Maszyny do cięcia laserowego rur i blach do zintegrowanej obróbki

Uzasadnienie stosowania jednej maszyny do przetwarzania różnych form materiału

W zakładzie metalowym, który cięte zarówno elementy wspornikowe z blachy, jak i odcinki rur konstrukcyjnych, tradycyjnie stosuje się dwie osobne maszyny — stół do cięcia blach i system do cięcia rur — każda z nich wymaga osobnej powierzchni roboczej, przyłączy energetycznych, uwagi operatora oraz konserwacji. Połączenie blachy i rur maszyny do cięcia laserowego pozwala połączyć obie funkcje w jedną platformę maszynową, umożliwiając cięcie płaskich blach na głównym stole roboczym oraz obróbkę rur okrągłych, kwadratowych i prostokątnych za pomocą zintegrowanego układu tokarskiego z uchwytami obrotowymi.

Integracja rozwiązuje problem związany z przepływem pracy, który powstaje w przypadku stosowania oddzielnych maszyn. Części blachowe cięte na jednej maszynie muszą być przenoszone do stanowisk montażowych. Sekcje rur cięte na innej maszynie docierają do tych samych stanowisk montażowych inną ścieżką przepływu pracy. Gdy jedna z maszyn kończy pracę wcześniej niż druga, montaż ulega zatrzymaniu w oczekiwaniu na brakujący typ komponentu. Zintegrowana maszyna przetwarzająca oba typy elementów dostarcza kompletnych zestawów części do montażu jednocześnie — uchwyt oraz rura, na której jest montowany, są cięte w tej samej kolejności produkcyjnej.

Producent mebli stalowych, który wytwarza ramy stanowisk biurowych, przeszedł z osobnych operacji cięcia blach i rur za pomocą lasera płytowego oraz piły do rur na zintegrowany system laserowy włóknowy do cięcia blach i rur. Poprzedni proces technologiczny wymagał cięcia odcinków rur na długość za pomocą piły taśmowej, a następnie frezowania kształtów końców rur w celu przygotowania połączeń spawanych. Moduł do cięcia rur w zintegrowanym systemie laserowym wykonywał zarówno cięcie rur na długość, jak i kształtowanie geometrii końców — cięcia obejmujące (cope cuts) dla połączeń typu T oraz cięcia skośne (miter cuts) dla połączeń narożnych — w jednej operacji, co całkowicie wyeliminowało etap frezowania. Całkowity czas obróbki jednej ramy zmniejszył się z około 18 minut do 7 minut, a zajmowana przez jedną maszynę powierzchnia pozwoliła zwolnić miejsce na podłodze, które później wykorzystano na dodatkowe stanowisko montażowe.

Integracja techniczna obróbki blach i rur

Architektura maszyny

Łączność maszyny do cięcia laserowego zamontować głowicę cięcia na ramie przesuwającej się wzdłuż całej długości łóżka maszyny. W przypadku cięcia blach głowica porusza się w płaszczyźnie X-Y po płaskim stole roboczym, a wysokość osi Z dostosowuje się automatycznie w celu kontrolowania ostrości skupienia wiązki. W przypadku cięcia rur rama pozycjonuje głowicę w stacji do cięcia rur — zwykle umieszczonej na jednym końcu ramy maszyny — gdzie tokarka obrotowa chwyta i obraca rurę, podczas gdy głowica porusza się wzdłuż osi rury oraz promieniowo, aby wykonać kształtowanie powierzchni rury.

Przełączenie między trybem cięcia blach i rur trwa od 30 do 120 sekund — w tym czasie stół do cięcia blach załadowuje lub rozładowuje materiał, podczas gdy automatyczny załadunek stacji do cięcia rur doprowadza kolejny odcinek rury. Ta praca równoległa umożliwia niemal ciągłą produkcję, z przerwą tylko na krótki czas przełączania pomiędzy rodzajami materiałów.

Sterownik maszyny przechowuje osobne biblioteki parametrów dla cięcia blach i rur. Biblioteka blach zawiera prędkość, moc, gaz wspomagający oraz położenie ogniska dla każdej kombinacji materiału i grubości na płaskich arkuszach. Biblioteka rur zawiera dodatkowo prędkość osi obrotowej, szablony geometrii przekroju oraz parametry przebicia–startu, które różnią się w zależności od tego, czy wiązka laserowa przebija powierzchnię zakrzywioną czy płaską.

Możliwości obróbki rur

Uchwyt obrotowy obsługuje rury okrągłe o średnicy od 20 mm do 220 mm oraz profile kwadratowe i prostokątne w granicach odpowiadających średnicy rur okrągłych. Rury o długości do 6000 mm są przetwarzane z automatycznym załadunkiem; dłuższe odcinki, do 9000 mm, można ciąć przy użyciu ręcznego załadunku lub z dodatkowym wsparciem.

