Анна Цыганцова, 
генеральный директор компании «Лазеры и аппаратура»
 

 

За прошедшие три года в продуктовой линейке компании «Лазеры и аппаратура» произошли заметные изменения: на рынок выпустили ряд новых моделей, которые сейчас составляют основу решений для предприятий машиностроения. Расскажем про их основные особенности.

 

 

Комплексы пятикоординатной лазерной и электроэрозионной обработки

 

Комплексы этого класса имеют принципиальные отличия от комплексов плоской обработки. Ранее такие системы были представлены исключительно станками производства Германии, Италии, Японии, США, и после их ухода с рынка оказалось, что ни в России, ни в Китае нет подобных решений. У компании «Лазеры и аппаратура» к тому моменту уже был опыт реализации проектов для порошковой наплавки и для зачистки керамических стержней на базе станков пятикоординатной обработки, созданных в промежутке с 2014 по 2020 год, но 2022 год дал существенный импульс к переосмыслению этого опыта.
Сейчас номенклатура пятикоординатных комплексов включает в себя системы для резки, перфорации, сварки, порошковой и проволочной наплавки.

 

 

С чем же связаны сложности с созданием таких станков?

 

Первая причина на поверхности — это необходимость работать в пяти координатах. Это диктует требования и к механике станка, и к системе управления, и эти особенности учтены в станках компании серий СЛ и СЛП.

 

 

TCP

 

Tool Сenter Point (TCP) — базовое понятие в станках с ЧПУ. Этот функционал фактически не применяется в плоской (2D) обработке, поэтому еще сравнительно недавно в России не было решений для лазерной обработки, где он был бы реализован. Тем не менее именно от него зависит точность и качество при объёмной обработке.
Упрощенно TCP — это виртуальная точка в пространстве, которая жёстко привязана к системе координат станка. Именно эту точку система управления «ведёт» по заданной траектории в пространстве. Программисту или оператору не нужно рассчитывать углы поворота каждой оси станка (или «сустава» робота); он задает координаты и ориентацию для TCP, а система кинематики автоматически вычисляет необходимые движения осей и удерживает эту точку.

 

В станках «Лазеры и аппаратура» этот функционал реализован сразу на нескольких уровнях:
— уровень системы ЧПУ (контроллеры системы движения);
— уровень программного обеспечения FlexCNC (включена в реестр Минцифры) c модулем Matrix.

 

На уровне системы ЧПУ должна быть реализована одновременная интерполяция несколькими осями. Поскольку в компании «Лазеры и аппаратура» используют собственную систему ЧПУ (применяются лишь отдельные покупные электронные компоненты), этот функционал полностью реализован на станках серии СЛ520, 580 и 5150 (рис. 1, 2).

 

Рис. 1. Станок СЛП5150 для резки и перфорации

Рис. 2. Сопловая насадка для резки и перфорации станков серий СЛ и СЛП

 

 

Функционал TCP на станках серии СЛ и СЛП позволяет:

1. Упростить программирование. Программисту или оператору не нужно вымерять и рассчитывать сложные математические смещения для каждого движения. Он может просто указать точку на детали, а система сама пересчитывает, как ей нужно в эту точки прийти.
 

2. Осуществлять ориентацию в пространстве. Ось инструмента (вектор ориентации TCP) должна всегда быть ориентирована под строго определенным углом к поверхности заготовки. Отклонение угла приводит к ухудшению качества реза и производительности, а при лазерной обработке — отражению луча или даже повреждению оптики.
 

3. Обеспечить быструю смену инструмента. Если станок меняет инструмент (например, оптическую головку), можно просто переключить активный TCP в программе, и станок продолжит работать корректно.
 

4. Обеспечить стабильность обработки даже после аварийных ситуаций, например, ударов рабочей головки об деталь. После основной проверки работоспособности основных органов требуется пройти лишь процедуру калибровки, а не переписывать весь G-код.

 

Функционал TCP требует разработки и использования специализированных процедур калибровки для каждой оси и для всей системы в целом. При этом если в станке отсутствует этот функционал (а такие решения есть на рынке), практически невозможно обеспечить качество и точность обработки, которые требуются в отраслях газотурбиностроения, авиации, энергетике и других.

