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

   
© ALLROUNDER