这项新技术使用激光作为切割工具,从实心棒料“车削”零件。这种高速精密车床特别适用于微加工,在执行传统车削工艺时,对于通常精密且难以加工的小型复杂零件,可以实现高精度。

在精密加工行业,激光在零件打标和雕刻之外并没有发挥突出的作用,但它们已被添加到瑞士型车床中,以切割主要用于医疗应用的管材。激光已用于在这些机器上的空心坯料中创建小孔和生成槽、螺旋、螺旋形状、寡妇和其他复杂几何形状。

现在,新技术使用激光作为切割工具,从实心棒料“车削”零件。该工艺由德国公司 GFH GmbH 开发,用非接触式激光器代替传统车削刀具,该激光器用超短激光脉冲蒸发材料,同时比传统车削方法使用更少的能量。GL.smart 高速精密车床可通过德国 GFH 向美国客户提供,特别适用于微加工,可在执行传统车削工艺时对通常精密且难以加工的小型复杂零件提供高精度。

“由于非接触式材料去除,工件在整个加工过程中保持不受力和变形,”GFH 首席执行官 Florian Lendner 解释说。“这意味着即使使用非常薄和精密的组件,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部,因此它可以同时车削、铣削、钻孔和雕刻两个零件。在结构方面,想象一个双主轴、双托盘立式铣床,每个工位都能够进行车削和五轴加工。

非接触式处理

该机器的核心是二极管泵浦的固态激光器,可在工件上以皮秒或飞秒为单位提供脉冲。这种“按需脉冲”技术可以调整材料的热量输入,从而降低工件过热的可能性。因此,没有张力或部分发生变形。该公司表示,该工艺非常适合由非常硬和脆的材料制成的部件。

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将高功率激光与光束分离结合使用,可以在两个工作站上同时进行加工。

虽然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可以提供不同类型的波长、激光功率或脉冲宽度不同的激光源。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。完成零件时,以较低的激光能量实现最终质量。

根据操作的不同,激光束可以指向零件的中间或切向。例如,如果要转动的部件具有固定直径,则激光束会切向地撞击材料。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。

激光在一次通过中可以车削/去除材料的深度范围取决于材料和车削过程本身。切向去除,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,范围是 0.1 微米到 10 微米(精加工到粗加工)。

加工完成后,通过操作员手动从夹紧系统中取出或将零件落入加工区域下方的容器中来处理和收集成品零件。GL.smart 配备了用于收集气溶胶和灰尘的抽吸系统,以便从机器中清除被侵蚀的材料。

“智能”能力

GFH 表示,为医疗和手表行业供货的机械车间将尤其受益于 GL.smart 的微加工能力。例如,该机器可以生产微型工具,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。

医疗微型工具

该公司表示,由于能够加工几乎任何材料,激光车床可以高速和精确地执行车削、钻孔、切割和雕刻操作。该机器还提供组合加工

微型工具

GL.smart 的功能多种多样,包括镊子和微型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 轴工件夹持站上进行并行加工,从而使生产率翻倍。

由于五轴运动,所有操作都可以在一次设置中完成。因此,无需重新装夹即可雕刻、切割、钻孔或构造工件。

空气轴承主工件主轴具有扭矩驱动,可用于索引/定位零件,并在 0.4 秒内旋转高达 3,500 rpm。以纳米为单位的径向和轴向同心度使生产具有磨削公差。该机器还提供一个力控制张力夹头系统。GL.smart 2,212 mm (L) × 1,026 mm (W) × 2,320 mm (H) 的紧凑型封装在黑色玻璃外壳中,可提供激光辐射保护。

该机器最多可配备 16 个同步轴,由其自己开发的系统 GL.control 控制。每个工位(两个工位Z轴相同;每个工位Y轴独立)可配主轴(X-和A-轴)和回转单元(X-、B-)和 C 轴)。剩余的三个轴放置在光学盒中用于光束处理。

CNC控制激光的精度

该机床的计算机数控(CNC)采用GFH开发的GL.control软件进行编程和控制,由一台单独负责数控软件的计算机和另一台负责操作软件的单元组成。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,因此可以在轴运动的整个范围内以 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:

  1. 将 3D 文件上传到机器的软件
  2. 选择要生成的所有几何图形
  3. 生成用于激光加工的 G 代码
  4. 编辑材料特定参数
  5. 上传到PLC
  6. 开始加工作业

Lendner 表示,在为要加工的新型零件设置激光车床时,它可以是简单的,也可以是更复杂的,具体取决于原材料的尺寸。“如果原材料的尺寸相同,只需更改软件设置即可创建新设计,”他说。“如果是一种新型的原材料尺寸,光学设置和夹紧系统也必须改变。” 该机器可接受直径达 12 毫米、长度达 2 m 的原材料。

构建定制机器

GFH 为 GL.smart 提供了许多附加组件和附件,帮助用户为他们的特定应用构建定制机器。选项包括用于自动化、监控和质量保证的附件。

由于机加工车间自动化的日益普及和必要性,GL.smart 增加了一个六轴机器人工件处理系统和棒料送料器。实施此选项也为熄灯加工提供了机会。

激光车床的其他选项包括作为副主轴的旋转旋转单元和短车削或长车削设计,或两者兼而有之。夹头和零件导向装置的设置决定了机器是采用短车削设计还是长车削设计。

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激光车床 GL.smart 提供 非接触式移除。这意味着即使使用非常薄和精密的组件也不会损失精度

GFH 提供以下设备作为 GL.smart 的选项,可通过 GL.control 轻松编程。

低振动激光束: GL.beam 包括从激光器到机器内加工光学器件的完整光束路径。根据制造商的低振动操作规范,将激光器安装并对准花岗岩底座。

精密夹紧系统:对于重复部件夹紧,机器可以配备 GL.clamp,一种来自Erowa的精密夹紧系统。也可应要求提供其他制造商的夹紧系统或真空夹紧装置。

监控和光束调整模式:激光系统可以通过操作模式 GL.om3 和 GL.om4 进行扩展。操作模式 3 用于过程监控,操作模式 4 用于光束调整。

扫描仪系统:对于零件的精确生产或深度雕刻,机器可以配备名为 GL.scan 的扫描仪系统。它通过两个振镜将激光束定位在工件上。

光学测量系统:光学测量系统 GL.vision 有助于在激光下定位部件,并提供具有显微镜分辨率的光学测量的可能性。

固定光学模块: GL.optifix 模块为激光钻孔、精密切割和烧蚀提供固定光学。光学元件中没有移动部件,从而将定位误差降低到轴系统的精度。

距离模块: GL.distance 模块可用于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以在加工前记录和修正。

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