افزایش کارایی ماشین ابزار: استراتژی هایی فراتر از افزایش توان لیزری

از لحاظ تاریخی، افزایش توان لیزر به عنوان ساده‌ترین و قوی‌ترین روش برای افزایش کارایی فرآیندهای ماشین‌کاری دیده می‌شود. با این حال، با ظهور دستگاه های برش لیزری 60000 واتی، بحثی در صنعت در مورد اینکه آیا ما به حداکثر توان لیزر رسیده ایم یا خیر، مطرح شده است. وو رانگدا، رئیس پنتا لیزر، معتقد است که این سطح از قدرت برای جایگزینی کامل فناوری‌های برش پلاسما و شعله کافی است. او پیشنهاد می‌کند که فراتر رفتن از این آستانه، دستاوردهای قابل‌توجهی در کاهش راندمان یا قابلیت به همراه نخواهد داشت، بلکه هزینه‌ها و مصرف انرژی را برای کاربران افزایش می‌دهد.

با این حال، تلاش برای بهره وری بیشتر در بخش صنعت همیشگی است. اگر واقعاً به اوج قدرت لیزری رسیده‌ایم، چه راه‌هایی برای ما باقی می‌ماند تا به دنبال بهبود راندمان ماشین‌کاری باشیم؟ بیایید به استراتژی های جایگزینی بپردازیم که می توانند عملکرد را بدون تکیه بر افزایش قدرت لیزر بهینه کنند.

دو برابر کردن شتاب: ادغام نوآورانه تیرهای فیبر کربن

چالش افزایش عملکرد ماشین ابزار بدون بازنگری در فناوری اصلی، نویسنده را برای مدت طولانی در شب بیدار نگه نداشت. بازدید اخیر او از لیزر Feiyue جرقه ای از الهام بخش بود، به ویژه از طریق رویکرد نوآورانه آنها در طراحی پایه ماشین.

لیزر Feiyue، یک شرکت پیشرو در زمینه فناوری پیشرفته، گام های مهمی در کاربرد و توسعه فناوری لیزر دقیق برداشته است. تخصص آنها در کاربردهای مختلف لیزر، از جمله برش، جوشکاری، و علامت گذاری، با سابقه موفقیت آمیز قوی است. لیو، مدیر کل Feiyue Laser، به اشتراک گذاشت که سال گذشته با ادغام پرتوهای فیبر کربن در ماشین آلات خود، یک حرکت تغییر دهنده بازی را آغاز کردند. این تیرها ترکیبی قانع کننده از استحکام بالا، مقاومت در برابر تغییر شکل و طراحی سبک وزن را ارائه می دهند که نه تنها کارایی پردازش را افزایش می دهد بلکه به کاهش هزینه در کاربردهای عملی نیز کمک می کند.

تیر یک عنصر محوری در ماشین ابزارهای دروازه ای است، با خواص استاتیکی و دینامیکی آن که عملکرد کلی دستگاه را دیکته می کند. این به نوبه خود، به طور قابل توجهی بر راندمان پردازش، دقت و ثبات دستگاه تأثیر می گذارد. به طور سنتی، ماشین‌های ابزار از تیرهای فلزی استفاده می‌کنند که عمدتاً از فولاد و آلیاژ آلومینیوم ساخته می‌شوند.

تیرهای ریخته گری فولادی به دلیل پایداری و دقت مورد احترام هستند، اما وزن قابل توجه آنها معمولاً استفاده از آنها را محدود به کاربردهایی می کند که نیازی به عملیات با سرعت بالا ندارند. برای دستیابی به قابلیت‌های با سرعت و شتاب بالا، این ماشین‌ها به موتورهای قدرتمند با گشتاور قابل توجهی نیاز دارند که می‌تواند عاملی محدودکننده در زمانی که عملکرد دینامیکی به اوج خود می‌رسد. برای مقابله با این، صنعت شروع به بررسی تیرهای آلیاژ آلومینیوم برای کاهش وزن کرد. با این حال، با وجود ماهیت سبک تر، پرتوهای آلومینیومی همچنان محدودیت هایی را در بهبود سرعت و شتاب اعمال می کنند. مدول کم این ماده آن را نرم تر و مستعد تغییر شکل می کند و ضریب انبساط حرارتی بالای آن می تواند بر دقت دستگاه تأثیر منفی بگذارد. در نتیجه، کالیبراسیون مجدد تیرهای آلیاژ آلومینیوم اغلب هر 3 تا 6 ماه برای حفظ دقت ضروری است.

پرتو فیبر کربن به طرز قابل ملاحظه‌ای سبک‌تر است و وزن ترازو را فقط 1/5 تا 1/4 وزن فولاد و 1/3 تا 1/2 وزن آلیاژ آلومینیوم قرار می‌دهد. این کاهش قابل توجه وزن یک تغییر دهنده بازی است و ما را قادر می سازد تا به طور قابل توجهی سرعت و قابلیت های شتاب ماشین ابزار خود را افزایش دهیم. لیو، از تیم تحقیق و توسعه Feiyue Laser، به اشتراک گذاشته است که از زمان استفاده از پرتو فیبر کربن، آنها توانسته‌اند گام‌های چشمگیری بردارند.

