探秘三菱电机:激光+AI有何作用?同轴供给切割工艺效果如何?

第22届上海工博会已落下帷幕。本届工博会上,依玛网采访了三菱电机加工机事业部营业企划部部长糸谷彰规及激光加工机科副科长李林英,就三菱电机在激光加工上的布局进行了交流。

三菱激光机特色:人工智能优化加工流程 关键部件全自产确保售后高效

本次工博会,三菱电机展出了3米机型的6kW光纤激光切割机及组合的上下料系统。糸谷彰规介绍说:“我们这款产品有三大特点,一是我们在钣金激光领域导入了人工智能控制系统,二是我们所有的关键零部件都是自己开发生产的,三是当设备出现故障或需要测试时,因为我们的零部件都是自产的,所以只需要一个工程师去现场就能够解决问题。”

对于这三大特点,李林英做了进一步解释。所谓人工智能控制系统,是指在切割过程中通过光传感器或声音传感器采集切割时火花的光、气流声音等信息,与数据库信息进行对比来判断加工是否正常,如果出现异常会自动检测喷嘴,自动清洗、更换喷嘴,改变加工速度,而通常这些工作都需要人工完成。李林英表示:“开发这个功能的初衷在于,加工时会出现工人不在场的情况。如果人不在场加工出现了异常,要么是停机不动,要么还继续切割但生产一堆废品。加上这个功能之后,工人只要把板放上,选择好加工条件就不用管了。如果加工出现故障,机床会立即自动进行调整,减少了产品的不良率和客户的损失。这种无人化的产品最早在2018年就推向市场了。”

此外,三菱电机实现了从控制装置、到激光器、到激光头,包括所有的马达、传感器、远程监控设备等所有相关零部件的自主生产。李林英解释说:“激光器、切割头、控制装置这三个关键部件的自主生产,能够使我们的设备达到最好的整合性。如果通过外购,在需求不大的时候供应商不会进行针对性开发。同时,关键部件外购,当出现故障的时候需要多家供应商维护,但可能多个供应商无法及时按照用户需求服务。三菱所有的东西都是自己生产,自己售后,可以大大降低用户的等待时间。”

高功率激光技术:关键部件逐步升级 切割工艺继续迭代

除了三大特色之外,依玛网还注意到三菱切割头可变光模的特点。李林英介绍说:“我们开发的自动变光模切割头主要是针对光纤激光应用。现在多数的激光切割头可以改变光斑直径、焦距,但变不了光模。我们除了能改变光斑直径、焦距外,能够根据加工条件自动变化光模,比如圆形、环形等,这大大提升了激光加工的能力和效率。”

探秘三菱电机:激光+AI有何作用?同轴供给切割工艺效果如何?

随着万瓦激光规模化应用,切割头易发热的问题已成为一个普遍且难以彻底解决的问题。造成切割头发热的原因通常是加工过程中聚焦镜上出现异物灰尘,这些灰尘吸收光纤激光的能量后引起镜片发热,轻则影响加工质量,严重的可能导致镜片炸毁。为解决密封性问题,国内激光厂家通常会在切割头外部缠胶带。李林英表示:“国内贴胶布似乎已经标准化了,大家都以此为标准,甚至还有在外面套密封袋的,但这是不应该的,不仅不美观而且存在安全隐患。三菱的切割头用的是全密封腔体,整个生产过程都在无尘室里进行。切割时我们用清洗气体,给切割头一个正压,通过往外喷气隔绝外面的灰尘。而在透镜周围我们加了水冷系统,能对镜片不断进行冷却。凭借过硬的技术,三菱生产的切割头基本都能达到半永久的标准,使用过程中几乎不需要维护,10kW切割头也能长时间稳定不间断加工。”

在光纤激光器上,目前三菱开开发出的最高功率是10kW。糸谷表示:“我们认为,对切割市场尤其是碳钢加工市场,6000W功率已经足够使用,再多就是多余的能量。但现在客户提出了不同的需求,比如生产率要提高,加工速度要提高,像铜、铝等高反材料的加工能力也要提高,而这些需要更高功率,为此我们开发了10kW激光器。我们计划相继推出12kW和15kW的激光器,新产品预计会在明年和大家见面。”

