激光加工機(jī)床的應(yīng)用提高生產(chǎn)效率

    許多加工車間的老板、模具制造商采用新加工方法應(yīng)用激光加工機(jī)床，提高了生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量和加工的柔性化。 
一個工種  一種工具  一種工藝
    選用合適的激光加工機(jī)配置對簡化雕刻加工工藝是非常關(guān)鍵的。只有選用正確的配置，才能達(dá)到最佳的靈活性，提高質(zhì)量和速度。激光雕刻加工機(jī)可控制5根使零件靈活運轉(zhuǎn)的機(jī)械軸和2根控制激光光束的光軸。一臺激光加工機(jī)還可以包括一個由硬質(zhì)石材制成的工作臺，這種工作臺具有較高的熱穩(wěn)定性，有利于保證加工精度和重復(fù)精度；該機(jī)床還采用接觸式測量探針、觸覺式探頭和其他工具導(dǎo)軌。其激光雕刻軟件可接受.stl文件或其他用于2D和3D雕刻的通用CAD文件。保證激光的正確混合將有助于零件的特殊加工工藝，這一點是非常關(guān)鍵的。
多合一功能的激光加工機(jī)
    激光加工系統(tǒng)僅用一種工具就可完成雕刻、紋理加工、標(biāo)記打印、表面無光澤處理和光滑表面。其之所以能達(dá)到這種靈活性是由于硬件/軟件調(diào)節(jié)和光束質(zhì)量混合的結(jié)果。只需要稍微有點想象力，就能夠使應(yīng)用發(fā)揮到最大的水平。模具加工車間可以在模腔上雕刻通氣線路、帶有時間日期的插件、電極、模腔上的ID識別標(biāo)記、代碼、序列號、刻制一個瓶子、汽車零件、手機(jī)模具和其他多種用途等（見圖1）�？傊�，不管是何種硬度的材料，如洛氏硬度為32、65或更高的材料，其結(jié)果都是一樣的。雕刻加工的質(zhì)量都很高，不存在受熱影響區(qū)，在大部分情況下，不需要進(jìn)行后處理。激光加工的精度和重復(fù)精度都很高，加工速度快，刀具的走刀速度為200mm/s或更高。

圖1  微小圖形和結(jié)構(gòu)件的激光雕刻

    激光加工技術(shù)的應(yīng)用不光是為了達(dá)到某種技術(shù)目的。其所節(jié)約的費用和時間是相當(dāng)可觀的。例如，在一個面積為3in×0.4in(1in=25.4mm)的工件上雕刻25個凸起高度為0.008in的字符，采用普通的加工方法至少需要四個步驟，花費10h的時間。而激光加工機(jī)可直接在這個零件上加工，只需一個工序和2h的時間。激光還可以對雕刻表面進(jìn)行光滑化處理，在某些情況下，不需要增加工藝步驟。
    想象一下，其加工的刀具直徑只有0.10mm。這種刀具是不會磨損的。在操作過程中，應(yīng)用這種刀具加工一個零件不需要手工調(diào)節(jié)。其加工通氣線路的精度和重復(fù)精度極高，加工半徑只有0.05mm，加工深度為0.012mm。還可以使用同一把刀具切削材料，在PET瓶子的模具上雕刻圖形，從而節(jié)約了換刀時間和額外的費用。這只是激光加工機(jī)床多種功能中的其中一種（見圖2）。

圖2  模具的通氣線路采用激光微型加工，其加工半徑為0.05mm，加工深度為0.012mm

軟件的功能性
    今天的激光雕刻加工軟件，使用非常簡單，采用GUI（用戶圖像接口）裝置，其使用的術(shù)語是機(jī)械工程師所熟悉的語言。它還能夠調(diào)節(jié)激光器的設(shè)定值，控制5根機(jī)械軸，并能告訴激光器應(yīng)該雕刻加工什么，能控制很多備選件。因此可以稱得上是真正具有多功能的特性。而更先進(jìn)的軟件還能夠為模具制造商提供更多的功能，使其獲得更多的好處。
    對模具制造商而言，加工深度的控制是非常關(guān)鍵的，在激光加工過程中，采用深度控制還有其他一些好處。模具制造商不需要對工件進(jìn)行預(yù)處理，它可以按照不同的硬度自動調(diào)節(jié)，雕刻加工圖形的深度精度較好，一般可達(dá)到±0.015mm。
    在使用不同材料時，深度控制使設(shè)置更為簡單，對于可能不知道如何確切使用激光加工參數(shù)的操作人員而言，其使用更為容易。這個目標(biāo)是通過使用實時深度測量值達(dá)到的。因此，在整個激光切削、雕刻過程中，軟件能夠根據(jù)測量值進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)節(jié)。"
    深度控制軟件具有直觀性和智能性。在系統(tǒng)上增加一個觸覺式探頭或激光距離傳感器和適當(dāng)?shù)妮S控制系統(tǒng)，該軟件就能簡化工藝過程，控制整個雕刻工藝，并在極短的時間內(nèi)生產(chǎn)出一個具有最高精度和重復(fù)精度的模腔（見圖3）。

