I. Introduction
CNC machine de découpe laser est un équipement moderne de découpe et de fabrication par faisceau laser. Il est composé d'éléments tels qu'un laser, un système CNC et une tête de découpe, qui peuvent procéder à une découpe de haute précision et de haute efficacité sur des matériaux métalliques et non métalliques.
L'apparition des machines de découpe laser CNC améliore considérablement le niveau d'automatisation et l'efficacité de la production dans les domaines de la fabrication et du traitement. Elles sont largement utilisées dans la fabrication de machines, l'aérospatiale, l'automobile, l'électronique et d'autres industries.
Notre passage présentera le principe de fonctionnement, les types et les applications dans diverses industries de machines de découpe laser CNC.
En outre, nous discuterons des tendances futures de la technologie des machines de découpe laser CNC et de la manière dont elle stimule l'innovation et le développement de la fabrication et d'autres industries connexes.
II. Comprendre les machines de découpe laser à commande numérique
Définition de la découpe laser CNC
La découpe laser CNC est une technologie de traitement thermique qui utilise un faisceau laser de haute densité pour faire fondre, vaporiser ou réagir chimiquement la pièce à usiner sous le contrôle du système CNC.
Il intègre les technologies optiques, mécaniques, électriques et informatiques, et représente l'orientation du développement de la technologie de fabrication moderne.
Fonctionnement des machines de découpe laser à commande numérique
Le processus de fonctionnement d'une machine de découpe laser CNC peut être décrit comme un faisceau laser à haute densité énergétique généré par des lasers irradiant la surface de la pièce via un système optique, ce qui chauffe, fait fondre et vaporise rapidement le matériau.
En même temps, le système CNC contrôle la tête de coupe et se déplace le long des rails prédéfinis, pour finalement former les motifs de coupe sur la pièce à usiner.
Types de machines de découpe laser CNC
En fonction des différences de type de laser et de format de traitement, les machines de découpe laser CNC peuvent être divisées en plusieurs types :
Machine de découpe laser CO2 : il adopte des lasers à gaz CO2, un grand format de traitement, adapté à la découpe de matériaux non métalliques et de parties de matériaux métalliques.
Machine de découpe laser à fibre : Il adopte un laser à fibre et dispose d'un faisceau laser de bonne qualité, d'une petite tache lumineuse et d'une grande précision de coupe, particulièrement adaptée à la coupe de matériaux métalliques.
Machine à couper les plans : l'objet à traiter est une pièce plate, comme des feuilles, des plaques, etc.
Machine à couper les tuyaux : Particulièrement adapté à la coupe de produits manufacturés tels que les tubes ronds, les tubes carrés et les tubes de forme spéciale.
Avantages par rapport aux méthodes de coupe traditionnelles
Par rapport aux méthodes de découpe traditionnelles, telles que la découpe au plasma et la découpe au chalumeau, la machine de découpe laser CNC présente les avantages suivants :
Coupe de haute qualitéLa zone affectée par la chaleur est petite, la fente de coupe est étroite et la verticalité de la surface de coupe est élevée, sans bavures, il n'est pas nécessaire de procéder en second lieu.
Traitement à haut rendementLa vitesse de coupe est rapide et l'efficacité est plusieurs fois supérieure à celle des méthodes de coupe traditionnelles.
Haute précision : la précision de la position peut atteindre ±0,05 mm sous le contrôle du système CNC, ce qui est supérieur à la découpe manuelle.
Matériaux applicables largement répandus: La machine de découpe laser CNC peut découper des matériaux métalliques et non métalliques, tels que l'acier inoxydable, l'acier au carbone, l'alliage d'aluminium, le verre organique, le bois, etc.
Fonctionnement souple : il adopte la programmation CNC, qui peut directement former des codes de coupe à partir de modèles CAO, est rapide et précis, et est facile à modifier.
Niveau automatique élevéLe processus de coupe est contrôlé par un système CNC, ce qui réduit les interventions manuelles et améliore l'efficacité de la production.
