レーザー技術が旋削工具に変わる
このビデオでは、レーザー加工の仕組みを説明しています。クレジット:GFH GmbH
精密機械加工業界では、レーザーは部品のマーキングと彫刻を超えて重要な役割を果たしていませんが、主に医療用途でチューブ材料を切断するためにスイス型旋盤に追加されています.レーザーは、小さな穴を作成したり、これらの機械でカニューレを挿入したストックにスロット、らせん、らせん形状、未亡人、その他の複雑な形状を生成したりするのに役立ちました.
現在、新しい技術は、レーザーを切削工具として使用して、固体の棒材から部品を「回転」させます。ドイツの会社である GFH GmbH によって開発されたこのプロセスは、従来の旋削工具よりも少ないエネルギーを使用しながら、超短レーザー パルスで材料を蒸発させる非接触レーザーで従来の旋削工具を置き換えます。ドイツの GFH を通じて米国の顧客が利用できる GL.smart 高速精密旋盤は、マイクロマシニングに特に有用であり、従来の旋削プロセスの実装では繊細で機械加工が難しいことが多い小型で複雑な部品の高精度を可能にします。
「非接触材料除去のおかげで、機械加工プロセス全体を通してワークピースは力や変形を受けません」と GFH の CEO、Florian Lendner 氏は説明します。 「これは、非常に薄くデリケートなコンポーネントであっても、精度が失われないことを意味します。」
また、マシンは 1 つのレーザー ソースからのビームを分割し、それを 2 つの別個のヘッドに供給するため、一度に 2 つの部品を切削、ドリル、彫刻するだけでなく、旋削することもできます。構造的には、各ステーションで旋削と 5 軸加工が可能な、2 スピンドル、2 パレットの立形フライス盤を想像してください。
非接触処理
機械の心臓部は、ワークピースにピコ秒またはフェムト秒単位でパルスを供給する、ダイオード励起の固体レーザーです。この「パルスオンデマンド」技術により、材料への入熱を調整できるため、ワークピースが過熱する可能性が低くなります。その結果、緊張もパートもなし
ビーム分割と組み合わせた高出力レーザーの使用により、2 つのステーションでの同時処理が可能になります。写真提供:GFH GmbH
変形が発生します。同社によると、このプロセスは、非常に硬くて脆い材料の両方で作られたコンポーネントに適しています。
ダイオード励起レーザーは GL.smart の標準レーザーですが、顧客のニーズに応じて、GFH は波長、レーザー出力、またはパルス幅が異なるさまざまな種類のレーザー光源を提供できます。これらの超高速および超短レーザー パルスを使用して、可能な限り多くの材料を粗削りで除去します。パーツを仕上げるとき、最終的な品質はより低いレーザー エネルギーで達成されます。
レーザービームは、操作に応じて、部品の中央または接線方向に向けることができます。たとえば、部品の回転する直径が固定されている場合、レーザー ビームは材料に接線方向に当たります。ただし、穴など、特定の領域のみが直径全体にわたって機械加工されている場合、レーザー ビームは材料の中間点に当たります。
レーザーが 1 回のパスで回転/除去できる材料の深さの範囲は、材料と回転プロセス自体によって異なります。接線除去では、仕上げから荒加工までの範囲は 1 ミクロンから 200 ミクロンであり、レーザー ビームが中央に向けられている場合、範囲は 0.1 ミクロンから 10 ミクロン (仕上げから荒加工) です。
機械加工後、完成した部品は、オペレータがクランプシステムから手動で取り出すか、機械加工領域の下のコンテナに部品を落とすことによって処理および収集されます。侵食された材料を機械から除去するために、GL.smart にはエアロゾルとほこりを収集するための吸引システムが装備されています。
「スマート」機能
GFH によると、医療および時計産業に製品を供給する機械工場は、GL.smart の微細加工機能から特に恩恵を受けるでしょう。たとえば、この機械は、ピンセット、マイクロブレード、インプラントなどのマイクロツールや、時計仕掛けに取り付けられたピボットを製造できると、同社は述べています。
事実上あらゆる材料を機械加工する能力を備えたレーザー旋削機は、旋削、穴あけ、切断、および彫刻操作を高速かつ正確に実行します、と同社は言います。コンビネーション加工も可能
GL.smart の機能は多様で、ピンセットやマイクロブレードなどの医療用マイクロツールから、時計仕掛けに取り付けられたピボットまで多岐にわたります。
同時に 2 つの C 軸ワーク保持ステーションで並行処理を行うことで、生産性を 2 倍にします。
5軸移動のため、1回のセットアップですべての操作を実行できます。したがって、工作物は再クランプなしで彫刻、切断、穴あけ、または構造化することができます。
