Еще немного о лазерных станках
Преимущества лазерной резки очевидны, мы писали о них не раз: её можно использовать для скоростного раскроя как тонких, так и достаточно толстых металлических листов, хрупких материалов и прочных сплавов. Полученные после раскроя элементы не нуждаются в дополнительной обработке кромок, что значительно ускоряет производственный процесс, экономит рабочее время и ресурсы, а возможность автоматизации процесса снижает риск ошибки и количество брака.
Скорость реза является одной из главных составляющих эффективности лазерного оборудования. Как узнать, с какой скоростью новый станок будет резать металл и как на это влияет квалификация оператора? На эти и другие вопросы отвечают наши эксперты: производители и дилеры лазерного оборудования.
В погоне за скоростью
Первое, на что обращают внимание специалисты: скорость резания металла — величина относительная, которая зависит от множества факторов. Поэтому при попытке назвать максимально возможный показатель мы столкнёмся с необходимостью вносить массу уточнений. Так, по словам бренд-менеджера по продажам станков с ЧПУ «Объединённой станкоинструментальной компании» («ОСК») Виктора Архипкина, максимальная скорость резания металла может достигать 300 м/мин на лазере с линейными двигателями на магнитной подушке
и 150 м/мин на лазере с использованием привода «шестерня-рейка».
При этом он уточняет, что современные материалы обладают абсолютно разными свойствами, поэтому скорость резания зависит от типа материала, его толщины, а также от мощности лазерного луча.
«Чтобы определить максимальную рабочую скорость лазерной установки, необходимо обратить внимание в первую очередь на мощность установленного излучателя, тип двигателя, мощность приводов, используемый газ, глубину резки, качество системы линейного перемещения, качество и уровень производства, сложность контура», — поясняет заместитель руководителя отдела продаж лазерных систем ООО «ПГ ВЕКПРОМ» Сергей Коряков.
По мнению генерального директора ООО «ОллРэди» (официальный дилер Bodor в России) Дмитрия Смирнова, мощность лазерного источника, установленного на станке, — первоочередной фактор, определяющий скорость резки металла определённой толщины. По его словам, это табличные значения, которые есть в открытом доступе и примерно совпадают.
«Если же говорить более детально, то, помимо мощности, на скорость резки лазером влияет газ, более точные настройки режимов резки, оптимальная раскладка деталей на листе металла и знание некоторых опций в программе, которые позволяют оптимизировать процесс. Например, в программе Bodor Thinker 3.0 есть десятки интеллектуальных режимов для оптимизации резки», — отмечает Дмитрий Смирнов.
«Металлы, молекулярная структура которых даёт высокий уровень отражения лазерного луча, режутся медленнее, а те, у которых уровень отражения низкий, режутся быстрее. Кроме того, следует помнить, что в реальной жизни на производстве редко возникает задача «резать лист по прямой». Как правило, на станках режут изделия той или иной сложности контура. И в этом случае очень важный параметр, который будет напрямую влиять на фактическую скорость резки изделий, — динамические характеристики станка, в первую очередь ускорения.
Именно поэтому наша компания производит высокодинамичные координатные системы, ускорения самой быстрой из которых позволяют работать с динамикой до 5g», — подчёркивает директор по продажам ООО «НПК Морсвязьавтоматика» (UNIMACH®) Андрей Тяжлов.
По словам генерального директора ООО «СТМ» (официальный дистрибьютор Han’s Laser в России) Сергея Масюкова, максимальная скорость резания лазером может быть рассчитана для двух случаев.
«Первый — для металла небольшой толщины, до 5 мм. Здесь даже небольшая мощность источников позволяет обеспечить высокую скорость резки. На станках Han’s Laser максимальная скорость раскроя 1 мм стали достигает 80 м/мин, это только прямой рез. Но и здесь есть множество факторов, которые могут повлиять на качество и скорость: скорость свободного перемещения, ускорение, программа резки, дополнительные функции резки.
И вот тут скорость выполнения операции на разных станках может отличаться на порядок. Например, насколько система ЧПУ справляется с вычислением и тем функционалом, который необходим для достижений требуемых показателей. В простых станках многих брендов система ЧПУ не рассчитана на резку металла с высокой скоростью. Но если мы говорим ещё и про производительность, то на неё влияют ускорение, скорость свободного перемещения, программа резки. Но часто встречаем, что клиенты путают скорость свободного перемещения и скорость резки.