 

 

Реализация функционала TCP в лазерной обработке

 

Обычно TCP используется для станков токарно-­фрезерной обработки  — там, где инструмент можно физически ощупать и найти его кончик. Лазер — это не физический инструмент. Здесь TCP — это виртуальная точка фокуса энергии, и методы калибровки, которые используются в станках для классической механообработки, здесь неприменимы. Кроме того, в любой системе лазерной обработки есть две оси — оптическая, по которой транспортируется лазерное излучение к месту обработки, и механическая (линейные, поворотные и наклонные оси). Их совместная работа требует как специальных конструктивных решений, так и методик настройки, а также специализированного юстировочного инструмента, который разрабатывается под конструкцию оптомеханического устройства.
Кроме того, функционал TCP в лазерной обработке также обеспечивает учёт толщины материала (поскольку положение фокуса над поверхностью или с заглублением также существенно влияет на качество обработки), а также динамическую фокусировку и ряд других факторов.
На разработку всего этого инструментария в компании «Лазеры и аппаратура» ушёл не один год, но как результат — мы единственные на российском рынке имеем полноценную пятикоординатную обработку.

 

 

Рабочие головки

 

В зависимости от выполняемой операции, а также конструкции обрабатываемой детали требуется использовать рабочие головки и сопловые насадки разных типов. 
Одной-двумя универсальными здесь не обойтись.
Специалистами компании разработан целый типоряд таких оптических головок — в дополнение к тем, которые уже использовались ранее:
• головка для резки под острыми углами (от 20°);
• угловое сопло для резки (для обработки тел вращения изнутри, рис. 3а);
• сопловая насадка для перфорации под углом от 15° (рис. 3б);
• сопловая насадка для резки с ёмкостным датчиком, который обеспечивает поддержание положения сопла относительно поверхности;
• головка для сварки с системой кросс-джет (рис. 3в);
• головка для сварки с подачей проволоки;
• головка для наплавки с коаксиальной подачей порошка (рис. 3г).

 

а) 

б) 

в) 

г) 
Рис. 3. Оптические головки и сопловые насадки производства «Лазеры и аппаратура»
 

 

Машинное зрение

 

Функционал машинного зрения, реализованный на станках пятикоординатной обработки, продиктован в большей степени особенностями операции и конструкцией деталей.
Например, для задач резки и перфорации деталей вращения с отклонением формы (например, деталей с радиальным биением даже в пределах допусков) для обеспечения качества обработки (отсутствие непрорезов, минимизация грата и выплесков и т.  п.) требуется обеспечивать стабильное положение сопловой насадки относительно поверхности (изменение фокуса даже на 50–100 микрон может оказывать влияние!). Этот функционал в зависимости от типа детали и требуемой точности обработки реализован на основе различных инструментов — ёмкостных датчиков, соосного видеоканала, лазерного профилометра и других. Результат — автоматическая адаптация траектории управляющей программы по выявленным отклонениям. Привязка осуществляется не только с учётом особенностей конкретного станка, но и детали.
Для задач порошковой наплавки при ремонте и восстановлении деталей, а также сварки и иногда даже резки возникает потребность очень гибко адаптировать траекторию, а как правило, работать вовсе без математической модели. В этом случае по результатам бесконтактного обмера профилометром и анализа облака точек возможно сгенерировать или задать стратегию обработки на основе анализа фактической геометрии изделия (рис. 4).

 

Рис. 4. Задание стратегии обработки на основе анализа фактической геометрии изделия, серия МЛ7
 

 

Технология и внедрение

 

 

Ещё одна особенность пятикоординатной обработки состоит в том, что от поставщика оборудования требуется не только поставить качественное и надёжное оборудование, но и помочь с внедрением конкретных деталей, особенно на начальных этапах внедрения: разработать и изготовить оснастку (для позиционирования, защиты или контроля), саму стратегию обработки, подобрать сопутствующие или даже основные материалы и т.  п. Предоставить библиотеку режимов в этом случае совершенно недостаточно. Поэтому при поставке станка мы всегда предусматриваем этапы работы либо с деталью заказчика, либо с имитатором, максимально приближенным к ней, что существенно сокращает время освоения номенклатуры деталей на станке.

Создание российского 5‑координатного лазерного оборудования — это не просто копирование западных аналогов. Это заново пройденный путь конструкторских и технологических поисков, математического моделирования, создания и осмысления подходов к обработке. Результат — станки, которые сегодня работают в реальном секторе российской промышленности, обеспечивая технологическую независимость.

 

 

Приглашаем посетить нашу производственную площадку для более широкого знакомства с возможностями оборудования «Лазеры и аппаратура»!

 

ООО «НПЦ «Лазеры и аппаратура ТМ»
+7 499 390 9086, laser-app.ru, sale@laser-app.ru

 

Канал «Производство. Люди. Технологии»
в MAX http://max.ru/channel_plt
в Telegram t.me/tsygantsovaplt

 

Источник журнал "РИТМ машиностроения" № 5-2026