CC BY
31
УДК 004.356
ПРИМЕНЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ЛАЗЕРНОЙ РЕЗКИ
ДЛЯ РАЗРАБОТКИ РОБОТИЗИРОВАННОГО СТЕНДА СГУГИТ
Артём Андреевич Шарапов
Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, аспирант кафедры картографии и геоинформатики, тел. (953)785-54-99, e-mail: sharapov_artem@mail.ru
Анна Александровна Селютина
Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, студент, тел. (913)206-08-10, e-mail: anyaselyutina@mail.ru
Инна Евгеньевна Рудова
Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, студент, тел. (913)795-26-56, e-mail: guyq_97@inbox.ru
В представленной статье рассмотрена возможность использования и применения лазерных технологий. Представлен принцип работы лазерного станка. Приведен список различных материалов, для резки на лазерном станке. Описаны преимущества лазерной резки перед другими видами резки. Рассмотрена возможность применения технологии лазерной резки для разработки роботизированного стенда. Поставлен и выполнен эксперимент.
Ключевые слова: лазер, лазерная резка, лазерный станок, роботизированный стенд, СГУГиТ, лазерный луч, t-flex, 2D-чертеж, 3D-модель, макет.
THE USE OF LASER CUTTING TECHNOLOGY TO DEVELOP ROBOTOTEKHNIKA STAND SSUGT
Artem A. Sharapov
Siberian State University of Geosystems and Technologies, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., graduate student of the Department of Cartography and Geoinformatics, tel. (953)785-54-99, e-mail: sharapov_artem@mail.ru
Anna A. Selyutina
Siberian State University of Geosystems and Technologies, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., student, tel. (913)206-08-10, e-mail: anyaselyutina@mail.ru
Inna E. Rudova
Siberian State University of Geosystems and Technologies, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., student, tel. (913)795-26-56, e-mail: guyq_97@inbox.ru
The paper presents the possibility of using and application of laser technologies. The operating principle of the laser machine. The following list is the various materials for cutting on a laser machine. Describes the advantages of laser cutting over other types of cutting. The possibility of applying laser cutting technology to develop robototekhnika stand. Set and executed the experiment.
Key words: laser, laser cutting, laser machine, robototechnic stand, SSGA, the laser beam, t-flex, 2D-drawing, 3D-model, layout.
В настоящее время в мире распространена технология лазерной резки.
Существует несколько видов резки листовых материалов, самым популярным из которых является лазерная резка. Станки для лазерной резки, цена на которые довольно высокая, применяются на крупных производственных заводах, занимающихся точной обработкой поверхностей металлов самого различного вида. Лазерная резка считается высокотехнологичным методом, широко распространенным в промышленности, строительстве и пр. Принцип ее основан на способности лазерного луча нагревать и расплавлять обрабатываемый материал. Целью данной работы является изучение технологии лазерной резки и возможности дальнейшего ее применения.
Лазерная резка - это передовая технология раскроя листовых материалов, основанная на использовании в качестве инструмента сфокусированного лазерного луча регулируемой мощности. Это автоматизированный способ обработки металлических и некоторых неметаллических материалов испарением материала в месте резки. Применяется для получения заготовок, создания отверстий.
Под лазерной резкой понимают технологию резки и раскроя материалов, которая использует лазер высокой мощности. Траекторию лазерного луча, задают компьютером. Работает лазер на принципе обеспечения высокой концентрации энергии, которая позволяет разрезать практически любые материалы независимо от их теплофизических свойств, такие как фанера, металл, стекло и др. В процессе резки, под воздействием лазерного луча материал разрезаемого участка плавится, возгорается, испаряется. При этом можно получить узкие ре-зы с минимальной зоной термического влияния [1]. Лазерная резка отличается отсутствием механического воздействия на обрабатываемый материал, возникают минимальные деформации, как временные в процессе резки, так и остаточные после полного остывания. Вследствие этого лазерную резку, даже лег-кодеформируемых и нежестких заготовок и деталей, можно осуществлять с высокой степенью точности. Благодаря большой мощности лазерного излучения обеспечивается высокая производительность процесса в сочетании с высоким качеством поверхностей реза. Легкое и сравнительно простое управление лазерным излучением позволяет осуществлять лазерную резку по сложному контуру плоских и объемных деталей и заготовок с высокой степенью автоматизации процесса [3].