III. Composants des machines de découpe laser à commande numérique
Source laser
La ressource laser est le composant principal de la machine de découpe laser CNC, qui est utilisée pour générer des faisceaux laser de haute puissance et densité. Les lasers les plus courants sont les lasers à CO2 et les lasers à fibre.
Laser CO2Laser infrarouge : il utilise le gaz Co2 comme substance de travail et est excité par une décharge à haute tension, la longueur d'onde est de 10,6μm pour le laser infrarouge. Il est plus puissant et convient à la découpe de matériaux non métalliques et de matériaux métalliques plus épais.
Laser à fibreIl utilise une fibre dopée avec des éléments des terres rares comme support de gain et génère un laser infrarouge de 1,06μm par le biais d'une diode laser semi-conductrice de pompage. Il possède des faisceaux laser de bonne qualité et une densité d'énergie élevée, qui conviennent à la découpe des matériaux métalliques.
Contrôleur CNC
Le système CNC est le cerveau de la machine de découpe laser CNC, qui est responsable du contrôle de chaque partie des composants de la machine et de la réalisation de la découpe automatique. Il se compose principalement d'un ordinateur, d'une carte de contrôle de mouvement, d'un pilote, d'un servomoteur, etc.
Ordinateur : il est utilisé pour la programmation, le stockage de programmes de traitement, l'envoi d'instructions de contrôle, etc.
Carte de contrôle de mouvement : utilisé pour convertir les instructions de commande de l'ordinateur en signaux électriques afin de contrôler le mouvement des servomoteurs.
Conducteur : Il est utilisé pour recevoir le signal électrique de la carte de mouvement, ce qui permet de faire fonctionner le servomoteur.
Servomoteur : il est utilisé pour entraîner le mouvement de la tête de coupe et de l'établi, terminant ainsi le mouvement de coupe.
Système optique
Le système optique est utilisé pour transmettre et focaliser le faisceau laser, en concentrant l'énergie laser sur un petit point de la surface de la pièce à découper. Il se compose d'un réflecteur, d'un miroir de focalisation, etc.
RéflecteurIl est utilisé pour changer la direction de transmission du faisceau laser, en guidant le faisceau laser vers la tête de coupe.
Miroir de mise au pointLa lentille de focalisation : elle est utilisée pour focaliser le faisceau laser sur la surface de la pièce à usiner, formant ainsi un foyer à haute densité d'énergie. La longueur focale de la lentille de focalisation détermine la taille du point lumineux.
Système de maintien de la pièce
Un système de maintien de la pièce est utilisé pour fixer et soutenir la pièce à découper, afin d'en assurer la stabilité pendant le processus de découpe. Les méthodes de fixation les plus courantes sont l'adsorption par le vide et les pinces mécaniques.
Adsorption sous videLa méthode du vide : de nombreux petits trous sont ouverts sur la plate-forme de découpe et la pression atmosphérique est utilisée pour fixer fermement la pièce à la plate-forme après l'avoir mise sous vide. Cette méthode convient aux pièces en tôle fine.
Pinces mécaniquesLa méthode d'usinage par enlèvement de copeaux : elle adopte diverses pinces mécaniques, telles que l'étau, le mandrin, etc., qui peuvent fixer fermement la pièce à usiner sur la plate-forme de coupe. Cette méthode convient aux pièces de forme spéciale telles que les tuyaux et les profilés.
Système d'échappement
Le système d'échappement est utilisé pour absorber la fumée et les gaz d'échappement générés pendant le processus de coupe, afin de maintenir la zone de coupe propre et de prolonger la durée de vie de l'utilisateur. Il se compose principalement de ventilateurs, de dispositifs de filtrage, etc.
Ventilateur : il est utilisé pour générer une pression négative et absorber les fumées et les gaz d'échappement dans le conduit d'évacuation.
