高性能的激光加工设备

作者:本网编辑 文章来源:MM《金属加工》 发布时间:2011-10-27
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激光束具有单色性好,能量密度高,空间控制性和时间控制性良好等一系列优点,目前它已广泛应用于材料加工等领域.

激光束具有单色性好、能量密度高、空间控制性和时间控制性良好等一系列优点,目前它已广泛应用于材料加工等领域。激光加工的行业包括汽车制造、航天航空、电子、化工、包装以及医疗设备等。与数控技术相结合,激光加工技术已成为工业生产自动化的关键技术,拥有普通加工技术所不能比拟的优势。例如激光加工为非接触式加工、速度快、无噪声、可实现各种复杂形状的高精度加工目的,且无通常意义上的“刀具”磨损,无需更换“刀头”。我国激光加工市场前景广阔,预计平均每年以20%~30%的速率递增。

在激光加工领域,异军突起的光纤激光器具有许多独特的优点:光束质量好、体积小、重量轻、免维护、简单易操件,运行成本低,可在工业环境下使用,寿命长加工精度高、速度快,电能转化效率高,可以实现智能化、自动化、柔性化操作等。基于上述的优点,其应用领域已经扩展到汽车制造、船舶制造和航空制造等领域的金属和非金属材料的激光切割、激光焊接等方面。

FOL-3015 Fiber AJ光纤激光加工机

天田株式会社

I可满足市场对新一代激光加工机在处理难加工材料、节能、智能化等方面的要求。

在迄今为止的钣金市场中,用于下料工序的激光加工机一直以CO2激光为主,但近年来光纤激光正受到人们的关注。AMADA也于6年前着手进行研究开发。2008年开始,通过与JDSU公司的合作,开发出了AJ4000发振器。在去年的Euro Blech(欧洲金属板材加工技术展览会)中展出了FOL-AJ,并于2011年7月起作为产品投入市场。与CO2激光加工相比,光纤激光具有诸多优势。


使用FOL-AJ进行细微加工

FOL-AJ光纤激光加工机采用三轴线性马达驱动,配备与JDSU公司共同开发的“AJ4000”发振器。X、Y轴的定位速度最大为340m/min(X、Y合成),Z轴为120m/min,最大加速度为5g,可充分发挥高速加工的性能。

在加工高反射材料时,光纤加工表现出卓越的性能,因为光纤激光具有材料吸收率高的特性。特别是对于板厚4.0mm以下的不锈钢及软钢板,与传统激光(CO2激光)相比,加工速度为其2~3倍。关于吸收率高这一特性,即使对于铜、黄铜及铝等高反射材料,也可发挥光纤激光的优势。特别是对于铜及黄铜,采用CO2激光很可能会对加工机造成损害,因此往往敬而远之。而现在采用光纤激光,最大可进行铜8.0mm、黄铜8.0mm的加工。对于铝的加工,虽然传统的CO2激光也可进行加工,但光纤激光通过效率更高的光作用,可加工更厚的板材。

当进行细微加工时,光纤加工也具有无可比拟的优势,由于光纤激光在加工点上的聚光直径很小,可轻易地进行细微加工。由于可将很高的能量聚集在很小的一点上,在铝、不锈钢等厚板的穿孔加工中,可发挥很大的效力。另外,还可轻松进行中厚板以上的小孔加工等。

光纤激光具有节能效果好、加工范围广(高反射材料加工)等特点,今后有望得到进一步普及。但对于中厚板以上的加工等,从加工速度及质量等方面来看,尚不及CO2激光,这是将来需要研究的课题。

薄板加工的能手

通快(中国)有限公司

I通快集团第4款配备固体激光器的平面激光切割机。

TruLaser 5030 fiber激光切割机在市场上广受好评,一年前通快集团首次发布了TruLaser 5030 fiber光纤型激光切割机,现已经售出远超50台。TruLaser 5030 fiber作为高速薄板切割的理想加工设备大受加工企业的欢迎,同时它也能高质量加工碳钢板的中厚板。

对荷兰马儿赫兹的John Feijen来说,生产效率是最重要的。2010年底,他开始使用TruLaser 5030光纤型激光切割机,主要切割不锈钢和碳钢薄板(占其生产总量的50%)。同时,他使用另外两台配有CO2激光器的TruLaser 5030切割机加工中厚板。对他来说,这是一个完美的组合。“我用新机床切割厚至4mm的薄板材,用CO2激光切割机切割更厚的板材。”他说道。配备光纤传导的TruDisk 3001碟片激光器的新机床的切割速度让他尤其满意,“特别是使用氮气切割时,这款TruLaser 5030光纤型激光切割机的切割速度大大超过了同级别的CO2激光切割机。而其切边表面质量也是相当好。”他解释道。他还提到,现在他已经收到一些加工有色金属的订单询价了。TruLaser 5030光纤型激光切割机是通快第一款大批量推向市场的固体激光器平面切割机床,但它绝非是通快的第一款此类机床。

