Устройство лазерных станков для резки труб. Часть 3

Механизмы крепления и вращения заготовки

Надежное закрепление и правильное позиционирование трубы — необходимое условие качественной резки. В лазерных труборезах применяются специальные механизмы для зажима труб различных сечений, обеспечивающие центровку и устойчивость заготовки во время работы. Рассмотрим, как организовано крепление заготовок и с какими нюансами сталкиваются технологи.

Основной узел крепления — патрон. Как уже отмечалось, станки оснащены передним ведущим патроном (шпинделем) и задним патроном. Передний патрон выполняет две функции: зажимает трубу и вращает ее. Конструкция его аналогична токарному 3-кулачковому патрону, но обычно шире, чтобы охватить диапазон диаметров, и с более длинным ходом кулачков (для квадратных и круглых профилей). В современных станках патроны автоматические: привод (гидравлический, пневматический или электрический) сжимает кулачки с нужным усилием по команде ЧПУ. Оператору достаточно задвинуть трубу до упора и нажать на пульте «Зажим» — дальше автоматика все сделает. Автопатрон экономит время и обеспечивает повторяемое усилие зажима (то есть трубы не проскальзывают, но и не сплющиваются от чрезмерного сжатия).

Центрование и базирование. Правильное центрование — это когда ось трубы совпадает с осью вращения патрона. У самоцентрирующегося патрона кулачки движутся синхронно, что автоматически выравнивает центр круглой или многоугольной заготовки. Для квадратных и прямоугольных труб обычно используются кулачки со специальным профилем — с прямыми зажимными поверхностями, сходящимися под 90°, чтобы ровно зажать грань. Иногда применяют накладки на кулачки из мягкого металла, подточенные под профиль конкретной трубы для идеального охвата без люфта.

Поддержка от провисания. Если труба длинная и тонкостенная, при разжиме патрона (после завершения резки) или даже в зажатом состоянии она может прогибаться. Чтобы этого не произошло, используются опорные стойки или ролики. Обычно на станине устанавливают несколько пар роликовых опор, которые можно выставить под диаметр трубы. Эти ролики свободно крутятся и поддерживают трубу, когда она вращается. В автоматизированных станках опоры могут регулироваться по высоте автоматически. Также могут быть подвижные опоры, которые «ездят» под трубой, следуя за зоной реза — это делается, чтобы не мешать лучу: опора отъезжает, когда головка режет в ее области, а затем возвращается, когда рез вдали.

Для очень длинных труб, которые выходят за габариты станка, применяют внешние конвейеры-подачи с роликами, но это в специфических случаях (например, при обработке 12-метровых труб на станке с 6-метровой станиной трубу подают поэтапно). 

Быстрозажимные устройства. В некоторых станках, ориентированных на частую смену диаметра заготовок, реализованы патроны с быстросменными вставками. То есть основные кулачки имеют съемные накладки под конкретный профиль — скажем, одну пару для круглых Ø50-100 мм, другую для квадратных 40-80 мм и т.п. Меняя эти накладки, можно быстро перенастроить патрон под новый диапазон сечений. Это ускоряет переналадку, хотя диапазон самого патрона и так довольно широк.

Учет тепловых деформаций. При интенсивной резке труба может нагреваться локально и чуть деформироваться. Если, к примеру, вырезается много отверстий подряд, трубу может «повести». Патрон удерживает ее концы, но середина может слегка уйти. Чтобы минимизировать такой эффект, большие узоры режут с разных сторон поочередно — вращая трубу, чтобы не концентрировать тепло в одной линии. Также иногда специально отпускают зажим после определенных операций, дают трубе остыть и заново зажимают, этим может управлять программа. Впрочем, на большинстве материалов (сталь, нержавейка) деформации от лазера минимальны, так как зона нагрева узкая и тепло быстро уходит по металлу.

Вращение и позиционирование угла. Патрон должен обеспечивать ровное вращение с заданной скоростью и точной остановкой на нужных углах. Серводвигатель с энкодером отслеживает угол с высокой точностью. Это позволяет, например, вырезать квадратные отверстия на разных гранях профильной трубы строго напротив друг друга. ЧПУ поворачивает трубу на 90° +/- микродоли градуса — отверстия совпадают идеально, когда смотришь сквозь трубу.

Для контроля зачастую используется принцип: после зажима труба проверяется датчиком или камерой, определяя текущий угол грани, особенно актуально для квадратных/прямоугольных. Некоторые станки оснащены лазерным дальномером или камерой, смотрящей на грань трубы при первоначальном зажатии: система определяет, выровнена ли грань горизонтально, и, если нет — довернет патрон на пару градусов для идеального базирования. Это важно, чтобы при вращении на 90° грань действительно оказалась там, где ожидается.

Примеры сложных креплений. Резка уголка или швеллера (незамкнутый профиль) — задача более сложная, потому что обычный патрон зажимает круглое или симметричное сечение. Для уголков иногда используют специальные приспособления или вкладыши в кулачки, чтобы обхватить профиль без его деформации. Тяжелые толстостенные трубы. Когда труба очень тяжелая, особенно если выступает длиной за патрон, создается большая нагрузка на зажим. В таких случаях задний патрон обязателен, иначе трубу может вырвать из переднего. Для очень массивных труб применяют и дополнительные страховочные фиксаторы.

В заключение, правильное крепление — это то, что скрыто от глаз конечного наблюдателя, но без него лазерная резка труб невозможна. Современные лазерные комплексы делают это автоматически и с высокой точностью, позволяя оператору практически не вмешиваться. Достаточно правильно выставить параметры зажима под конкретный материал, и система сама центрирует и удержит трубу в оптимальном положении. Этим достигается неизменно высокое качество резки по всей длине и периметру заготовки.