激光被应用于小型、复杂零件的车削

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这项新技术使用激光作为切削工具,以“转动”来自固体棒料的零件。这种高速精密车床对于微加工尤其有用,它可以为小型、复杂的零件提供高精度,而这些零件在实施常规车削工艺时通常很脆弱且难以加工。


在精密加工行业中,激光除了在零件标记和雕刻方面没有发挥重要作用,但已被添加到瑞士式车床中,主要用于医疗应用中切割管材。激光对于在这些机器上的空心原料中产生小孔并产生狭缝、螺旋形、螺旋形、寡角形和其他复杂的几何形状非常有用。


现在,新技术使用激光作为切削工具来“转动”来自固体棒料的零件。该工艺由德国公司GFH GmbH开发,用非接触式激光代替了传统的车削刀具,该工艺采用超短激光脉冲蒸发材料,同时消耗的能量比传统的车削方法要少。GL.smart高速精密车床可以通过德国的GFH向美国客户提供,特别适用于微加工,可为小型、复杂的零件提供高精度,而这些零件在实施常规车削工艺时通常很脆弱且难以加工。


GFH首席执行官Florian Lendner解释说:“由于采用了非接触式材料去除方法,工件在整个加工过程中都不会受力和变形,这意味着即使使用非常薄且精致的组件也不会损失精度。”


该机器还将来自一个激光源的光束分开,并将其传送到两个独立的头中,因此它既可以旋转又可以铣,钻和雕刻两个部分。从结构的角度,描绘一台双主轴,双托盘立式铣床,其中每个工位都可以进行车削和五轴加工。


非接触式处理


机器的心脏是二极管泵浦的固态激光器,它在皮秒或飞秒上发出脉冲。这种“按需脉冲”技术可以调节材料上的热量输入,从而使工件不太可能过热。结果,没有张力或部分发生变形。该公司表示,这种工艺非常适合由非常坚硬和易碎的材料制成的组件。


激光被应用于小型、复杂零件的车削

GL.smart车削中心内的两个站,通过结合使用高功率激光器和分束器,可以在两个工作站上同时进行处理。图片来源:GFH GmbH


尽管二极管泵浦激光器是GL.smart上的标准激光器,但根据客户的需求,GFH可以提供波长,激光功率或脉冲宽度不同的不同类型的激光源。使用这些超快和超短激光脉冲,可以通过粗加工去除尽可能多的材料。精加工零件时,可以用较低的激光能量获得最终的质量。


可以根据操作将激光束指向零件的中部或切向。例如,如果部件具有固定的要旋转的直径,则激光束会切向撞击材料。但是,如果仅在整个直径上加工某些区域(例如孔),则激光束会击中材料的中点。


激光可以一圈转动/去除的材料深度范围取决于材料和转动过程本身。切向去除时,从精加工到粗加工的范围是1微米到200微米,而激光束指向中间时,范围是0.1微米到10微米(精加工到粗加工)。


加工后,可以通过操作员从夹紧系统中手动取出成品零件或将零件掉入加工区域下方的容器中来处理和收集成品零件。为了从机器上清除腐蚀的物质,GL.smart配备了一个抽吸系统,用于收集气溶胶和灰尘。


据GFH称,为医疗和钟表行业供应产品的机械车间将特别受益于GL.smart的微加工能力。例如,该机器可以生产微型工具,例如镊子、微型刀片和植入物,以及安装在发条装置中的枢轴。