早在15年前,在德国施朗堡的Carl Haas公司已经将棒式固体激光器集成在通快的激光切割机中。使用固体激光器进行薄板加工是通快的一项发明。当时,很多钣金厂喜欢用第一款配备800W激光器的名为TRUMATIC LY 2500的平面激光切割机加工中小批量订单。其下一代产品TRUMATIC HSL 2502机床的生产率是前款机床的两倍,此机床是针对大批量加工薄板零件的客户所设计。那些加工薄碳钢以及用来制作剪刀,锯条及圆锯片的刀具钢的企业特别青睐此款机床。“通过使用双切割头和无磨损的直线电机驱动技术,该机床拥有极高的动态性能,极高的切割速度大大缩短了零件加工时间。”通快集团的销售技术支持部经理Stefan Grahle这样说道。Grahle先生从一开始便参与了固体激光机床的研发。第二代固体激光平面切割机床于2008年进入市场,并带来了全新的技术亮点:不同于以往的灯泵浦棒式激光器,TruLaser 7040 fiber是首台配备6kW二极管泵浦碟片激光器TruDisk 6001 的机床。该机床配有双切割头,能加工至20mm厚的碳钢、不锈钢、铝板及至6mm厚的有色金属。不用于同类CO2激光切割机床,TruLaser 7040 fiber只需一个激光器便可为两个切割头提供激光光束。这台机床和TruLaser 5030 fiber是通快目前拥有的两种高效加工薄板及各种厚度碳钢板的平面激光切割机。

光纤激光切割机BySprint Fiber 3015

百超(上海)精密机床有限公司

I成熟的机械系统加上先进的光纤激光发生器带来完美的激光切割机。

瑞士百超产品系列光纤激光BySprint Fiber 3015,成熟的机械系统BySprint Pro配备Fiber 2000光纤激光发生器。2kw光纤激光发生器有足够的能量切割到12mm厚的板材,切割4mm以下金属薄板,能获得前所未有的高效率和高精度。百超的机械、软件及CNC系统确保了高动态性能,把激光发生器的潜在能量最大程度转换成速度和效率。切割头专门为光纤激光设计,与BySprint Fiber完美匹配。

光纤激光是一种特殊的固体激光。光导纤维是一种传输光能的波导介质,一般由纤芯和包层组成。光纤是光导纤维,是一种利用光在玻璃或塑料制成的纤维中的全反射原理而达成的光传导工具,把光传输到切割头。光纤的一端的发射装置使用发光二极管泵浦,或一束激光将光脉冲传送至光纤。沿着光导纤维传输。传输光纤根据激活光纤的长度扩束。通过活性介质穿过激活光纤,穿过激活激光芯,光束与媒介碰撞,光子与媒介原子碰撞。这个过程释放能量,媒介原子吸收了碰撞动能,高能阶跳跃释放能量。

光纤激光切割机提供更加灵活的解决方案;可以切割碳钢、不锈钢和铝,还能够高效率、低成本、高精度切割有色金属铜和黄铜。此外,独特的保护窗监控系统确保了切割镜的高度可靠性。而且高效能确保BySprint Fiber的切割环境长期健康安全可靠。

激光光束通过光纤传输到切割头,不像通过CO2激励以及反光镜。简捷的激光光路传输与高科技光纤激光发生器以及成熟的机械技术组合在一起,运行和服务成本非常低。电光转换效率是CO2激光的2倍。其中一个原因是激光发生器里没有产生热量,只有泵浦二极管需要冷却。光纤的设计确保能力损耗低,尽管传输距离长,光能损耗很少。光纤的另一个显著特点是无需激光气体,而且光路导航系统不需要使用光路传输镜片,光纤传输十分灵活。另外BySprint Fiber光纤激光切割机结构紧凑占地面积小,与激光发生器整合在一起,不需要额外空间。

光纤激光切割机L3

萨瓦尼尼国际贸易(上海)有限公司

I高速、精确、稳定和完美的切割表现带来绝佳的使用体验。

随着原材料价格和劳动力成本的上涨,给企业带来新的盈利压力。可以预见,劳动力成本上升是经济发展到一定程度的必然趋势,今后这个趋势会越来越明显。萨瓦尼尼从创业之初就一直致力于解决生产成本的控制问题。作为世界顶级的设备供应商,如何高效稳定地带来产能的增益,同时降低生产环节的成本是萨瓦尼尼升级设备的目标。