Второй пример расчёта — для толстого металла, от 10 мм и выше. Здесь всё зависит от источников и их предельной способности. Например, при резке металла 20 мм на источнике
12 кВт максимальная скорость реза составит 2,2 м/мин, а на 40 кВт — до 7 м/мин. В итоге разница при выполнении объёма работ может быть существенной», — подчёркивает Сергей Масюков.
Практика — критерий истины
По словам гендиректора компании «ОллРэди», в характеристиках к станкам указано номинальное значение, при которых они физически могут функционировать. Но следует понимать, что есть максимальные показатели и оптимальные режимы работы.
«На спидометре автомобиля тоже указана скорость 250 км/ч и выше, но никто же не ездит на таких скоростях, так как это небезопасно. Так и станок использовать на предельных показателях не рекомендовано», — напоминает Дмитрий Смирнов.
«При определении номинальных параметров во внимание не берутся разновидность материала, его влажность, горючесть, требуемое качество резки и степень рассеивания тепловой энергии. Именно поэтому фактическую скорость работы станка можно узнать исключительно на практике, исходя из совокупности факторов, таких как мощность излучателя и приводов, установленных на осях, установленная глубина реза, желаемое качество изделия, система линейного перемещения и проч.
Таким образом, при работе с лазерными раскройщиками нужно не брать за основу заявленные производителем характеристики, а учитывать показатели, напрямую влияющие на результат», — поясняет Сергей Коряков.
Если пользователь хочет быть уверенным, что выбранное оборудование сможет работать с обещанной скоростью и производительностью, то самый простой и надёжный способ проверить это — провести тестовые резы, уверены представители компаний-производителей и дилеры лазерного оборудования.
«Можно отправить на завод-изготовитель тестовую раскладку и попросить порезать её под видеозапись, после чего замерить время по видео. Полученный результат и демонстрация процесса будут лучшим доказательством возможностей станка. У себя на предприятии мы регулярно производим раскрой присланных клиентами сборок, снимаем процесс на видео и отправляем результат обратно вместе с примерами вырезанных деталей. Это служит лучшим доказательством правдивости заявленных нами характеристик станка», — убеждён директор по продажам «НПК Морсвязьавтоматика» Андрей Тяжлов.
Сергей Масюков подтверждает, что в каталогах производители и дилеры часто указывают скорость резки по прямой и при идеальных условиях. На практике же прямых деталей обычно нет, почти все они имеют сложный контур. Поэтому гендиректор компании «СТМ» также рекомендует прибегать к тестовым резам, но подчёркивает, что и это не даёт гарантии.
«Наши заказчики предъявляют к качеству кромки очень высокие требования, поэтому сервис-инженеры на станках Han’s Laser выполняют множество тестовых резов не только в программе, то есть симулятивно, но и в реальности в R&D-центрах. Мы применяем тестовые файлы, в которых закладывается информация о резке на станках на этапе пусконаладки, и всегда производим замер времени. За годы работы наши специалисты выяснили, какую скорость можно получить при тех или иных условиях, так как очень многое зависит от режимов и настройки станка под конкретные задачи клиентов», — отмечает Сергей Масюков.
Виктор Архипкин, в свою очередь, напоминает, что в некоторых случаях настройки лазера будут разные, даже если использовать металл одного и того же ГОСТа и одной толщины, так как его состав может отличаться.
«Именно поэтому в паспортных характеристиках указана расчётная скорость резания. Параметры её изменения можно дополнительно запросить у производителя оборудования. Также следует обратить внимание на качество газа, так как при работе с лазерными комплексами обязательно нужно использовать газ чистотой 99,99%», — рекомендует бренд-менеджер «ОСК».
А директор по маркетингу ООО «Технограв» Виталий Жигарев уточняет, что настройки реза могут меняться даже при получении другой партии металла той же марки, не говоря уже о смене поставщика.
Быстрее не значит лучше
Высокая скорость работы оборудования по умолчанию считается достоинством, однако это не всегда корректно. Так, в случае со станками для лазерной резки верно обратное: чем выше скорость резания, тем ниже качество.
