Технологический синтез многоосевого станка для лазерной обработки

Обеспечить эффективную лазерную обработку возможно при решении ряда наукоемких проблем синтеза координатных систем. Эти проблемы обусловлены:

  1. Сложностью комплекса технико­экономических требований к станочной системе (трудоемкости изготовления, прецизионности, автоматизации, безопасности, минимизации габаритно­массовых параметров, надежности,  и т. п.).
  2. Отсутствием формализованных методик управления точностью многоосевой станочной системы на разных стадиях жизненного цикла.
  3. Трудностью анализа рабочих характеристик станка в пространственной зоне технологического обслуживания.
  4. Неявной связью точности обработки с точностью станка.

Технологический синтез лазерных станочных систем предполагает решение триады инженерных задач «синтез­анализ», который связывает проект с будущей эксплуатацией системы. Это задачи:

  • идентификации (проектно­конструктивный синтез геометрического образа станка по исходным условиям технического задания (ТЗ));
  • верификации  (установление соответствия конструкции требованиям ТЗ);
  • валидации (технологическое обоснование эффективной работы оборудования в заданных производственных условиях и ограничениях).

В результате связь с внешней средой технических возможностей станка реализуется  дважды: на проектной стадии через техническое задание на разработку станка и на завершающей стадии при сдаче  в эксплуатацию. При этом проектное ТЗ является общим требованием к технологии и средствам ее реализации. Это ведет к необходимости постоянной доработки серийных станочных конструкций для оптимального решения конкретной технологической задачи.

Современное оборудование, реализующее лазерные  обрабатывающие технологии, включает большое число узлов и модулей:

  1. Энергетическую установку как инструмент воздействия на материал – лазерный излучатель.
  2. Средства управления характеристиками излучения лазера.
  3. Координатную систему, обеспечивающую взаимную ориентацию заготовки и инструмента с требуемыми скоростными и прецизионными характеристиками в заданном объеме рабочего пространства.
  4. Средства управления координатной системой для решения задач траекторного формообразования.
  5. Системы и модули, обеспечивающие комплексную работоспособность и совместимость всех средств технологического оснащения с системой управления.

Кроме того, система, поддерживающая многокоординатную обработку, должна иметь функцию одновременной интерполяционной связи приводов линейных и поворотных осей станка. Это осуществляется за счет мехатронизации приводов и применения высокоуровневой системы управления. Таким образом, в единой станочной конструкции объединены подсистемы и модули всех уровней, а управление обработкой осуществляется через интегрированную программную оболочку.

Технико­экономическими проектными критериями многоосевого станка являются его точность, жесткость, устойчивость, управляемость, габаритно­массовые параметры, занимаемая площадь, энергетические и кинетические характеристики, автоматизация и безопасность. Уровень и пределы изменения важнейших рабочих характеристик станка должны быть определены во всех зонах технологического обслуживания (рабочем поле, РП) при перемещениях узлов в крайние положения. Кроме этого, заказчик задает параметры рабочего пространства, которые реализуются величинами ходов по линейным осям и углами поворота по вращательным осям. Баланс и функциональная гармонизация характеристик станка достигается оптимальным конструированием с позиций интегрального обеспечения прецизионности, производительности, энергоэффективности и минимальной ресурсоемкости. Составляющие процесса технологического синтеза лазерных систем  обработки  нового поколения показаны  на рис. 1.

 height=242