Sự giãn nở nhiệt của chùm tia nhôm: Tác dụng của nó đối với các biện pháp cải tiến và độ chính xác của máy cắt Laser

Phần 01 Thử thách mở rộng chùm nhôm trong máy cắt Laser

Máy cắt laser thường kết hợp giường thép và dầm nhôm. Thép mang lại sự ổn định, trong khi độ nhẹ của nhôm hỗ trợ hoạt động ở tốc độ cao. Bất chấp những lợi ích, hỗn hợp này có thể làm giảm độ chính xác của máy do tốc độ giãn nở khác nhau khi thay đổi nhiệt độ.

1.1 Giữ dầm và đường ray đồng bộ

Dầm nhôm di chuyển đầu cắt của máy và được gắn vào ray và giá đỡ bằng thép. Những kim loại này giãn nở khác nhau khi nhiệt độ thay đổi. Ở Trung Quốc, với nhiệt độ dao động từ ngày sang đêm là 10°C, một chùm tia dài 2 mét có thể nhìn thấy sự khác biệt 0,2 mm. Theo thời gian, điều này có thể làm lỏng các bu lông, căn chỉnh sai đường ray và ảnh hưởng đến độ chính xác của máy.

1.2 Duy trì sự thẳng hàng của dầm và giường

Dầm cũng phải thẳng hàng với bệ thép để chuyển động trục Y chính xác. Với sự thay đổi nhiệt độ đáng kể, các kim loại có thể giãn nở hoặc co lại khác nhau. Điều này có thể làm lỏng các bu lông và đặt sai vị trí các bộ phận, ảnh hưởng đến sự căn chỉnh của động cơ truyền động và làm giảm tuổi thọ của bánh răng.

Tóm lại, sự thay đổi nhiệt độ không đổi có thể làm lỏng các bu lông và dịch chuyển các bộ phận bằng thép-nhôm. Điều này ảnh hưởng đến độ chính xác và an toàn của máy. Mặc dù lợi ích của nhôm là rõ ràng nhưng tốc độ giãn nở cao hơn so với thép có thể đặt ra những thách thức đối với độ chính xác khi vận hành.

Các vấn đề phát sinh theo thời gian Thông thường, tác động của sự giãn nở nhiệt đến độ chính xác xuất hiện chậm. Nhưng nếu máy di chuyển sang vùng khí hậu khác, sự thay đổi có thể xảy ra đột ngột và đáng kể. Với chùm tia dài hơn, hiệu quả về độ chính xác thậm chí còn rõ rệt hơn.

Trong khi tận dụng các lợi ích của nhôm để cắt tốc độ cao, điều cần thiết là phải giải quyết các đặc tính giãn nở của nó. Trước đây, vì máy cắt laser còn mới nên độ chính xác ít được quan tâm hơn. Tuy nhiên, khi nhu cầu về độ chính xác tăng lên, nhu cầu giải quyết sự giãn nở của nhôm ngày càng trở nên cấp thiết hơn. Một số nhà sản xuất đã chuyển sang dùng dầm thép để tránh những vấn đề này, hy sinh những lợi ích của nhôm. Để duy trì độ chính xác, điều quan trọng là phải tìm ra giải pháp quản lý sự giãn nở nhiệt của nhôm.

Phần 02 Chiến lược cải tiến

Các kỹ sư cơ khí nhận ra những thách thức khi sử dụng các vật liệu có tốc độ giãn nở nhiệt khác nhau cùng nhau. Để khắc phục điều này ở máy cắt laze, chúng tôi đã phát triển các chiến lược khi những vật liệu này phải cùng tồn tại. Một cách tiếp cận phổ biến là 'phương pháp bù', nhưng cách này không hiệu quả đối với dầm nhôm mà chúng ta đang thảo luận.