«Скорость резки оказывает прямое влияние на ширину и шероховатость поверхности реза, плюс она прямо пропорциональна плотности мощности лазера. Соответственно, соотношение между плотностью и толщиной заготовки будет иметь обратную пропорциональность. Исходя из этого, мы видим, что, увеличивая скорость работы лазерного раскройщика, можно улучшить качество.
Но это достижимо при соблюдении ряда условий, например, увеличение мощности должно быть строго в рамках установленного диапазона. Также нужно обеспечить правильное фокусное положение, использовать качественное программное обеспечения и учесть ещё ряд обстоятельств.
Считается, что оптимальным значением для различной толщины заготовок и давления режущего газа является показатель, равный около 80% от максимальной скорости резки. Таким образом, можно сделать вывод, что чем медленнее скорость резки, тем хуже получается качество реза. Для получения высоких показателей качества реза необходимо резать на источнике, который будет соответствовать толщине разрезаемого изделия», — рассказывает Сергей Коряков.
«Для каждого типа и толщины металла нужно подбирать индивидуальные настройки и определять оптимальную скорость лазерной резки. Добиться высоких показателей качества при максимальных скоростях возможно, если использовать лазерный источник высокой мощности,
и только при работе на малых толщинах», — считает Виктор Архипкин.
«Качество от скорости зависит напрямую: если скорость завышена, то будет недорез металла, а при заниженной можно повредить приёмный бункер, если мы говорим про резку на воздухе и азоте. При малых скоростях на кислороде дополнительно получим перегрев металла, что приведёт к его деформации и наплывам», — дополняет коллег директор по маркетингу компании «Технограв».
По словам Андрея Тяжлова, неожиданный факт при резке в среде сжатого воздуха или азота заключается в том, что чем быстрее происходит эта операция, тем выше качество кромки.
«Именно на сложных контурах и углах, где скорость резки падает, сложнее получить высококачественную кромку. Поэтому чем быстрее станок может ускоряться и замедляться, тем качественнее будет кромка при заданной скорости резки», — делится наблюдением представитель бренда Unimach.
Подводя итог всему сказанному, эксперт компании «ОллРэди» призывает пользователей соблюдать баланс скорости и качества.
«Есть задачи, где кромка должна быть идеальная, мы это называем «зеркальный рез». А есть задачи, где небольшой облой (излишки металла) на торце также приемлемы, так как это изделие в дальнейшем пойдёт под сварку или это какие-то незначащие узлы», — отмечает Дмитрий Смирнов.
По опыту специалистов компании «СТМ», основной риск при лазерной резке на слишком больших скоростях — неспособность станка отработать экстренную остановку и столкновения головы с металлом.
«Когда заготовка режется впервые, всегда присутствует риск проворота, то есть выпадения детали. Сейчас есть специальные датчики для предотвращения этого, но и они не дают гарантии, что оборудование успеет отработать остановку. И тогда мы попадаем на ремонт лазерной головы.
Поэтому, если вы впервые режете заготовку и видно, что есть риск проворачивания детали, наши специалисты рекомендуют использовать минимальную скорость, потихоньку её наращивая. Или использовать специальные настройки при подготовке файла, например микросоединения, тогда эта проблема решится», — рекомендует Сергей Масюков.
В то же время он советует не бояться высокоскоростного лазерного оборудования. По его словам, эта инвестиция обязательно окупится в будущем.
«Большинство станков, применяемых в России, медленные, и многих клиентов это устраивает. Если станок становится «узким горлом» производства, то покупается дополнительный. Хотя можно изначально взять одну лазерную установку, которая будет по производительности превосходить их. Но не все готовы инвестировать в такие решения. Хотя более производительные станки позволяют получать больше прибыли», — поясняет гендиректор компании «СТМ».
Кто у руля?
Не стоит забывать, что работу любого станка, в том числе автоматизированного, настраивает и контролирует человек, и от его мастерства во многом зависит эффективность оборудования. Так, директор по маркетингу компании «Технограв» убеждён, что роль оператора при лазерной резке ключевая. Именно он должен уметь подобрать параметры реза для того или иного металла при резке на определённом ассистирующем газе.