این تیم نه تنها شتاب ماشین های برش دقیق خود را از محدوده قبلی 0.8G تا 1G به 2G چشمگیر دوبرابر کرده است، بلکه آنها به یک جهش قابل توجه در دقت نیز دست یافته اند. دقت تا حد زیادی به سطح میکرون افزایش یافته است، که شاهدی بر تاثیر تحول آفرین فناوری فیبر کربن بر ماشین آلات آنهاست. این نوآوری فقط در مورد سرعت نیست. این در مورد دقت و کارایی است، و یک استاندارد جدید در صنعت ایجاد می کند.

تیرهای فیبر کربن: یک نوآوری مقرون به صرفه در کارایی ماشین ابزار

لیو نه تنها مزایای سرعت پرتوهای فیبر کربن در لیزر Feiyue بلکه پتانسیل صرفه جویی در هزینه آنها را نیز برجسته کرد. با استفاده از سبکی طبیعی فیبر کربن، این تیرها دارای حداقل اینرسی حرکتی هستند که به طور قابل توجهی تقاضای سیستم های موتور و قفسه ماشین را کاهش می دهد و همچنین وزن کلی پایه دستگاه را کاهش می دهد. به طور سنتی، دستیابی به عملکرد با سرعت بالا و شتاب بالا با تیرهای فولادی یا آلیاژ آلومینیوم، استفاده از موتورهای قدرتمند و با گشتاور بالا را ضروری می کرد. با این حال، با پرتوهای فیبر کربن، لیزر Feiyue موفق شده است همان سطح عملکرد را حفظ کند و در عین حال هزینه‌های مرتبط با پایه ماشین، قفسه و موتور را کاهش دهد. حتی با موتورهای استاندارد، آنها اکنون می توانند شتاب 1G را با بهبود قابل توجهی در دقت به دست آورند.

در بخش صنعتی، پیگیری بی‌وقفه سرعت‌ها و شتاب‌های بالاتر اغلب به قیمت از دست دادن دقت تمام می‌شود و بالعکس. بهبود هر دو به طور همزمان معمولاً مستلزم سرمایه گذاری قابل توجهی در موتورها و قفسه های قوی تر است، که ممکن است همیشه با ارزشی که برای کاربر اضافه می کند قابل توجیه نباشد. لیو خاطرنشان کرد که شرکت‌های کوچک و خرد نمی‌توانند چنین سرمایه‌گذاری‌های پرریسکی را که ممکن است مورد پذیرش مشتریانشان قرار نگیرد، بپردازند. با این حال، پرتوهای فیبر کربن احتمال بهبود موفقیت آمیز شتاب را با کسری از هزینه پرتوهای فلزی سنتی افزایش داده است، و باعث شد لیزر Feiyue به طور کامل پرتوهای فلزی را به نفع فیبر کربن حذف کند.

برای کاربران نهایی، استفاده از پرتوهای فیبر کربن به صرفه جویی قابل توجهی در هزینه تبدیل می شود. با شتاب دوبرابر شدن ماشین ابزارها از 1G به 2G، کاربران اکنون می توانند خروجی دو دستگاه را با سرمایه گذاری یک دستگاه بدست آورند و ارزش ماشین آلات خود را به میزان قابل توجهی افزایش دهند. علاوه بر این، تیرهای سبک‌تر، سایش ریل‌های راهنما و قفسه‌هایی را که بار حرکتی اولیه را تحمل می‌کنند، کاهش می‌دهند و عمر مفید این قطعات و تجهیزات را به‌طور کلی افزایش می‌دهند.

توجه به این نکته مهم است که فرآیند تولید تیرهای فلزی شامل کار گرم است که می تواند تنش های پسماند را ایجاد کند که در طول زمان منجر به خمش و تغییر شکل می شود و بر دقت دستگاه تأثیر می گذارد. حتی با عملیات حرارتی مکرر پیری، نمی توان این تنش ها را به طور کامل از بین برد. تیرهای آلیاژ آلومینیوم، نرم‌تر هستند، مستعد تغییر شکل هستند و برای اطمینان از دقت، نیاز به کالیبراسیون مجدد مکرر دارند که به هزینه‌های خدمات پس از فروش اضافه می‌کند و باعث خرابی بالقوه برای تعمیر و نگهداری می‌شود.

در مقابل، فیبر کربن که یک ماده معدنی و شکننده است، دچار تغییر شکل پلاستیکی نمی شود. حداقل کشیدگی آن در هنگام شکست و مقاومت در برابر خزش و خستگی به این معنی است که می تواند دقت بالایی را بدون نیاز به کالیبراسیون مجدد مکرر حفظ کند. وزن سبک تر پرتوهای فیبر کربن نیز فشار وارده بر موتور را کاهش می دهد و تولید گرما و خطر فرسودگی موتور را به حداقل می رساند. این نه تنها به شرکت ها کمک می کند تا در هزینه های پس از فروش صرفه جویی کنند، بلکه کاربران را از ناراحتی ناشی از تعطیلی های مکرر تعمیر و نگهداری نجات می دهد.