Tôi tin rằng có một giải pháp ngăn chặn sự giãn nở của chùm nhôm ảnh hưởng đến độ chính xác của máy. Lấy cảm hứng từ các chiến thuật cách ly được sử dụng trong đại dịch COVID-19, chúng tôi có thể áp dụng cách tiếp cận tương tự cho máy móc của mình. Vì không thể thay đổi các đặc tính vốn có của nhôm nên chúng tôi đã thiết kế một cấu trúc để cách ly sự giãn nở của chùm tia khỏi các bộ phận thiết bị quan trọng, nhờ đó duy trì độ chính xác khi vận hành. Chúng tôi gọi đây là 'Phương pháp cách ly.'

2.1 Áp dụng cấu trúc cô lập

2.1.1 Đối với dầm, ray và giá đỡ: Chúng tôi đã thay đổi cách gắn ray và giá đỡ truyền thống vào dầm nhôm. Bây giờ, trước tiên chúng tôi tạo các khe lắp đặt trên dầm, chèn các dải thép đã được xử lý trước và cố định chúng bằng bu lông. Sau đó, đường ray và giá đỡ được gắn trên các dải này để duy trì độ chính xác.

2.1.2 Để căn chỉnh dầm và giường: Thay vì sử dụng các tấm kết nối ban đầu của dầm, chúng tôi đã chuyển sang sử dụng các tấm thép riêng biệt được thiết kế cho mục đích này. Những tấm mới này được cố định vào cấu trúc của máy và được điều chỉnh để đạt độ chính xác trong quá trình lắp ráp.

2.2 Cấu trúc cách ly hoạt động như thế nào

2.2.1 Khi các vật liệu có tốc độ giãn nở khác nhau được ép lại với nhau, chúng có thể di chuyển ngược chiều nhau khi nhiệt độ thay đổi. Chuyển động này có thể ảnh hưởng đến độ chính xác của máy.

2.2.2 Với cấu trúc cách ly của chúng tôi, mọi sự giãn nở nhiệt đều được hấp thụ ở giao diện được thêm vào (tham khảo sơ đồ). Vật liệu thép và nhôm tạo thành hai bề mặt tiếp xúc riêng biệt. Giao diện thép không di chuyển nhiều khi thay đổi nhiệt độ, nhờ tốc độ giãn nở đồng đều. Tuy nhiên, giao diện nhôm có chuyển động nhưng cấu trúc của chúng tôi đảm bảo rằng chuyển động này không ảnh hưởng đến độ chính xác của máy.

2.3 Lợi ích của sự cô lập

2.3.1 Đối với kết nối của dầm với ray và giá đỡ: Dải thép được bổ sung trong cấu trúc cách ly đảm bảo ngăn chặn mọi chuyển động do nhiệt độ, giữ cho ray và giá đỡ ổn định.

2.3.2 Đối với kết nối của dầm với giường: Tấm đế thép được cải tiến thay thế cho tấm nhôm cũ. Nó hoạt động tương tự nhưng cũng cô lập chùm tia. Vì vậy, khi nhiệt độ thay đổi, tấm không dịch chuyển vị trí, đảm bảo động cơ truyền động và bánh răng vẫn được căn chỉnh chính xác.

Bằng cách tập trung vào các giải pháp này, chúng tôi có thể tiếp tục tận dụng những ưu điểm của dầm nhôm mà không ảnh hưởng đến độ chính xác của máy cắt laze.

Phần 03 Kết luận

Hợp kim nhôm giãn nở và co lại đáng kể khi thay đổi nhiệt độ. Điều này có thể ảnh hưởng đến độ chính xác của máy cắt laser theo thời gian. Cấu trúc cách ly không làm thay đổi cách nhôm phản ứng với nhiệt nhưng nó bảo vệ các bộ phận quan trọng của máy khỏi những tác động này, duy trì độ chính xác.

Giải pháp này rất đơn giản và thiết thực. Đánh giá kỹ thuật của chúng tôi xác nhận cơ sở hợp lý và tính khả thi của nó. Tuy nhiên, hiệu suất thực tế của nó phải được kiểm tra trong môi trường sản xuất thực tế. Nếu nó hoạt động tốt và cải thiện trong quá trình sử dụng, nó sẽ là một công cụ có giá trị để giữ cho máy cắt laser luôn chính xác. Điều này đảm bảo rằng những lợi ích của dầm nhôm có thể tiếp tục được tận dụng trong công nghệ cắt laser.