Существует большое разнообразие материалов, для резки на лазерном станке, такие как: акрил (оргстекло), полиэфирное стекло, керамика, зеркальные и фольгированные пластики, фанера, дерево, кожа, бумага, ткани. Качество резки зависит от толщины материала и от мощности подаваемого лазера. Для разрезания металлов в основном требуется мощность лазера от 450-500 Вт и выше, для цветных металлов - от 1кВт и выше [2].
Преимущества лазерной резки перед другими видами резки (штамповка, плазменная резка, механическая обработка):
1. Минимум деформации и повреждения материала из-за отсутствия механического контакта с обрабатываемой деталью;
2. Возможность раскроя почти любого листового материала независимо от его теплофизических свойств;
3. Высокая производительность за счет большой мощности лазерного излучения;
4. Возможность получения минимальной ширины реза (от 0,2 мм);
5. Возможность изготовления минимальных партий деталей;
6. Компьютерная подготовка рабочих программ;
7. Раскрой материала по сложным контурам.
На базе центра инжиниринга и робототехники СГУГиТ была поставлена задача создания робототизированного стенда СГУГиТ при помощи данной технологии. Поэтапно распланировав процесс разработки, изначально были выбраны определенные размеры стенда и всех его комплектующих. Затем составлены чертежи, исходя из заданных нами размеров робототизированного стенда и размеров самой фанеры.
После того, как были готовы рисунки, необходимо было перенести их в программу t-flex, в виде 3D модели, чтобы наглядно представить разрабатываемый стенд. T-FLEX CAD - система проектирования, обладающая всеми современными средствами разработки проектов любой сложности, объединяющая в себе мощные параметрические возможности 2D и 3D-моделирования со средствами создания и оформления чертежей и конструкторской документации [4]. Изначально был создан 2D чертеж, одной детали (стены здания) в соответствии с заданными размерами, относительно 1см = 10мм (рис. 1).
РП
"ЕаепВББе-ЕпББае-□□□□□□□□□□□□□□
БББ БББПБ ББББ
Рис. 1. 2D-чертеж стены здания
Следующим шагом была применена функция выталкивания (4 мм, так как толщина фанеры именно 4 мм), тем самым преобразовав данный чертеж детали в 3D модель (рис. 2).
Рис. 2. 3D-модель стены
Далее были проделаны аналогичные операции с остальными деталями здания, то есть создан 2D чертеж, применена операция выталкивания и получены части проектируемого здания по отдельности. В дальнейшем необходимо было сделать сборку деталей. Изначально, для сборки были сделаны пазы, с учётом того, что толщина фанеры 4 мм (рис. 3, 4).
Рис. 3. Сборка 3D-деталей
Рис. 4. Сборка 3D-деталей
После проделанных действий, с помощью функции 3D Сборки, добавляя по одному 3D фрагменту и выравнивая детали по осям, была выполнена сборка модели (рис. 5, 6).
Рис. 5. 3D-модель общежития № 1
Рис. 6. Модель главного корпуса СГУГиТ
Далее были проделаны такие же действия с остальными зданиями и корпусами. В итоге были созданы все составляющие макета. Конечный вид робото-тизированного стенда СГУГиТ главного корпуса можно увидеть на рис. 7.
Рис. 7. Итоговый вид главного корпуса
Затем экспортировали все подготовленные чертежи в формат .dfx, для лазерного станка. Далее были вырезаны все нужные детали из фанеры для стенда. Стоит отметить, что лазерная резка фанеры обуславливается точечным воздействием луча на поверхность, то есть выполняется бесконтактным способом и исключает возникновение отходов при этом.
После того, как были получены все детали, для сборки макета, необходимо было их скрепить, и с пазами это было сделать наиболее быстрее и надежнее.
Данный макет будет использоваться в прототипе мультиагентной системы (МАС) определения и контроля пространственно-временного состояния техногенных объектов.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Григорьянц А. Г. Основы лазерной обработки материалов, 1989.-304 с.
2. Григорьянц А. Г., Соколов А. А. Лазерная резка металлов. - Высшая школа, 1988. -
127 с.
3. Ковалев О.Б., Фомин В.М. Физические основы лазерной резки. - М. : Физматлит, 2013. -255 с.
4. Протасова С. В., Максимов С. В. T-FLEX CAD начальный курс, 2011. - 215 с.
5. Топ Системы, Основы T-Flex CAD. Двухмерное проектирование и черчение, 2011. -
59 с.
© А. А. Шарапов, А. А. Селютина, И. Е. Рудова, 2017