پرتوهای فیبر کربن: تناسب طبیعی برای ماشین‌های برش لیزری پرقدرت؟

از آنجایی که لیزر Feiyue عمدتاً تجهیزات لیزری دقیقی را تولید می‌کند، که ممکن است در ابتدا با نیازهای دستگاه‌های برش لیزری پرقدرت مطابق قبل نباشد، نویسنده به دنبال پاسخ مناسب‌تری برای سؤال اصلی بود. از طریق معرفی لیو، مدیر کل لیزر Feiyue، نویسنده با شرکت فناوری مواد کامپوزیت پکن هیتوندر، تنها سازنده پرتوهای فیبر کربن در چین تماس گرفت.

آقای لی، رئیس هیتوندر، توضیح داد که شرکت او از یک تولیدکننده داخلی ماشین‌های برش لیزری با قدرت فوق‌العاده با توان بالای 10000 وات پشتیبانی کرده است و تعداد قابل توجهی سفارش دریافت کرده است. در حالی که این ماشین‌ها سرعت و شتاب را در اولویت قرار می‌دهند، مخصوصاً زمانی که قدرت در اوج است، الزامات دقت آنها ممکن است به سختی تجهیزات دقیق نباشد.

نویسنده اذعان می کند که پس از افزایش قدرت لیزر، اغلب محدودیت هایی در سرعت هنگام برش الگوهای پیچیده یا کوچک وجود دارد. فقط خطوط یا قوس های مستقیم و طولانی تر می توانند واقعاً از مزایای سرعت قدرت بالا استفاده کنند. با پیشرفت طراحی صنعتی، اشیاء پردازش شده توسط ماشین ابزار به طور فزاینده ای منحنی، تصفیه شده و پیچیده می شوند، به این معنی که قدرت بالا به تنهایی نمی تواند کارایی پردازش را به طور جامع بهبود بخشد. نکته کلیدی در شتاب و سرعت محور حرکت، به ویژه شتاب پرتو نهفته است.

در حال حاضر، تیرهای فولادی بسیار سنگین هستند و موتورهای محرک آنها فاقد قدرت و گشتاور کافی هستند که منجر به ارتعاشاتی می شود که بهبود عملکرد را محدود می کند. اگرچه تیرهای آلومینیومی سبک‌تر هستند، اما نرمی و عدم سفتی آن‌ها باعث ایجاد ارتعاش در هنگام شتاب‌گیری می‌شود که افزایش عملکرد را نیز محدود می‌کند. از سوی دیگر، تیرهای فیبر کربن، سبک وزن هستند و در مقایسه با آلومینیوم، سختی بالاتری دارند و به سختی فولاد نزدیک می‌شوند. علاوه بر این، خود ماده دارای خواص میرایی عالی برای انتشار ارتعاشات است که به کاهش ارتعاشات ناشی از حرکت کمک می کند. بنابراین، تیرهای فیبر کربن می توانند به طور قابل توجهی عملکرد دینامیکی ماشین های برش با قدرت بالا را افزایش دهند.

آقای لی همچنین در مورد مقاومت پرتو فیبر کربن در برابر آسیب های تصادفی صحبت کرد. تیرهای دروازه ای معمولاً از درایوهای همگام سازی کنترل عددی موتور دو طرفه استفاده می کنند که در صورت خرابی سیستم کنترل یا برخوردهای خارجی می توانند همگام سازی را از دست بدهند و به طور بالقوه باعث گیرکردن تیر یا پیچ خوردگی شدید و تغییر شکل آن می شوند. مواد فلزی که مستعد تغییر شکل پلاستیک هستند، ممکن است دچار تغییر شکل دائمی شوند که نیاز به تعویض تیر دارد. با این حال، فیبر کربن دچار تغییر شکل پلاستیکی نمی شود و می تواند پس از تغییر شکل قابل توجه به شکل اولیه خود بازگردد، مشروط بر اینکه آسیب داخلی نداشته باشد. این ویژگی باعث می شود که فیبر کربن نسبت به مواد فلزی برتری داشته باشد و برای استفاده در اجزای الاستیک مانند صفحات فنر میز ارتعاشی مناسب باشد، جایی که قابلیت ارتجاعی پایدار را بدون پوسیدگی حفظ می کند.

هیتوندر از 27 تا 29 ژوئن در نمایشگاه لیزر در مرکز همایش‌ها و نمایشگاه‌های بین‌المللی شنژن (سالن جدید Bao'an) شرکت خواهد کرد، جایی که در غرفه C112 در سالن 9 تبادلات عمیقی با همکاران صنعت انجام خواهد داد.