Обеспечить эффективную лазерную обработку возможно при решении ряда наукоемких проблем синтеза координатных систем. Эти проблемы обусловлены:
- Сложностью комплекса техникоэкономических требований к станочной системе (трудоемкости изготовления, прецизионности, автоматизации, безопасности, минимизации габаритномассовых параметров, надежности, и т. п.).
- Отсутствием формализованных методик управления точностью многоосевой станочной системы на разных стадиях жизненного цикла.
- Трудностью анализа рабочих характеристик станка в пространственной зоне технологического обслуживания.
- 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:
- Энергетическую установку как инструмент воздействия на материал – лазерный излучатель.
- Средства управления характеристиками излучения лазера.
- Координатную систему, обеспечивающую взаимную ориентацию заготовки и инструмента с требуемыми скоростными и прецизионными характеристиками в заданном объеме рабочего пространства.
- Средства управления координатной системой для решения задач траекторного формообразования.
- 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.