エアベアリングのメイン ワーク スピンドルはトルク ドライブを備えており、パーツのインデックス/位置決めに使用でき、0.4 秒で最大 3,500 rpm で回転します。ナノメートル単位の半径方向および軸方向の同心度により、研削公差のある生産が可能になります。このマシンは、力制御のテンション コレット システムも備えています。 2,212 mm (L) × 1,026 mm (W) × 2,320 mm (H) の GL.smart のコンパクトなフットプリントは、レーザー放射からの保護を提供する黒いガラス ハウジングに含まれています。
このマシンは、独自に開発されたシステム GL.control によって制御される、最大 16 の同時軸で利用できます。各作業ステーション (Z 軸は両方の作業ステーションで同じ、Y 軸は各作業ステーションで別々) には、主軸 (X 軸と A 軸) と回転ユニット (X 軸、B 軸) を装備できます。および C 軸)。残りの 3 つの軸は、ビーム操作のために光学ボックスに配置されます。
CNC がレーザーの精度を制御
GFH が開発した GL.control ソフトウェアを使用してプログラムおよび制御されるマシンのコンピューター数値制御 (CNC) は、数値制御ソフトウェアのみを担当する 1 台のコンピューターと、オペレーティング ソフトウェアを担当する別のユニットで構成されます。 CNC は、CAD/CAM 機能とそのすべてのサブシステムを統合します。 GL.smart の高速プログラマブル ロジック コントローラー (PLC) は、レーザー加工用に設計されており、レーザー制御へのリアルタイム アクセスを提供するため、軸の移動範囲全体で 40 ナノメートルの精度でレーザーをオンにできます。
パーツの切削 CAD/CAM プログラムを作成するプロセスには、次のものが含まれます。
<オール>Lendner 氏によると、新しいタイプの部品を加工するためにレーザー旋盤をセットアップする場合、原材料のサイズに応じて、単純な場合もあれば、やや複雑な場合もあります。 「原材料が同じサイズであれば、ソフトウェアの設定を変更するだけで新しいデザインを作成できます」と彼は言います。 「新しいタイプの原料サイズであれば、光学系のセットアップとクランプ システムも変更する必要があります。」この機械は、最大直径 12 mm、長さ 2 m までの原材料を受け入れます。
カスタム マシンの構築
GFH は、GL.smart 用の多数のアドオンとアクセサリを提供しており、ユーザーが特定のアプリケーション用にカスタム マシンを構築するのに役立ちます。オプションには、自動化、監視、および品質保証のためのアクセサリが含まれます。
GL.smart が提供するレーザー旋盤<強い> 非接触除去。これは、非常に薄くデリケートなコンポーネントでも精度が失われないことを意味します。
マシン ショップの自動化の人気が高まっており、多くの場合必要とされているため、GL.smart 用の 6 軸ロボット ワーク ハンドリング システムとバー フィーダーを追加することができます。このオプションを実装すると、完全自動加工の機会も提供されます。
レーザー旋盤のその他のオプションには、対向主軸としての回転スイベル ユニットと、短いまたは長い旋削設計、またはその両方が含まれます。コレットと部品ガイドのセットアップによって、機械の旋削設計が短いか長いかが決まります。
GFH は、GL.control を介して簡単にプログラムできる GL.smart のオプションとして、次の機器を提供しています。
低振動レーザービーム: GL.beam には、レーザーから機械内のプロセス光学系までの完全なビーム経路が含まれます。レーザーは、低振動動作に関するメーカーの仕様に従って、花崗岩のベースに取り付けられ、調整されています。
精密クランプ システム: 部品を繰り返しクランプする場合、機械にはエロワの精密クランプシステムである GL.clamp を装備できます。ご要望に応じて、他のメーカーのクランプ システムや真空クランプ装置もご利用いただけます。
モニタリングとビーム調整モード: レーザー システムは、オペレーティング モード GL.om3 および GL.om4 によって拡張できます。動作モード 3 はプロセス監視に使用され、動作モード 4 はビーム調整に使用されます。
スキャナー システム: 部品の正確な生産や深い彫刻のために、機械にはGL.scanと呼ばれるスキャナーシステムを装備することができます。 2 つのガルボ ミラーを介してワークピースにレーザー ビームを配置します。
光学測定システム: 光学測定システム GL.vision は、レーザー下でのコンポーネントの位置決めを容易にし、顕微鏡の解像度での光学測定の可能性も提供します。
固定光学モジュール: GL.optifix モジュールは、レーザー穴あけ、精密切断、アブレーション用の固定光学系を提供します。光学系には可動コンポーネントがないため、位置決め誤差が軸システムの精度まで減少します。
距離モジュール: GL.distance モジュールは、マイクロ穴あけおよび精密切断の最高精度要件に対応しています。コンポーネント表面の偏差と公差を記録して、加工前に修正できます。
GFH GmbH | gfh-gmbh.de/en/
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