2010年,萨瓦尼尼在L1Xe的基础上,研发推出了最新型的高动态光纤激光切割机L3。此款激光切割机专门为光纤激光切割所设计制造,高动态的机械性能更完美的契合光纤激光发生源,光束高密度能量的特点,以达到高速切割的实现。独有的激光发生源,具有低耗能的优点,同时减少了机器对环境的影响。L3光纤激光切割机无论从构造、发生器、激光切割头还是软件系统,都一如既往地追求完美,都将为客户带来高速、精确、稳定和完美的切割表现。

从机床构造理论出发,L3光纤激光切割机沿用了萨瓦尼尼光纤激光切割机的飞行机构。承载光束传输非常稳定,并允许快速、准确的定位和加工工件。由于减小了激光发生器和冷水机的体积,机床布局更紧凑。取消了外光路,专为光纤激光所设计的机器,突破了设计的限制,使Y轴的移动更简便轻巧,同时加速度达到2.5g。

采用光纤发生器,相对于传统激光切割加工方法的优势在于:降低能耗成本。由于使用了光纤发生器,工作时能耗降低了70%,待机时能耗减少85%以上。减少维护成本。由于激光源的高效率,取消了激光气体,降低了运行和维护成本。同时,采用了光源反射控制系统,保证了设备的稳定和安全。激光束密度极高,确保较高的切割和穿孔速度。由于特殊的波长,允许切割诸如铝、黄铜和紫铜等高反射材料,切割的范围更广。同时较小的光斑和对功率的精确控制保证更高的切割精度。取消了激光光源预热时间,开机即可直接运行,提高了生产效率。

萨瓦尼尼对激光切割头进行了进一步的优化,让光纤可以动态传输激光。优化设计并采用了直线电机,使Z轴上的移动更精确,并减少了惯性的影响,定位更精准、快速。同时,激光切割头使用单一聚焦透镜,安装于可插入式的透镜盒内,可以高质量地完成不同厚度、不同材料的激光加工,从而高速的完成切割。

Ethercat高速交换系统的革新使萨瓦尼尼SIX控制系统更加优化,保证了高动态与高速切割的完美表现。SIX数控系统控制移动方向、光源的聚焦与参数和辅助气体,保证切割的准确性。为了保证L3完美的切割,配置了萨瓦尼尼创新的专有技术TRADJUST,在切割过程中其和CAMLaser要求的数据完美结合,自动生成动态的、优化的机床轴运动轨迹和最佳功率值。

萨瓦尼尼L3光纤激光切割机同其他柔性系统一样,可以采用各种板料装卸配置,并且很容易和FMS系统或AJS系统实现集成。在柔性线上的优势让萨瓦尼尼的机器都可以连接成线,降低了人为干预,减少了加工时间,提高了生产率和加工质量。

UPRB4400光纤激光机器人切割系统

上海团结普瑞玛激光设备有限公司

I运行速度快,精度高和机器人3D编程是3D空间零件的切割的强力保证。

上海团结百超数控激光设备有限公司是目前中国最大的大功率激光切割与焊接设备制造商,集中、意两大专业激光加工设备制造商之优势,凭借国际领先的激光专业制造技术、管理经验和品牌优势,成为中国激光加工装备行业中产品品种最全、技术最优、规模最大的高科技股份制企业之一。

UPRB4400光纤激光机器人切割系统由ABB机器人、IPG-1000W光纤激光器、中央控制单元、高性能切割头、机器人支撑装置、冷水机组、工装夹具、安全防护装置等组成。

UPRB4400选用IRB4400-60六轴联动机器人,该机器人运行速度快,精度高,以及机器人的3D编程为3D空间零件的切割提供了有力的保证,机器手臂工作范围是1.96m,有效荷重60kg,能轻松的带动切割头在空间内高速运动。借助于示教盒上的安全开关,示教过程中脱手或握力过大都会关掉伺服,使机器人停止。

UPRB4400采用IPG光纤传导的1000W的高功率光纤激光器,此类激光器体积小,电光转换率高,免维护等功能,使本设计更加简洁。根据需要可以配备20~200m的加工光纤,同时支持两路(可以选配四路或六路)光闸,可以同时对多种工件进行加工处理,这为激光的柔性加工提供了可能。

数控可倾斜回转工作台可直接利用配套的数控装置与机床联接完成所需的工作循环。它可以完成倾斜范围:-135°~+135°角度的孔、槽、平面类机械加工以及曲线、凸轮等的加工,并达到很高精度。重复定位精度±1'定位精度±10'直装编码器后定位精度±3'。工作台面尺寸φ630mm。承载能力500kg。