Głowica tnąca profiluje końce rur w celu przygotowania złączy spawalniczych — cięcia ukośne pod kątem 15–75°, cięcia wykrojowe do spawania połączeń typu T oraz wycięcia w formie szczelin wzdłuż rury do połączeń ramy z zazębieniem. Wzory otworów przeznaczonych do połączeń śrubowych, prowadzenia kabli i odprowadzania wody są wycinane w zależności od średnicy i grubości ścianki rury. Powtarzalność wzorów w poszczególnych partiach eliminuje różnice w dopasowaniu wynikające z oddzielnego przecinania i wiercenia.

Optymalizacja gniazdowania

Oprogramowanie do układania części optymalizuje jednocześnie arkusze i rury. Układanie części na arkuszach osiąga wykorzystanie materiału na poziomie 75–85% przy zastosowaniu zautomatyzowanego oprogramowania, w porównaniu do 60–70% przy układaniu ręcznym. Układanie części na rurach określa kolejność ich rozmieszczenia wzdłuż długości rury w celu zminimalizowania odpadów, przy jednoczesnym automatycznym uwzględnieniu szerokości szwu tnącego oraz strefy chwytu na każdym końcu rury.

Często zadawane pytania

Jaka jest różnica cenowa między maszynami oddzielnymi a systemem kombinowanym?

System łączący cięcie blach i rur zwykle kosztuje o 30–50% więcej niż maszyna przeznaczona wyłącznie do cięcia blach, ale o 20–30% mniej niż zakup osobnych maszyn do cięcia blach i rur. Oszczędności związane z użytkowaniem jednej maszyny wykraczają poza sam koszt zakupu — wymagana jest jedna fundamentowa podstawa, jedno przyłączenie do sieci energetycznej, jeden chłodnica, jeden odsadzacz pyłu oraz jedna stanowisko operatora, a nie dwa z każdego z tych elementów.

Czy istniejącą maszynę do cięcia blach można modernizować w celu przetwarzania rur?

Modernizacja technicznie jest możliwa, lecz rzadko okazuje się opłacalna w porównaniu do zakupu zintegrowanego systemu. Moduł do cięcia rur wymaga osi obrotowej, systemu podparcia rur oraz znacznych modyfikacji sterownika. Większość zakładów produkcyjnych stwierdza, że wymiana istniejącej maszyny na fabrycznie zintegrowany system kombinowany daje lepsze rezultaty niż modernizacja na miejscu.

Jak jakość cięcia rur porównuje się do cięcia piłą i obróbki skrawaniem?

Końce rur cięte laserem są pozbawione wyprasek i gotowe do spawania bez dodatkowych operacji — eliminując usuwanie wyprasek oraz frezowanie końców, które wymaga cięcie piłą. Laser zapewnia dokładność profilu końców rur na poziomie ±0,1 mm, porównywalną z obróbką CNC. Trzychwytkowy system M230 firmy Tianchen Laser zapewnia stałość pozycjonowania rury w trakcie całego cyklu cięcia.

Jakie kształty i rozmiary rur mogą przetwarzać systemy kombinowane?

Standardowymi kształtami są rury okrągłe, kwadratowe i prostokątne. Niektóre systemy umożliwiają również przetwarzanie rur owalnych, o przekroju typu D oraz kształtowników przy odpowiedniej konfiguracji kładek chwytaków. Maksymalny średnica wynosi od 200 do 300 mm w zależności od konfiguracji maszyny. Tianchen Laser oferuje maszyny kombinowane o mocy od 3 kW do ponad 12 kW.

W jaki sposób oprogramowanie do rozmieszczania obsługuje jednoczesną produkcję blach i rur?

Oprogramowanie zarządza oddzielnymi silnikami układania dla blach dwuwymiarowych i rur jednowymiarowych, prezentując operatorowi zjednoczoną kolejkę produkcji. Oba typy materiałów są przetwarzane na podstawie jednego pliku zadań — oprogramowanie automatycznie kieruje części z blachy na stół cięcia płaskiego, a części z rur na stację obrotową, w oparciu o geometrię części.

Jakie czynności konserwacyjne są specyficzne dla maszyn kombinowanych?

Tarcza obrotowa stacji do rur wymaga częstszego smarowania mechanizmu tarczy i łożysk liniowych niż stół do blach — zwykle raz w tygodniu w przypadku systemów intensywnie wykorzystywanych. Ochraniacze gumowe pokrywające prowadnice liniowe stacji do rur wymagają inspekcji pod kątem nagromadzenia się pyłu, który może powodować przedwczesny zużycie uszczelek w środowiskach o dużym stopniu zapylenia po procesie cięcia.