随着万瓦激光设备推出,氮气、空气切割碳钢的工艺也逐步被市场接受。用氮气切割碳钢能够大大提升生产效率,但氮气压力大,用气成本高。空气切割成本低,但端面会发生氧化,需要后续进行抛光打磨,同时空气中存在的水、油也会给设备带来一定风险。为解决这些问题,三菱开发出氮气、空气同轴供给的切割工艺。李林英表示:“实际上在氮气切割过程中真正起作用的仅仅是流到割缝里的氮气,外面的氮气对切割是起不到作用的。三菱用一定比例的空气来代替外围的氮气,既降低了用气成本,也确保了端面的品质。经过验证我们看到,采用同轴供给切割的端面稍微带黄但几乎看不出来,和氮气切割效果非常接近。在5-16mm的板材加工上能够节省70%的氮气,但对过薄或者过厚的板只能节约20-30%。”

探秘三菱电机:激光+AI有何作用?同轴供给切割工艺效果如何?

当然,既然使用空气就无法回避空气中水和油的问题。李林英表示:“如果客户有用空气的需求,我们会在技术提案里要求客户选配无油空压机并配齐三级过滤。无油空压机价格高,但对设备的寿命作用非常大。此外三菱的机床内部也有三级过滤装置,但这个是防止万一客户的过滤失效,能够一定程度上保护自己的设备,而不能够长时间承担空气的过滤任务。如果用户能够按照标准配置无油空压机和三级过滤系统,并定时更换滤芯,那么空气是完全可以放心使用的。”

三菱战略:立足高端市场 布局未来应用

目前国内的激光切割市场基本实现了国产化,国产激光切割机在市场上占据绝对的主流位置,但进口产品依然无法被完全取代。糸谷认为:“国产厂家非常多,包括三菱在内的进口机床,在销售上确实因价格方面的问题碰到很多困难。但是我们三菱一贯坚持的理念是设备稳定性好、能长时间加工、自动化程度高。基于这样的理念,我们的目标客户也是那些追求高品质、希望设备能长期稳定使用的客户,通常这类客户有自己的产品需要生产,激光机床加工的是他们自己的零部件,所以对他们来说稳定更加重要。”

目前国内代加工市场庞大,但代加工本身对效率、成本的要求特别高,反而对品质的要求会相对低一些。糸谷表示:“对于众多的代加工用户,我们觉得国产设备更适合。国产设备有自己的优势,在这样的市场我们不会去参与竞争。我们更在意的是有自己产品、对品质要求非常高的客户。”

激光加工未来将走向智能化已成为业内的共识,但目前绝大多数的激光切割仍非常依赖操作员的盯守。随着中国产业的不断升级,无人化、智能化的需求会越来越多,如何才能实现智能化?本次展会三菱展示的方案或许是一个选项。李林英表示:“我们这次展出的光纤激光切割机,设计的初衷就是要打造不停顿的加工机,哪怕是喷嘴坏了、出现加工不良,都不需要人为干预,它会自己更换、调整。这才是面向未来的智能化设备。”

除二维钣金激光切割机外,三菱激光还开发出用于碳纤维成型件切割的三维五轴切割系统。目前市场上的钣金加工机床多用于碳钢不锈钢加工,随着汽车的轻量化不断的发展,碳纤维、铝合金等新材料的需求也不断提高。碳纤维凭借轻巧且耐腐蚀的特点,受到众多领域的欢迎,目前多用于宝马、奥迪等高端车型,以及碳纤维自行车(价值万元以上)、高铁操作面板、无人机、赛车手的头盔等等。李林英表示:“我们对碳纤维市场付出很多努力。目前市场上已经有平面碳纤维切割设备,但三菱率先开发出三维成型的碳纤维激光切割系统,将能够进一步拓宽激光的应用领域。由于碳纤维的材料特性,无法用光纤激光来加工,直接用连续的CO2激光也不行。为此我们开发了光脉冲的CO2激光器,这项技术比较难。以后我们会不断进行研究,开发出更多适合中国市场需求的产品。”

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