UPRB4400控制系统采用SIEMENS S7—200 PLC,同时配备了SIEMENS多功能触摸屏—SIMATIC MULTI PANEL的辅助气体控制单元,该控制系统支持串口、网络接口、远程I/O和现场总线接口等多种通信方式,能够方便地实现与大型工厂自动化系统的集成。

数控系统选用高性能控制系统,32位CPU,数字化伺服系统。中文WINDOWS XP操作界面,USB接口,汉化及图形显示功能,可对激光器的各种状态进行在线和动态控制功能。伺服驱动及电机采取交流数字伺服。液晶显示器≥15in,处理器≥2GB,硬盘≥80G,内存≥2GB,用户数控存储器≥6Mb。

UPRB4400采用世界一流的德国专业激光切割头,配有自动调焦功能。

UPRB4400采用上海团结普瑞玛激光公司定制的SNCM制冷机组,为进口散件组装,制冷机组是一个空冷、自制冷、自容纳、组装式制冷器,包括:蓄水槽、离心泵、铜管和制冷冷却器、电子恒温器、电控板、操作控制器、用于激光器内部和外光路分别冷却的二套分离冷却系统。供给激光器和外光路的循环水的水温可设定在最佳操作温度,其水温控制精度为±1℃。

本设备主要用于飞机、汽车上的各种复杂零件的切割,零件的材料主要有:高温合金、不锈钢、钛合金等,厚度≤3mm。本设备应采用世界先进技术,保证设备具有良好的品质,所选择的执行元器件精度高、可靠性好、抗干扰性能强、响应速度快,使设备具有良好的持久精度和稳定性。

DF3015光纤激光切割机

武汉华工激光工程有限责任公司

I结构稳定,刚性好、速度快,切割效率高。

DF3015光纤激光切割机为龙门结构,双边齿轮齿条传动,铸造铝横梁,具有结构稳定,刚性好、速度快,切割效率高的特点,比如配置2kW光纤激光器,其切割1mm碳钢的速度可达25m/min。采用世界先进水平光纤激光器,稳定性好,光电转换效率高;配备世界先进数控系统和伺服电机,集成Laserlab-Sim专用激光切割操作系统;高速交换工作台,双工作台同时交换,极大提高生产效率。具有低维护、低能耗、低成本:光纤传输,不需反射镜片,不用调整外光路,耗电量低,节能环保,激光器不消耗工作气体等优点。在金属板材切割方面的应用,和传统的CO2激光器切割相比,变化在于外光路、切割头、辅助气体等。激光直接通过光纤传输到切割头,光路稳定可靠,保证机床全幅面切割的一致性,机床不需要外光路保护气体,将不用配备空压机等空气处理系统;激光到切割头后进行耦合、聚焦,通常可配置焦长125mm或200mm的聚焦镜,聚焦镜和喷嘴之间装有保护镜片,用以防止聚焦镜受污染;光纤激光具有良好的聚焦性能,焦深短,切割缝宽更窄(可达0.1mm),速度更高,适合中薄板的快速切割。

平板式太阳能集热器焊接机

武汉楚天激光(集团)股份有限公司

I加入视觉跟踪系统,降低对工件的要求,定位更加精准。

“十二五”期间,国家依旧把新能源作为重点产业加以发展,太阳能产业正处于快速上升的时期。为了顺应市场需求的浪潮,作为专业激光制造设备供应商的楚天工业激光,依托26年来积累的雄厚储备,将激光技术应用到再生能源的利用中。

楚天工业激光重点推出一款集热板焊接机JHM2013H-2GX-300,该设备表现优异、性能稳定。JHM2013H-2GX-300平板式太阳能集热器焊接机由原装进口激光器、激光电源、光学系统、光纤传输系统、数控激光加工头浮动系统、焊缝跟踪系统、龙门式焊接运动机床、电动交换工作台、控制系统、内循环冷却系统、红光指示系统、外循环系统以及专用工装系统等组成。

具有以下功能及优势:整机采用交换工作台,有三个工位,中间为焊接工位,在其两侧分别是上下工件的辅助工位。龙门机床在中间焊接工位往复运动完成对板式集热器的焊接,焊接工位和两侧上下料工位的相辅相成,较大提高工作效率;整机采用光纤传输激光加工头移动焊接方式,采用焊缝跟踪系统和随动系统,同时加入视觉跟踪系统,降低对工件的要求,定位更加精准;激光焊接头能够作90°旋转,以便实现横向和纵向水管的焊接;采用原装进口300W JK激光器,激光器通过两路光纤输出;可稳定实现25Hz激光输出频率,具有较高的焊接效率。激光器具有激光反射保护功能,能有效防止光纤的损坏,较大提高设备的使用率;专用工装系统可实现产品的快速定位,铜管和铝板的紧密结合,确保产品的焊接质量。
 

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