Laserový eza 01 Funk ní vzorek prof. Ing. P emysl Pokorný, CSc. Ing. Petr Zelený, Ph.D. Ing. Petr Keller, Ph.D. Ing. Martin Lachman, Ph.D. Ing. Ji í Šafka V Liberci dne 30. listopadu 2012
Oblast techniky Nejrozší en jším zp sobem zpracování plech je st íhání a jemu p íbuzné technologie pro lení materiálu (vyst ihování, ost ihování apod.). V minulosti byly pro ú ely vytvá ení otvor nebo zn tvarovaných polotovar i hotových výrobk z materiálu ve form plechu využívány p evážn lisy se st ižnými nástroji. Takové nástroje jsou jednoú elové, tzn. že je t eba vyrobit pro každý tvar a velikost výst ižku jeden nástroj, a to z drahé konstruk ní oceli. Proto se tato technologie z ekonomického hlediska vyplatí až u sériové a hromadné výroby. Vynález laseru použitelného pro pr myslové ú ely dal ve spojení s íslicovým ízením (CNC) technologiím zpracování plechu zcela nový rozm r. Laserové ezací stroje umož ují do plechu vy íznout libovoln složitý tvar s vysokou p esností, rychlostí a kvalitou ezu. Vyráb ný tvar lze rychle zm nit p ehozením NC programu v ídicím systému, což umož uje použití t chto stroj i pro kusovou a malosériovou výrobu i tvorbu funk ních prototyp. Na rozdíl od lis nevznikají p i provozu stroj na ezání laserem žádné významné síly, proto nejsou na tyto stroje tak velké konstruk ní nároky. Technologie ezání laserem, d íve azená mezi nekonven ní metody d lení materiálu, je dnes ve výrobních podnicích velmi rozší ená. 2 Dosavadní stav problematiky Na Kated e výrobních systém Fakulty strojní Technické univerzity v Liberci byly možnosti laserového ezání plech testovány na funk ním prototypu víceú elového CNC stroje. Tento stroj byl navržen a zkonstruován v rámci diserta ní práce Ing. Petra Zeleného, Ph.D. [1]. Jedná se o menší stroj portálové konstrukce, s rámem složeným z hliníkových profil. Pracovní prostor stroje má rozm ry 200 200 150 mm. Posuv všech pracovních os je ešen ozubenými emeny, pohán nými servomotory. Laserové za ízení bylo pro tento stroj navrženo v diplomové práci Jaroslava Bataly Aplikace laseru u prototypu CNC stroje [2]. Laborato prototypových technologií a proces Ústavu pro nanomateriály, pokro ilé technologie a inovace se rozhodla pro navázání na tuto innost a bylo postaveno podobné za ízení, ale s mnohem v tším pracovním prostorem a vyšší p esností.
Podstata technického ešení Cílem technického ešení je navrhnout a realizovat konstrukci funk ního vzorku (prototypu) CNC stroje pro ezání plech laserem. Vycházelo se z rešerší komer vyráb ných podobných stroj. Mimo stroj pro ezání laserem se vycházelo i z konstrukcí modelovacích frézek, protože se edpokládá možné osazení prototypu frézovacím rychlov etenem. ed zapo etím konstruk ních prací byly již n které sou ásti ur ené pro stavbu tohoto stroje v laborato i k dispozici - za ízení pro generování laserového paprsku, ídicí systém, servomotory. Rám stroje je navržen z hliníkových profil od firmy MayTec. Je vy ešeno p ipojení lineárních jednotek k rámu i mezi sebou navzájem, a to pro všechny t i osy stroje. Jednotky jsou pohán ny servomotory, p ipojenými p es pružnou vlnovcovou spojku a p írubu. Laserová hlava je upevn na ke konstrukci v etn vedení optického kabelu. Pro všechny pohybové osy stroje byly provedeny kontrolní výpo ty pohon, zda vyhovují obecným zásadám pro jejich návrh. Kontrolou maximálních otá ek kuli kového šroubu osy X bylo zjišt no, že z d vodu jeho délky bude nutné snížit navrženou rychlost posuvu na 7,6 m min -1. Osami Y a Z bude možné pohybovat rychlostí požadovanou v zadání, tj. 10 m min -1. Z tuhostního, dynamického i výkonového hlediska navržené pohony vyhovují, a není problém nap íklad dalšího ipojení menších pohyblivých hmot na osy. P esnost polohování je 0,01 mm. 3 Na funk ním prototypu stroje (obr. 1) tak, jak je popsán v tomto textu, m že dojít k menším úpravám v konstrukci, což je u prototyp b žné. Dále se vyvíjí zp soby upínání plech, krytování stroje, spolehlivé vedení kabel nebo ovládání laserového za ízení p es ídicí systém Sinumerik. Technické provedení ešení Rám stroje je sestaven z hliníkových profil od firmy Maytec a osazen lineárními jednotkami od firmy HIWIN typ BSU 160-2-1-xxxx-01000 o r zných délkách dle rozsahu os a p evod z rota ního na lineární pohyb je pomocí kuli kového šroubu, obr. 2. Za ízení je schopné pracovat ve 3 osách X, Y, Z. Pohon os zajiš ují rota ní synchronní motory od firmy Siemens 1FK7042-5AF71, obr. 3. K ízení slouží ídicí systém Sinumerik 840D a pohonový systém Simodrive 611, obr. 4.
Pracovní rozsah za ízení je v ose X 1315 mm, v ose Y 1080 mm a v ose Z 500 mm. Laserový zdroj JK 400FL je od firmy GSI Group a má výkon 400 W, obr. 5. Laserová hlavice je ipevn na k ose Z, obr. 6. Výkon laseru dovoluje ezat plech o maximální tlouš ce 4 mm. 4 Obr. 1 Laserový eza
5 Obr. 2 Rám stroje s lineárními jednotkami Obr. 3 Servopohony Siemens
Obr. 4 ídicí systém Sinumerik 840D 6 Obr. 5 Laserový systém hlava, zdroj a chlazení
Obr. 6 Upevn ní laserové hlavy Seznam použité literatury 7 [1] ZELENÝ, Petr. Návrh a konstrukce víceú elového CNC stroje. Liberec, 2006. Diserta ní práce. Technická univerzita v Liberci. [2] BATALA, Jaroslav. Aplikace laseru u prototypu CNC stroje. Liberec, 2011. Diplomová práce. Technická univerzita v Liberci. Pod kování Toto za ízení vznikalo za finan ní podpory jednak Výzkumného zám ru MSM 4674788501 Optimalizace vlastností stroj v interakci s pracovními procesy a lov kem (2004-2011), projektu Studentské grantové sout že TUL v rámci specifického vysokoškolského výzkumu int.. 2821 Komplexní optimalizace výrobních systém a proces (2010-2012) a pak za podpory projektu OP VaVpI Centrum pro nanomateriály, pokro ilé technologie a inovace CZ.1.05/2.1.00/01.0005, jež umožnila po ízení Laserového ezacího systému, inv. íslo: 56736.