该公司表示,由于能够加工几乎所有材料,该激光车床可以进行高速,高精度的车削、钻孔、切割和雕刻操作。该机还提供组合加工


激光被应用于小型、复杂零件的车削

GL.smart的功能多种多样,包括镊子、微刀片等医疗微型工具以及安装在发条装置中的枢轴。


以及同时在两个C轴工作台上进行并行处理,从而使生产率提高了一倍。


由于五轴运动,所有操作都可以在一种设置中执行。因此,可以雕刻,切割,钻孔或结构化工件,而无需任何重新夹紧。


空气轴承主工件主轴具有扭矩驱动器,可用于对零件进行分度/定位并在0.4秒内旋转至3500 rpm。径向和轴向同心度(纳米)可以实现具有磨削公差的生产。该机器还提供了一个受力控制的张力夹头系统。GL.smart的紧凑型占地面积为2212毫米(长)×1026毫米(宽)×2320毫米(高),装在黑色玻璃外壳中,可防止激光辐射。


该机器最多可提供16个同时轴,由其自己开发的系统GL.control控制。每个工作站(两个工作站的Z轴均相同;每个工作站的Y轴独立)可以配备主轴(X轴和A轴)和旋转单元(X轴,B轴)和C轴)。剩下的三个轴放置在光学盒中以进行光束操纵。


CNC控制激光的精度


机器的计算机数字控制(CNC)使用GFH开发的GL.control软件进行编程和控制,由一台仅负责数字控制软件的计算机和另一台负责运行软件的单元组成。CNC集成了CAD / CAM功能及其所有子系统。GL.smart的快速可编程逻辑控制器(PLC)专为激光加工而设计,可实时访问激光控制,因此可以在整个轴运动范围内以40纳米的精度打开激光。


为零件创建切割CAD / CAM程序的过程包括:


将3D文件上传到机器的软件


选择要生成的所有几何


生成用于激光加工的G代码


编辑材料特定的参数


上载到PLC


开始加工作业


根据Lendner的说法,在为新型的待加工零件设置激光车床时,它可能很简单,也可能更复杂,具体取决于原材料的大小。如果原材料尺寸相同,则只需更改软件设置即可创建新设计。如果这是一种新型的原料尺寸,则还必须更改光学设置和夹持系统。 机器接受直径最大为12毫米,长度最大为2 m的原材料。


激光被应用于小型、复杂零件的车削

GFH为GL.smart提供了许多附加组件和配件,可帮助用户为他们的特定应用构建自定义机器。选件包括用于自动化,监控和质量保证的附件。


激光车床GL.smart提供 非接触式去除。这意味着即使使用非常薄且精致的组件也不会损失精度。


由于越来越受欢迎,并且经常需要机械车间自动化,因此可以为GL.smart添加六轴机器人工件处理系统和棒料进给器。实施此选项还可以为熄灯加工提供机会。


激光车床的其他选项包括作为副主轴的旋转旋转单元和/或短或长车削设计,或两者兼而有之。夹头和零件导板的设置确定了机器是短弯还是长弯的设计。


GFH提供以下设备作为GL.smart的选件,可通过GL.control轻松进行编程。


低振动激光束: GL.beam包含从激光器到机器内过程光学器件的完整光束路径。根据制造商的低振动操作规范,将激光器安装在花岗岩底座上并对齐。


精密夹紧系统:为了重复夹紧零件,机器可以配备Erowa的GL.clamp精密夹紧系统。根据要求,也可以提供其他制造商的夹紧系统或真空夹紧装置。


监视和光束调整模式:可以通过GL.om3和GL.om4操作模式扩展激光系统。操作模式3用于过程监视,操作模式4用于光束调整。


扫描仪系统:为了精确生产零件或进行深雕刻,机器可以配备名为GL.scan的扫描仪系统。它通过两个检流镜将激光束定位在工件上。


光学测量系统: GL.vision光学测量系统有助于将组件放置在激光下,并且还可以用显微镜的分辨率进行光学测量。


固定光学模块: GL.optifix模块提供用于激光钻孔,精密切割和烧蚀的固定光学模块。光学元件中没有移动组件,因此将定位误差减小到轴系统的精度。


距离模块: GL.distance模块可满足微钻孔和精密切割的最高精度要求。零件表面的偏差和公差可在加工前记录并纠正。



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