圖3  雕刻軟件為簡化雕刻工藝和深度控制提供了一個加工手段

可選用的附件
    對于要求嚴(yán)格的工具和模具加工車間而言，采用可編程X、Y工作臺和Z軸控制系統(tǒng)是完全必要的。在有限的面積內(nèi)進(jìn)行激光雕刻加工取決于其所使用的輸出透鏡。采用X、Y工作臺有利于大型零件雕刻加工面的移動，或夾持一個裝有許多零件的工裝卡具，以便精確地雕刻加工這批零件。采用由硬質(zhì)石材制成的工作臺，可以使定位精度達(dá)到±0.010mm，重復(fù)精度達(dá)到0.005 mm。在該加工系統(tǒng)上增加第4根軸和第5根軸以后，機(jī)械工程師就可以處理很多形狀不同的零件，因為在這些零件的不同表面上需要進(jìn)行雕刻加工（見圖4）。

圖4  從徑向激光雕刻加工的放大圖中，可以看到旋轉(zhuǎn)軸和觸覺式探頭

    激光雕刻加工機(jī)還配有一系列可選用的附件，這將會使任何模具制造商認(rèn)識到，凡是CNC數(shù)控機(jī)床能加工的零件，激光加工機(jī)也能做到。例如，模具或零件雕刻加工時設(shè)置定位用的接觸式測量探針、觸覺式探頭和激光距離傳感器都可以按需要提供，以保證工件的加工達(dá)到合適的深度。即使是密封罩的制造，也專門配置了易于操作的氣動和手動開啟門，很容易接近工件。
集成視頻系統(tǒng)
    現(xiàn)在還采用了集成視頻系統(tǒng)，幫助模具制造商監(jiān)控模具加工車間，對零件更加快速的調(diào)式設(shè)置和更加快速的加工，以減少浪費和降低操作成本。這樣就能夠以很低的費用和簡單工裝卡具生產(chǎn)多種帶有時間日期標(biāo)記的插件；可以在沒有掩膜的情況下對表面進(jìn)行無光澤處理；能夠在不使用影響環(huán)保的化學(xué)物質(zhì)條件下達(dá)到紋理加工的目的�？傊�可以以更高的精度和重復(fù)精度達(dá)到上述的一切目標(biāo)。
    這種精度水平并不是依靠夾具或零件的精密公差。事實上，應(yīng)用很少的夾具，甚至不用夾具就可以達(dá)到±25μm或更好的精度，以及±2μm的IMP（智能標(biāo)記定位）測量重復(fù)精度。這些精度對于某些應(yīng)用領(lǐng)域是極為關(guān)鍵的，如硬幣工業(yè)的模具生產(chǎn)、醫(yī)療器械的標(biāo)記打印、模具以及汽車按鈕的標(biāo)記打印。
    通過降低操作成本、減少浪費和提高精密的工具性能，特別是在生產(chǎn)較大批量的零件時，集成視頻系統(tǒng)可以給廠商帶來附加值。Key Plastics公司是一家汽車零件供貨商，主要為通用汽車公司、福特汽車公司和克萊斯勒汽車公司提供汽車零件。他們發(fā)現(xiàn)，采用集成視頻系統(tǒng)有很多好處。葡萄牙的Key Plastics公司的激光工藝工程師Abel Vieira先生認(rèn)為：“采用集成視頻系統(tǒng)后，與我們沒有配置IMP（智能標(biāo)記定位）的激光系統(tǒng)相比，我們的廢品率降低了90%以上。我們只采用了簡單的夾具就達(dá)到了這個目標(biāo)，而且使我們節(jié)約的附加值高達(dá)75%”（見圖5）。

圖5  帶IMP和不帶IMP時的夾具費用

激光加工的發(fā)展趨勢
    激光加工在許多工業(yè)中起著重要的作用，其中包括模具制造、工具、模具以及零件的生產(chǎn)。許多廠家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了它的多功能性、優(yōu)點以及在他們操作中節(jié)約費用的特點。這種技術(shù)可用于標(biāo)記打印、雕刻加工、鉆孔和焊接等一系列的加工。但是對于模具制造工業(yè)而言，則要求其繼續(xù)保持其競爭優(yōu)勢，不管其是否出于人口統(tǒng)計學(xué)、工藝學(xué)或市場中任何變化原因，都要求激光加工機(jī)制造商不斷地提高其產(chǎn)品質(zhì)量，緊跟形勢的發(fā)展。
    激光加工機(jī)制造商正在尋求新的方法，為模具制造商提供自動化程度更高和更加柔性的機(jī)床，以減少零件處理的工作量。不管它是通過機(jī)器人，還是增加軸或是增加復(fù)雜的主軸控制系統(tǒng)、軟件，或是通過激光技術(shù)本身，人們可以確信的是激光加工機(jī)的效率將越來越高，這將更利于降低模具的生產(chǎn)成本和提高模具的生產(chǎn)質(zhì)量。
    只有與模具制造商形成密切的合作關(guān)系，了解什么是對模具制造商最重要的，激光加工機(jī)制造商才能夠為他們?nèi)〉酶�大的成功提供關(guān)鍵的解決方案。