百超光纤激光切割技术的新进展

文／Frank Arteaga·瑞士百超公司

在应用光纤激光技术之前，激光切割行业的革命性变化始于20世纪80年代中期，行业引进了二氧化碳激光加工设备。随着时间的推移，激光器功率在不断提高，激光切割行业也由此不断发生变化。众所周知，在同等激光功率条件下，光纤激光切割的速度能比二氧化碳激光快五倍，并且单位时间产能可提高两至四倍，相关操作成本可降低一半。

光纤激光切割是过去七年来金属加工市场推出的最具创新性和革命性的技术之一。光纤激光技术被认为是“创新性”和“革命性”变革，是因为它改变了钣金制造的整体现状，实现两倍甚至更高的生产率和一半的运营成本，成为一个真正的“游戏规则改变者”，这使得单件产品成本更低，设备产出更高，交货时间更短，潜在利润率更高，投资回报时间更短。

实时数据和智能制造

百超机器最近提升的功能之一就是通过新的OPC服务器系统实时收集和传输生产数据。机器提供实时生产数据后，这使得需要数据进行即时决定的人员和自动化系统能够做出实时决策，实现了智能化生产。

为了在制造环境中保持盈利和品质一致性，必须采取实时措施并持续改进。实时数据使自动化设备和软件系统在满足一系列特定条件的基础上可自行决策。在这些“实时”功能中，只有基于机器的互联互通及其实时交互数据的能力，才能实现“工业4.0”的一些优势。百超Observer系统收集的实时数据以及具有Web启用设备（如网络摄像机、平板电脑和智能手机）的机器的互联功能使管理人员可以实时监控生产系统（图1），而无需考虑各机器所处的位置。

图1 智能化生产可实现远程监控

设备的互联使数据能够从一个系统实时传递到另一个系统，并允许自动化系统做出曾经只有人类大脑才能做出的决策。ERP系统现在可以自动将订单分解成物料清单和机床工艺路线，自动订购原材料，自动发布工作指令到自动化工作管理系统中作业，如百超工厂管理软件Plant Manager Cutting（PMC）可以根据材料和交货期的要求，来收集、分组和优化工作。一旦工作管理系统根据利用率对材料进行了优化，就可以将订单直接发送给机床。自动上料机可以获取原材料信息并检索正确的材料，将其送到激光切割机上处理。激光切割机根据待加工材料自动设置焦点位置和更换喷嘴，自动装卸系统可以确保完成切割的材料已从工作台上移除，并且在激光切割完成加工前，为后续切割准备好新材料。

优化运动系统

随着光纤激光器不断扩展到更高的功率，光纤激光设备的一个关键应用因素是通过提高机械性能来利用更高激光功率的速度优势。改进机械性能的核心是运动系统在不妥协的情况下作出反应的能力，以适应来自更高激光功率对速度的要求，同时，即使在高速切割时改变方向，运动系统也能够保持其精度和刚度。新的ByStar Fiber光纤激光切割机采用X轴和Y轴线性驱动系统，可以消除运动系统的任何机械限制。

激光切割机实现卓越加速动力的关键之一是减小切割桥的重量，同时提高刚度。百超在新的ByStar Fiber上提供创新的三角形切割桥（图2）。三角形切割桥比方形轮廓设计的加速度增加了40%，扭转刚度提高了60%，整体轮廓重量减少了25%。

图2 百超专利三角形切割桥

应用优势

钣金制造的每个方面都受到光纤激光技术的影响，从订单输入、编程到制造以及成品运输之前的所有过程。特别是光纤激光切割比二氧化碳激光切割高出两到四倍的生产量，更容易看出上下道工序受到光纤激光切割更高生产率和产量的影响，因此，有效利用高功率光纤激光的速度优势，对所有工艺进行仔细的规划和管理，就显得尤为重要。

在利用当今的高速激光切割技术时需明确，自动化循环时间对于确保材料处理系统不与激光加工同步至关重要。对于大多数高速切割计划而言，循环时间需控制在1分钟以内，如Bystronic ByTrans扩展的自动化上下料系统（图3）的上料和下料就可以满足。为了实现最高的生产效率，考虑应用自动化系统是很有必要的，它可以自动存储原材料并处理上料和下料全过程。该系统不仅能够处理加工所需的全部原材料，或至少是大部分的常用材料，实现长时间的无人操作并维持整体加工的一致性，而ByTower储料系统还可以存储加工好的工件，都极大地提高了机床的生产效率。

图3 ByTrans扩展的自动上下料系统

在未来，光纤激光切割设备供应商向最终用户提供完整制造解决方案的能力至关重要，特别是在自动化系统或数据管理系统的支持下，其设备能够自动管理从订单输入到完成成品整个过程的供应商，将在未来得到蓬勃发展。