По словам Виталия Жигарева, обозначенные в ПО настройки реза не истина в последней инстанции, а только ориентир для неопытного оператора. Сергей Коряков также убеждён, что именно на плечах оператора лежит ответственность за подготовку, настройку и обслуживание станка.
«Специалист должен проверить наличие и правильное состояние инструментов, осуществить загрузку ПО и настроить необходимые параметры под конкретную задачу. Если, например, заготовка будет в грязи, то мы можем получить не только плохой рез, но и не прорезанный металл. Планирование этапов также играет важную роль, поскольку работать приходится с абсолютно разными макетами изделий и многогранными требованиями к ним.
Именно поэтому оператор обязан организовывать визуальный и измерительный контроль качества резки металла, проверять соответствие готовых изделий требованиям чертежей или эскизов, обрабатывать дефектные изделия и устранять возможные несоответствия», — перечисляет функционал оператора представитель Промышленной группы «ВЕКПРОМ».
В то же время Виктор Архипкин считает, что непосредственная подготовка сырья и планирование этапов лазерной резки в современных станках не требуется. Система ЧПУ, установленная в оборудовании, сама раскладывает детали на листе металла, а перед каждым этапом резки замеряет положение листа на рабочем столе лазера.
Данные манипуляции были предусмотрены с целью минимизации потерь при резке. Но, если оператора не устраивают обозначенные в программном обеспечении значения скорости резки, он может подобрать оптимальные в ручном режиме и выполнить несколько типовых резок.
Гендиректор компании «ОллРэди», в свою очередь, подчёркивает, что металл сегодня стоит очень дорого, и ошибка оператора, неправильно выставленные режимы и полученный
в итоге брак придётся кому-то компенсировать. Поэтому Дмитрий Смирнов рекомендует брать людей с опытом или вкладываться в их обучение.
По его словам, грамотный оператор всегда найдёт способ оптимизировать процесс раскроя, улучшить качество и предложить идеи, касающиеся не только резки, но и организации всего рабочего процесса.
Сергей Масюков считает, что функционал оператора зависит от степени автоматизации производства. Там, где лазерные станки работают как отдельно взятое оборудование, его роль ключевая. Если же речь об автоматизированном производстве, где станок находится внутри комплекса и все настройки хранятся в единой программе, тогда роль оператора значительно менее важна.
В этом случае один специалист может одновременно обслуживать два-три лазерных станка.
«Второй момент — серийность производства. Если одни и те же детали на заводе режут неделями и месяцами, то настройки станков выбраны не впервые и уже проверены, а значит, роль оператора незначительна. Но там, где нет серийного производства и набор деталей всегда разный, оператору необходимо для каждой отдельной партии выставлять настройки для лучшей работы
и получения наивысшего качества.
Часто станки имеют свои специфические особенности, и если специалист постоянно с ними работает, то знает, как эти особенности обойти. Роль оператора значительно возрастает, так как у него есть опыт и знания, чтобы добиться наилучшего качества на конкретном оборудовании.
При запуске станков наши специалисты проводят обучение сотрудников на площадке заказчика, чтобы задачи по качеству и скорости были отточены на все 100% и в процессе ввода в производство новых деталей операторы знали, какие настройки необходимо применить», — поясняет гендиректор компании «СТМ».
Виталий Жигарев также рекомендует пользоваться богатым опытом инженеров компании, которые после запуска станка на производстве проведут обучение персонала заказчика и осуществят качественную техническую поддержку по всем интересующим вас вопросам. В «НПК Морсвязьавтоматика» применяют другой подход.
Чтобы оператору самому не приходилось заниматься подбором скоростей резки, клиенту предлагают во время пусконаладочных работ внести в библиотеку управляющего ПО все образцы металла, которые он будет резать на своём производстве, в дополнение к уже имеющемуся на станке перечню самых распространённых материалов.
Если же оператор всё-таки хочет сам заняться подбором режимов, для этого существуют специальные алгоритмы действий, которые в основном состоят из совокупности подбора положения линзы, диаметра сопла и скорости реза.
Слово экспертам
Сергей Масюков, генеральный директор ООО «СТМ» (официальный дистрибьютор Han’s Laser в России)
«На качество реза влияют несколько факторов: мощность и тип источника, а также частота его работы; газ, который используется при резке, его чистота и давление; качество материалов и состояние расходников. Ещё одно важное условие — состояние поверхность метала: толщины, внутреннее напряжение, ржавчина — всё это сказывается как на скорости реза, так и на качестве деталей.
