. 5.1.

Рисунок 5.1 – Виды механического инструмента

для автоматизированного раскроя

2.9 Гидропривод пресса-автомата с револьверной головкой

Гидропривод пресса-автомата с револьверной головкой рассмотрен для типового представителя – пресса-автомата 2071А фирмы «Schön» (рис. 2.11) состоит из бака 1, гидравлического насоса 2, переливного клапана 3, предохранительного клапана с переливным золотником 4, распределителя 5 с электромагнитами 6, 7, гибких гидравлических линий 8, напорного золотника 9, обратных клапанов 11, 12, распределителя 10, компенсационной емкости 13, силового вырубочного цилиндра 14, поршня 15, рабочей полости 16, неподвижного поршня 17, штока 18, манометра 19.

Работа гидропривода.

При включении насоса 2 гидравлическая жидкость через распределитель 3 переливается в бак, давление в системе отсутствует. При поступлении из системы управления прессом команды «Вырубка» включается распределитель 3, при этом давление в системе становится рабочим и вместе с этим срабатывается электромагнит 6 распределителя 5, давление жидкости поступает в бесштоковую полость А, поршень 15 быстро перемещается вниз, подводя револьверную головку с рабочим резаком к материалу и вдавливая его в материал. В результате резко возросшего сопротивления перемещению резака в материал давление в системе возрастает и срабатывает напорный клапан 9, подводя рабочую жидкость в рабочую полость 16 вырубочного цилиндра 14, усилие на поршне 15 возрастает и резак продавливает материал, вырубая деталь. По положению резака срабатывает система управления, выключая электромагнит 6 и включая электромагнит 7 распределителя 5. В результате переключения распределителя из каналов, находящихся под давлением, жидкость поступит на слив, а по вновь открывшемуся каналу жидкость под давлением через распределитель 5 поступит в полость Б, поднимая поршень 15 в исходное положение. В результате подъема поршня в исходное положение возвратится и револьверная головка. При конечном положении срабатывает концевой выключатель, выключая при этом электромагнит 7 распределителя 5, возвращая его в нейтральное положение. Распределитель 10 с гидравлическим управлением управляет потоком гидравлической жидкости при сливе ее из полости 16 силового цилиндра 14 в компенсационную емкость 13 при возврате поршня 15 в исходное положение. В момент подачи давления в полость А распределитель перекрывает канал прохода жидкости в компенсационную емкость 13. При перемещении поршня 15 вниз под действием давления в полости А из компенсационной емкости 13 жидкость через обратный клапан 11 подсасывается в рабочую полость 16, так как в ней в результате перемещения поршня 15 вниз создается разряжение. Рабочее давление в системе настраивается предохранительным клапаном 4 и контролируется по манометру 19.

Рисунок 2.11 – Гидропривод пресса-автомата 2071А фирмы «Schön»

4.3 Система управления установки для раскроя лучом лазера

В современных установках для раскроя лучом лазера загрузка данных о дизайне рисунка на материале или конфигу­рации раскраиваемых деталей производится через кабель USB. Встроенная память позволяет хранить до 128 дизайнов. Модель имеет собственный LCD пульт с упрощенной системой управления, что позволяет оператору самостоятельно, не используя компьютер, выбирать и запускать нужные программы. Процесс вырезки (гравировки) про­исходит по программе, составленной оператором на компьютере, или вручную с помощью пульта управления на самом лазере.

В комплект установки, как правило, входит программное обеспечение, воспринимающее различные форматы изображений: BMP, GIF, JPGE, PCX, TGA, TIFF, PLT, CDR, DMG, DXF. Установки могут подключаться к системам автоматизированного проектирования фирм «Gerber» (США), «Toray», «Marubeni» (Япония). В отличие от механических систем реза, бесконтактный лазерный крой об­ладает следующими преимуществами [27]:

– портативный дизайн и компактные размеры установок;

– возможность раскроя различных ви­дов материалов;

– мощность и скорость могут быть с высокой точностью настроены для различных типов материалов;

– никакой предварительной или послеоперационной обработки; срез де­тали имеет гладкую поверхность, а верхний слой настила свободен от задиров;

– сложные криволинейные срезы и малые радиусы вырезаются акку­ратно и быстро;

– отсутствует смещение материала; зона температурного воздействия минимальна, поэтому структура со­храняется неизменной;

– вредный уровень шума намного ни­же, чем у большинства механических раскройных машин.

Кроме перечисленных преиму­ществ, общих для всех установок, от­дельные из них имеют ряд дополни­тельных функций.

Фирма «Euro Laser»:

– система маркировки для совмеще­ния срезов;

– система подачи материала;

– модульное наращивание размеров стола (1800 – 5400 мм);

– автоматический модуль чистки кон­вейера;

– всемирная доступность запасных частей без предварительного зака­за;

– быстрое переключение на обычные методы механического реза с помо­щью инструментальных головок Zund.

Фирма «Epilog Laser»:

– выпускает настольные лазерные си­стемы, которые подключаются к персональному компьютеру подобно принтеру и способны осуществлять "печать" непосредственно из CorelDraw;

– используется оптическая система Crystal ClearTM Optics, обеспечиваю­щая легкость обслуживания.

Фирма «Viable Sistems, Inc.»:

– установки могут комплектоваться рулонной системой подачи материа­ла, конвейерной системой или сис­темой подачи листов;

– все установки снабжены системами охлаждения лазера и системой дымоудаления.

Фирма «Laser Life»:

– установки используют фиксированный излучатель и быстро перемещающуюся оптику (Flying-Optics);

–  установки используются не только для резки, но также для нанесения рисунка, сверления, перфорации на картоне и разметки.


   
© ALLROUNDER