Dispositifs de filtrageIl est utilisé pour filtrer la fumée inhalée et les gaz d'échappement, et pour réduire la pollution de l'environnement. Le dispositif de filtrage d'usage courant comprend un filtre à haute efficacité (HEPA), un filtre à charbon actif, etc.
Lit de coupe
Un banc de coupe est utilisé pour localiser et soutenir la surface de la pièce à usiner. Il adopte généralement une structure en nid d'abeille ou en bandes pour réduire la zone de contact avec la pièce à usiner, ce qui est bénéfique pour l'émission de fumées et de gaz d'échappement. La taille de la table de découpe détermine la taille du format de traitement.
Système de gaz d'assistance
Le gaz assistant joue un rôle important dans les découpes laser CNC et remplit principalement les fonctions suivantes :
Protection du composant optique de la tête de coupe, pour éviter la pollution par les éclaboussures. Souffler la matière fondue et améliorer la qualité de la coupe.
Abaisser la température de la zone de coupe et réduire l'effet de chaleur. Empêche l'oxydation de la surface du matériau et améliore la qualité de la section.
Les gaz assistants les plus courants sont l'azote, l'oxygène, l'air, etc. Le choix du gaz dépend du type de matériau à couper.
IV. Comment utiliser une machine de découpe laser CNC
Mise en place de la machine
Tout d'abord, la tôle à découper ou les plaques tubulaires doivent être fixées sur l'établi. Cela permet d'assurer la stabilité du matériau et de préparer les procédures de base de la découpe. Dans les étapes suivantes, ouvrez la machine et utilisez l'interrupteur pour démarrer la machine de découpe laser. Dans le même temps, ouvrez le désodorisant d'échappement pour garder l'environnement de travail propre.
Chargement du fichier de conception
Commencez par un fichier de conception simple. Téléchargez votre fichier de conception préféré, importez-le dans votre logiciel de conception et préparez-le pour le traitement laser. En fonction des besoins, vous devrez peut-être travailler avec des fichiers vectoriels, des fichiers de CAO et de conception 3D, et parfois des fichiers matriciels.
Réglage des paramètres de coupe
Le réglage correct des paramètres de coupe est la clé d'une coupe précise.
Exécution du processus de découpe
Une fois le travail de préparation effectué, le système CNC peut être utilisé pour contrôler le processus de découpe de la machine de découpe au laser.
Ces étapes impliquent le fonctionnement précis de la machine, y compris, mais sans s'y limiter, le choix du matériau, le programme et la coupe.
Précautions de sécurité à prendre en compte
Respectez strictement les règles de sécurité et d'entretien lors de l'utilisation de la machine de découpe laser CNC.
Il s'agit notamment de veiller à ce que les matériaux de coupe soient maintenus en toute sécurité, d'ajuster les paramètres de l'équipement en fonction du type et de l'épaisseur du matériau et de former l'opérateur.