Чем более ровные и чистые листы металла, тем более качественный результат можно получить. На результат влияет и зона фокусировки луча. Сочетая все эти характеристики воедино, мы сможем добиться идеального качества и желаемой скорости».
Виктор Архипкин, бренд-менеджер по продажам ЧПУ станков «Объединённой станкоинструментальной компании»
«Для того чтобы оптимально подобрать скорость резания лазером, нужно обратиться к таблице значений лазерной резки в зависимости от типа металла и его толщины. Обычно каждый производитель лазерных источников прикладывает её к своему оборудованию. Эти показатели являются отправной точкой для оператора, и уже в процессе работы он их корректирует. Важно учесть, что при слишком медленной или слишком быстрой резке металла лазером могут быть определённые риски.
При слишком большой скорости может возникнуть проблема частичного прореза металла, а при слишком медленных скоростях возникает проблема плавления — металл раскаляется и начинает заплавлять только что вырезанный контур детали».
Сергей Коряков, заместитель руководителя отдела продаж лазерных систем ООО «ПГ ВЕКПРОМ»
«Если неправильно настроить работу лазерного оборудования, то специалисты могут столкнуться с рядом проблем. Слишком высокая скорость — полное или частичное непрорезание металла, беспорядочный разлёт искр.
Слишком низкая скорость — переплавка и неровная поверхность реза, оплавление острого угла из-за расширения ширины реза, снижение эффективности процесса. Неправильный темп резки металла также приводит к быстрому износу расходных материалов (сопла, защитного стекла).
В дальнейшем это вызывает повреждение фокусных линз и кварцевого блока оптоволокна, ремонт которого является дорогостоящим».
Дмитрий Смирнов, генеральный директор ООО «ОллРэди» (официальный дилер Bodor в России)
«Мы много говорим про скорость резки металла, но это не самый главный вопрос. Важнее настроить оптимальный и экономичный процесс всего производственного цикла, где отсутствуют узкие места. Иногда можно приобрести достаточно экономный станок, который производит в единицу времени необходимый объём продукции.
Он и места занимает мало, и с задачей справляется. А иногда, наоборот, требуется достаточно большая автоматизация производства, например, необходима автоматическая смена палет, кабинетная защита, система фильтрации воздуха, автоматическая система подачи материала в рабочую зону, так как объёмы и ассортимент продукции достаточно большие.
Вывод логичный: лазерный станок для резки металла необходимо подбирать исключительно под конкретные задачи. Когда-то надо заплатить больше для оптимизации работы, когда-то переплачивать нет смысла».
Виталий Жигарев, директор по маркетингу ООО «Технограв»
«Чтобы определить максимальную рабочую скорость лазерной установки, для начала следует определиться с тем, что нужно резать, каким газом и на каком станке (выяснить мощность излучателя, то, какие сервоприводы установлены на осях станка и какая используется лазерная голова).
Чем тоньше нарезаемый металл, больше мощность излучателя и мощнее сервоприводы, тем с большей скоростью мы можем его резать.
К примеру, станок Senfeng SF 3015 H4 мощностью 6 кВт может резать нержавейку на скорости до 40 м/мин с отличным качеством и высокой точностью реза и до 70 м/мин с небольшими потерями одного и другого показателя — появляется грат и отклонения на несколько десятых мм/м».
Андрей Тяжлов, директор по продажам ООО «НПК Морсвязьавтоматика» (UNIMACH®)
«Как правило, в управляющее ПО станка уже на заводе внесены оптимальные параметры и скорости резки для всех распространённых толщин и металлов. Улучшить их в смысле скорости теоретически можно, но, как правило, это будет сделано в ущерб качеству реза или вообще приведёт к непрорезу: законы физики едины для всех.
Также для качественной резки важно использовать чистые сопла и оптику, не допускать некорректной центровки луча относительно сопла. Кроме того, имеет значение правильная подготовка программы резки.
Отсутствие лишних холостых переходов, порядок обхода, использование перемычек и разумных безопасных проходов будет залогом высокой производительности, особенно если речь идёт о быстрой резке тонколистовых материалов».
Текст: Мария Кармакова
