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    數控沖床-光纖激光切割復合加工技術淺析

    發表時間:2020-06-24 發表者:

    控沖床-光纖激光切割復合加工技術淺析

    鈑金件加工工具的發展

    近年來,隨著鈑金行業多品種、小批量、定制化、高質量、短交貨期等要求的推動,鈑金加工工藝已經由單一的沖壓、切割、剪切等向多元化和復合化的方向快速發展。

    數控復合加工的出現,尤其是先出現的數控沖床和直角剪切復合加工工藝,特別適合于多品種、小批量的柔性加工,簡化了生產工藝,提高了生產效率和材料利用率,推動了復合加工的快速發展。

    后來,隨著激光切割工藝的高速發展,又出現了數控沖床-激光切割復合機。將激光作為特殊模具的替代品,模具沖切與激光切割有機地結合起來,工件一次上料即可完成沖孔、沖切、翻邊、淺拉伸、切割等多道工序,最大限度地節省了輔助時間。其生產工藝主要用于加工任意形狀輪廓、曲線、尖角和高質量沖孔的精密鈑金加工行業,特別適合孔型多而復雜的面板類工件的多品種、小批量板工。

    沖剪復合機適合規則工件的加工和零件分選,局限性較為明顯。沖床-激光復合機既適合規則工件的加工和分選又適合非規則復雜工件的排料加工和分選,應用范圍廣泛,開辟了嶄新的復合加工領域,號稱“第三次落料加工革命”,加速了鈑金加工業向柔性化發展的新趨勢。

    數控沖床-激光切割復合加工技術的發展

    德國通快公司是最早生產沖床、激光復合機的公司之一,在1979年生產了第一臺沖孔-激光復合機床TRUMATIC 180 LASERPRESS,激光功率為500~750W,激光器購自美國。20世紀90年代后期,又推出TRUMIC600L型復合機,沖床可同時安裝18套模具,激光功率有1800W和2400W兩種,切割最大板材厚度為8mm,定位精度為±0.1mm。

    20世紀90年代,日本AMADA推出了APEL10Ⅱ-357、APEL10Ⅲ-357V系列激光、沖床組合壓力機。2005年,AMADA將最新研制的LC-C1NT復合機產品推向市場。該機是以激光切割為主、沖孔加工輔助并增加了攻絲等功能;實現了鈑金件無接刀痕跡和高速、高效加工模式,并且大幅度縮短了激光模式和沖壓模式的切換時間;加工順序可變為沖壓、激光交替進行。這樣既消除了沖壓加工中材料應力等造成的累積誤差,又消除了影響成形加工品質的隱患。

    除了通快、AMADA以外,日本村田在20世紀90年代中期也推出了激光沖床復合壓力機,并在1998年推出了采用最新的伺服馬達驅動的曲柄連桿機構來驅動滑塊的組合壓力機,沖裁公稱力為100kN,沖裁頻率為250次/min。

    國內江蘇金方圓在2002年推出過一臺數控液壓沖床、CO2激光切割復合機,并參加了上海數控機床展。之后,濟南鑄鍛所展出了一臺PL31550型數控沖床(圖1)、激光切割復合機,該機采用全電伺服沖壓和激光切割組合,工件一次裝夾定位。加工精度、加工效率等均高于激光切割機或沖床單機加工;激光發生器安裝采用防振裝置,光路穩定可靠,可用于厚度小于等于6mm金屬和非金屬板材的加工;沖壓部分采用全電伺服主傳動,行程可調,能完成沖孔、拉伸、滾筋等多種加工工藝要求,可同時安裝32套模具,基本實現了鈑金加工全覆蓋。

    2 日本AMADA光纖激光復合設備LC2515C1AJ

    由于受技術條件限制,最初各家均采用CO2激光發生器,復合機床需要較為復雜的減振結構和精密的反射光路系統,成本高、使用效果并不理想。CO2激光發生器振動后頻調光路、加工和采購成本高昂,影響沖割復合加工設備的推廣普及,導致這種復合機應用一直很少。

    數控伺服沖床和光纖激光復合加工技術

    隨著技術的發展,光纖激光發生器逐步替代了CO2激光發生器,光電轉換效率高、不需要較昂貴的激光器氣體,光纜傳輸替代了復雜的多組反射鏡片構成的傳導光路,尤其是薄板高速切割等無可比擬的加工優勢,使望而生畏的加工成本、鏡片和氣體損耗均大幅度降低。平面切割、三維切割等柔性加工更是輕而易舉,被廣泛應用在各個領域,實現了光纖激光切割機的飛速發展。

    數控沖床-光纖激光切割復合加工工藝,正是基于光纖激光發生器的應用優勢,激光通過光纖傳輸,不需要由多組鏡片構成的傳導光路。切割機機構大大簡化,光路的抗振動性能大幅提高,激光的傳輸質量得到改善,可靠性得到保證。這基本克服了早期沖床與CO2激光切割組成的復合加工設備所有缺點,實現了高速、高效、高精和低耗費。