V. Avantages de la découpe laser CNC
| Avantages | Manifestations spécifiques |
| Haute précision et bonne qualité de coupe | -Le faisceau laser a un petit diamètre (0,1~0,2 mm), une densité d'énergie élevée après focalisation. |
| -Matériaux non métalliques : acrylique, caoutchouc, plastique, bois, cuir, papier, etc. | |
| -Coupe plate et lisse, pratiquement sans bavures, sans besoin de traitement secondaire. | |
| -Haute précision de positionnement, jusqu'à ± 0,05 mm | |
| -Peut traiter des motifs complexes et fins tels que des engrenages, du texte, des motifs, etc. | |
| Matériaux largement utilisables et grande souplesse de traitement | -Peut couper des matériaux métalliques et non métalliques |
| -Matériaux métalliques : acier au carbone, acier inoxydable, alliage d'aluminium, cuivre, titane, etc. | |
| -Le réglage de la puissance du laser, de la vitesse de coupe et d'autres paramètres permet de s'adapter à différents matériaux et épaisseurs. | |
| -Le réglage de la puissance du laser, de la vitesse de coupe et d'autres paramètres permet de s'adapter à différents matériaux et épaisseurs. | |
| -Peut réaliser des traitements spéciaux tels que la coupe oblique et la coupe irrégulière | |
| -Peut découper toutes les courbes et tous les contours complexes, avec une large plage de traitement | |
| Efficacité de production et rentabilité élevées | -Vitesse de coupe rapide, généralement de 1 à 10 m/min, jusqu'à 100 m/min |
| -Temps de serrage court, pas besoin de remplacer les outils et les fixations | |
| -Utilisation d'un logiciel CAD/CAM, programmation simple et rapide | |
| -Haut degré d'automatisation, contrôle automatique par le système CNC, réduisant l'intervention manuelle | |
| -Un rapport coût-efficacité global supérieur aux méthodes de coupe traditionnelles |
VI. Limites et défis des machines de découpe laser à commande numérique
| Limites et défis | Performances spécifiques | Solution |
| Limite d'épaisseur du matériau | - Machine de découpe laser CO2 : | -Utilisation d'autres méthodes telles que le découpage au plasma ou l'oxycoupage |
| 0,5-25 mm acier au carbone | ||
| Acier inoxydable 0,5-12 mm | ||
| Alliage d'aluminium de 0,5-6 mm | ||
| - Machine de découpe laser à fibre : | ||
| 0,5-20 mm acier au carbone | ||
| Acier inoxydable de 0,5 à 10 mm | ||
| Alliage d'aluminium de 0,5 à 8 mm | ||
| - Lorsque l'épaisseur augmente, l'efficacité et la qualité diminuent. | ||
| Problèmes de compatibilité des matériaux | - Matériaux à forte réflectance (aluminium, cuivre, laiton, etc.) : faible efficacité de coupe, mauvaise qualité de coupe. | - Utilisation d'un gaz d'assistance spécialisé. - Réglage des paramètres du laser. -Application d'un revêtement absorbant sur la surface du matériau. |
| - Matériaux facilement oxydables (alliages de titane, etc.) : susceptibles de former un film d'oxyde, ce qui affecte la qualité de la coupe. | ||
| - Matériaux transparents ou semi-transparents (acrylique, verre, etc.) : le faisceau laser pénètre facilement, il est difficile de former des coupes. | ||
| - Matériaux composites renforcés de fibres (fibres de carbone, fibres de verre, etc.) : sujets à la déformation et à la délamination pendant le processus de coupe, ce qui entraîne une mauvaise qualité de coupe. | ||
| Exigences élevées en matière d'entretien | - Le laser a une durée de vie limitée (CO2 : 2000-4000 heures, Fibre : 50 000 heures ou plus). | - Doté d'un personnel d'entretien professionnel - Effectuer une maintenance préventive régulière - Remplacement en temps utile des pièces d'usure |
| - La lentille de mise au point est sujette à la contamination et doit être nettoyée et remplacée régulièrement. | ||
| - Les guides de la plate-forme de coupe et les composants de la transmission doivent être régulièrement lubrifiés et calibrés. | ||
| - Le système de gaz auxiliaire et le système d'échappement doivent être inspectés et entretenus régulièrement. | ||
| Coût d'investissement initial élevé | -Le prix d'une machine de découpe laser est élevé (de quelques dizaines de milliers à plusieurs millions de RMB). | -À long terme, une grande efficacité, une qualité élevée et de faibles coûts d'exploitation peuvent compenser l'investissement initial. |
| -Il nécessite des équipements auxiliaires tels qu'un compresseur d'air, un refroidisseur et un système d'échappement. | ||
| - Matériaux composites renforcés de fibres (fibres de carbone, fibres de verre, etc.) : sujets à la déformation et à la délamination pendant le processus de coupe, ce qui entraîne une mauvaise qualité de coupe. |
VII. Conclusion
La machine de découpe laser CNC est un équipement essentiel dans la fabrication moderne, qui permet d'améliorer l'efficacité de la production, de garantir la qualité des produits et de parvenir à une fabrication intelligente.
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