Использование устройств лазерной резки высокой мощности, созданных за последнее время, и появление на их основе автоматизированных лазерных технологических систем по раскрою материалов различного типа, в том числе и тонколистовых, поставило ряд новых задач, касающихся качества поверхности реза, скорости и эффективности резки. При резке используются различные вспомогательные газы, такие как азот, кислород и др. Современные лазеры с высоким уровнем контроля качества излучения позволяют обеспечить высокую точность, локальность действия, необходимую скорость и качество обработки материалов [2,42].
Станки работают на основе управляющих программ. Для формирования управляющих программ для станков ЧПУ тепловой резки используются CAM-программы, такие как AjanCAM, Pronest, Autonest, Bysoft, Техтран и др. Они затрагивают вес цикл обработки информации от чертежа детали до программ ее изготовления в NC-кодах конкретного оборудования [55]. Такие программы также помогают рационально расположить детали на заданном прямоугольном куске или целом листе металла[3]. Траектории движения оборудования при этом бывают следующих видов:
- траектории, состоящие из внешних контуров вырезаемых деталей;
- траектории, состоящие только из внутренних контуров;
- траектории, связывающие смежные контуры (вырезаемые с одной врезки);
- траектории, описывающие холостой ход инстумента.
При резке тонколистового металла маршруты, связывающие смежные контуры, как правило, отсутствуют, поскольку для каждой детали формируется с отдельная врезка[39].
Современные версии CAM-программ автоматически формируют раскрои в соответствии и с указанными параметрами [7,22]. Качество раскроя зависит от количества перебранных вариантов расположения деталей и обычно занимает много времени. Исходными данными для обработки являются: dxf файл каждой детали, содержащий ее контуры, толщина металла, количество металла, размеры листа.
Dxf файл формируется в любой CAD-программе (Компас-Sd, AutoCad, Ajan-CAD и др.). Это удобно для формирования сложных контуров, но замедляет работу при резке простых деталей, таких как прямоугольники и квадраты. В процессе работы с лазерным станком для резки металла выяснилось, что часто требуется раскроить лист на прямоугольные заготовки, но неизвестно какое количество заготовок на заданном раскрое получится [24].
Для того, чтобы узнать это количество необходимо в CAD-программе начертить прямоугольник по заданным размерам, загрузить его в CAM- программу, задать необходимые параметры и автоматически расположить заготовки на листе. Этот цикл работ занимает много времени.
Помимо фигурной резки, станки часто используются для резки прямоугольных заготовок для дальнейшей обработки. Прямоугольные детали можно резать совмещенным резом. При резке простых деталей
совмещенным резом, уменьшается количество отходов материала до минимума, поэтому данный способ резки является приоритетным [17].
При резке методом совмещенного реза с одной врезки можно получить несколько деталей, однако CAM-программы такой возможности не дают. По умолчанию для каждой CAM-программы есть своя технология резки, в основном, каждая деталь вырезается отдельно. В связи с этим появляется возможность уменьшения длины холостого хода инструмента лазерной резки путем рационального совмещения вырезаемых деталей [34]. Для CAM- программ такая возможность отсутствует, что приводит к нерациональному расходу энергии и материальных ресурсов. В предлагаемой работе ставится задача совершенствования CAM-программ с целью уменьшения расхода энергии и материальных ресурсов при резке деталей.
Разработанная технология повышения эффективности раскроя металлических листов на металлообрабатывающем предприятии основывается на совместном решении двух оптимизационных задач: задачи оптимального раскроя листа по критерию минимума обрези материала и задачи оптимизации процесса лазерной резки по критерию минимизации периметра реза, и , соответственно, времени реза.
Для решения указанных задач разработаны соответствующие технологические процедуры, основанные на оптимальном алгоритме решения задачи раскроя, как задачи линейного программирования и субоптимального алгоритма типа задачи «коммивояжера» на основе которой минимизируется периметр реза.
Практическая аппробация разработанной процедуры показала, что годовой экономический эффект от применения улучшенной процедуры реза составляет около 400000 рублей в год.
Разработанная технологическая процедура раскроя металлических листов внедрена на предприятии ООО «Центр Металлообработки».