    進口機床:日本AMADA光纖激光復合設備LC2515C1AJ

    日本AMADA光纖激光復合設備LC2515C1AJ(圖2),是集光纖激光加工機和數控沖床于一體的復合加工機。節能、低成本實現高效的工程統合;用外罩和移動門圍起激光加工區域,實現了優秀的遮光性。同時,與周邊裝置連接更方便,可通過自動化縮短綜合交貨期。設備的特點如下。

    高效、節能加工,大幅度實現節能效果。尤其在薄板加工領域實現高速加工,電源容量較以往最高節約66%。

    既保證安全性,又保證作業性。整體防護機罩圍起激光加工區域,徹底防止激光泄漏;設定第2定位原點,不打開移動門也能上料。

    實現工程集約和穩定加工,通過模具工前準備,實現穩定加工。設備具備攻絲工位、下模頂起工位、上浮式毛刷臺面、模具數字化的管理系統。

    搭載AMADA獨立研發的AJ型激光發振器一舉解決了激光加工成本和維護等諸多不利因素,其全球最高光束品質是精度與效率的保障;可靠的遮光性設計兼顧了安全性與可操作性,是復合加工機產品線中的性價比之王。

    3 PL21550型沖床-激光復合加工機

    4 激光切割頭傳動部分示意圖

    5 切割頭

    國內機床:濟南鑄鍛所研發的PL21550型沖床-激光復合加工機

    3所示為濟南鑄鍛所研發的PL21550型沖床-激光復合加工機,該機采用伺服沖壓和激光切割相組合,工件一次裝夾定位,加工精度和效率與單獨的激光切割機、沖床相比明顯提高,激光器采用1000W/2000W光纖激光發生器,主要用于厚度小于6mm的金屬板材加工;沖壓部分采用伺服主傳動,行程可調,高效節能,可以完成多種加工工藝要求,配備32套模位數,具有很好的通用性。高速光纖激光與高速沖切伺服電機直接驅動數控沖床相結合,可以完成高速精密成形、沖孔及輪廓切割等無毛刺加工,縮短了工序,滿足了多品種高效率低成本加工。

    主要優勢

    (1)提高材料使用率,可達到95%以上,減少板材浪費;

    (2)工藝流程簡單,一次編程即可完成沖孔、拉伸、曲線輪廓加工,直接得到成品工件;

    (3)一次定位工件精度高,斷面質量好,提高曲線、尖角、圓弧等異形輪廓加工質量;

    (4)環保無污染,只沖小孔噪聲更低;

    (5)沖壓、激光切割,合理分工、優化加工工藝,效率更高;

    (6)復合加工機的集成化程度高,節省場地,總體故障率低;

    (7)提高設備柔性加工能力,降低模具采購費用;

    (8)可方便的與立體倉庫、自動上料、自動下料、分揀聯線;

    (9)適用于機器人聯線。

    激光切割頭傳動部分

    采用伺服電機帶動滾珠絲杠,直線導軌作為導向結構(圖4)??梢詼蚀_將切割頭(圖5)運行到切割位置,切割完畢之后,切割頭快速提升到安全位置,防止板料與切割頭相撞。

    工件自動落料裝置

    6所示為工件自動落料裝置,落料裝置由支架、擺動氣缸、升降氣缸、升降導軌滑塊、可翻轉面板組成。該裝置可以實現支撐面板向下運動10mm,保證切割之后小件與原材料板脫離。同時可以實現支撐面板翻轉,小件滑落到料箱之中。

    6 工件自動落料裝置

    7 適用的典型工件

    8 鋁板(拉苞、沖孔、切邊)

    翻板落料工藝可以實現合格工件直接落料;不必和激光切割、數控沖床加工一樣保留連皮、二次振動分選、人工打磨連皮。

    工藝對比

    沖孔、百葉窗、滾筋、步沖,數控沖床全部加工完成需要2'20";沖激光復合加工完成,只需1'40",效率提高60%。

    適用的典型工件

    適用的典型工件如圖7所示。沖床部分主要實現小孔加工和拉伸功能,即百葉窗、淺拉伸、壓印、翻邊及備用孔等加工。激光切割部分主要實現較大圓孔、方孔、腰形孔及其他曲線輪廓(圖8)。明確了分工,圓孔沖孔效率更高、邊角圓弧輪廓激光切割更快(圖9)。

    9 圓弧邊和敲落孔拉伸工藝

    結束語

    數控伺服沖床-光纖激光復合加工,沖孔、拉伸、切割工藝結合一次完成,由原材料直接生成工件,其必將替代原有的沖剪復合加工和多次定位單機加工工藝。加工效率提高了60%以上,節省材料15%以上,極大地提高了加工效率和材料利用率,大幅降低加工成本,是鈑金加工行業的新選擇。方便與立體倉庫、自動上料機械手和碼垛等裝置聯線、聯網,構成全自動沖、切、折彎一體化柔性加工生產線。是引領智能化、復合化、高集成化設備發展的新趨勢。

    ——節選自《鈑金與制作》 2018年第3期


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