Асновы лазернай рэзкі і яе апрацоўчай сістэмы —Абсталяванне для лазернай рэзкі

II. Склад абсталявання для лазернай рэзкі

2.1 Кампаненты і прынцып працы лазернай рэзкі

Лазерная рэзальная машына складаецца з лазернага выпраменьвальніка, рэжучай галоўкі, вузла перадачы прамяня, працоўнага стала станка, сістэмы лікавага праграмнага кіравання (ЧПК), кампутара (апаратнага і праграмнага забеспячэння), ахаладжальніка, балона з ахоўным газам, пылазборніка і асушальніка паветра.

Лазерны генератар

Лазерны генератар — гэта прылада, якая стварае крыніцы лазернага святла. Для лазернай рэзкі большасць станкоў выкарыстоўвае газавыя CO₂-лазеры, якія адрозніваюцца высокай эфектыўнасцю электрааптычнага пераўтварэння і высокай выходнай магутнасцю, за выключэннем некалькіх выпадкаў, калі выкарыстоўваюцца цвёрдацельныя YAG-лазеры. Не ўсе лазеры падыходзяць для рэзкі, бо лазерная рэзка прад'яўляе строгія патрабаванні да якасці прамяня.
Рэжучая галоўка

У асноўным ён складаецца з такіх кампанентаў, як сопла, факусуючая лінза і сістэма адсочвання фокусу.

Прывад рэжучай галоўкі выкарыстоўваецца для прывада рэжучай галоўкі па восі Z у адпаведнасці з зададзенымі праграмамі. Ён складаецца з серварухавіка і трансмісійных частак, такіх як хадавыя шрубы або шасцярні.

(1) Сопла: Існуе тры асноўныя тыпы соплаў: паралельнага тыпу, канічнага тыпу і канічнага тыпу.

(2) Факусуючая лінза: Для выканання рэзкі з выкарыстаннем энергіі лазернага прамяня першапачатковы прамень, які выпраменьвае лазер, павінен быць сфакусаваны праз лінзу, каб сфармаваць светлавую пляму з высокай шчыльнасцю энергіі. Лінзы з сярэдняй і вялікай фокуснай адлегласцю падыходзяць для рэзкі тоўстых лістоў і маюць меншыя патрабаванні да стабільнасці адлегласці сістэмы сачэння. Лінзы з кароткай фокуснай адлегласцю падыходзяць толькі для рэзкі тонкіх лістоў таўшчынёй менш за 3 мм; яны маюць строгія патрабаванні да стабільнасці адлегласці сістэмы сачэння, але могуць значна знізіць неабходную выходную магутнасць лазера.

(3) Сістэма адсочвання: Сістэма адсочвання факусоўкі лазернага рэжучага станка звычайна складаецца з факусуючай рэжучай галоўкі і сістэмы датчыкаў адсочвання. Рэжучая галоўка аб'ядноўвае функцыі накіравання і факусоўкі прамяня, вадзянога астуджэння, падачы газу і механічнай рэгулявання.

Датчык складаецца з адчувальных элементаў і блока кіравання ўзмацненнем. Сістэмы адсочвання цалкам адрозніваюцца ў залежнасці ад тыпу адчувальных элементаў. Існуе два асноўныя тыпы: адзін — гэта ёмістная сістэма адсочвання датчыкаў, таксама вядомая як бескантактавая сістэма адсочвання; другі — гэта індуктыўная сістэма адсочвання датчыкаў, таксама вядомая як кантактная сістэма адсочвання.
Зборка перадачы прамяня

Знешні аптычны шлях: Для накіравання лазернага прамяня ў патрэбным кірунку выкарыстоўваюцца адбівальныя люстэркі. Каб прадухіліць няспраўнасці на шляху прамяня, усе адбівальныя люстэркі абаронены экранамі, і для абароны люстэркаў ад забруджвання ўводзіцца чысты ахоўны газ пад станоўчым ціскам. Высокапрадукцыйная лінза можа факусаваць неразбежны прамень у бясконца малую пляму. Звычайна выкарыстоўваецца лінза з фокуснай адлегласцю 5,0 цалі, у той час як лінза 7,5 цалі падыходзіць толькі для рэзкі матэрыялаў таўшчынёй больш за 12 мм.
Рабочы стол для станкоў

Асноўны корпус машыны: станочная секцыялазерная рэзкагэта механічная частка, якая рэалізуе рух па восях X, Y і Z, у тым ліку платформы для рэзкі.
Сістэма лічбавага праграмнага кіравання

Сістэма ЧПУ кіруе станком для дасягнення рухаў па восях X, Y, Z і адначасова рэгулюе выходную магутнасць лазера.
Сістэма астуджэння

Чылір: Ён выкарыстоўваецца для астуджэння лазернага генератара. Лазер - гэта прылада, якая пераўтварае электрычную энергію ў светлавую. Напрыклад, эфектыўнасць пераўтварэння газавага лазера CO₂ звычайна складае 20%, а астатняя энергія пераўтвараецца ў цяпло. Астуджальная вада адводзіць лішняе цяпло для падтрымання нармальнай працы лазернага генератара. Чылір таксама астуджае знешнія люстэркі аптычнага шляху і факусуючыя лінзы станка, забяспечваючы стабільную якасць перадачы прамяня і эфектыўна прадухіляючы дэфармацыю або расколіны лінзаў з-за перагрэву.
Газавыя балоны

Газавыя балоны ўключаюць у сябе балоны з рабочым целам і дапаможныя газавыя балоны для лазернай рэзкі, якія выкарыстоўваюцца для дапаўнення прамысловых газаў для лазерных ваганняў і падачы дапаможных газаў для рэжучай галоўкі.
Сістэма выдалення пылу

Ён выдаляе дым і пыл, якія ўтвараюцца падчас апрацоўкі, і праводзіць фільтрацыйную апрацоўку, каб гарантаваць, што выкіды выхлапных газаў адпавядаюць стандартам аховы навакольнага асяроддзя.
Асушальнік і фільтр паветранага астуджэння

Ён падае чыстае сухое паветра да лазернага генератара і шляху прамяня, падтрымліваючы нармальную працу шляху прамяня і адбівальных люстэркаў.

2.2 Рэзак для лазернай рэзкі

Структурная схема разака для лазернай рэзкі паказана ніжэй. Ён у асноўным складаецца з корпуса разака, факусуючай лінзы, адбівальнага люстэрка і дапаможнага газавага сопла. Падчас лазернай рэзкі разак павінен адпавядаць наступным патрабаванням:

① Гарэлка можа выкідваць дастатковую колькасць газу.

② Кірунак выкіду газу ўнутры гарэлкі павінен быць суадносінным з аптычнай воссю адбівальнай люстэркі.

③ Фокусная адлегласць ліхтарыка лёгка рэгулюецца.

④ Падчас рэзкі пары і пырскі металу ад разрэзанага металу не павінны пашкоджваць адбівальнае люстэрка.

Рух разака рэгулюецца сістэмай кіравання рухам з ЧПУ. Існуе тры сцэнарыі адноснага руху паміж разаком і дэталлю:

① Гарэлка застаецца нерухомай, пакуль дэталь рухаецца па рабочым стале — у асноўным падыходзіць для дэталяў малога памеру.

② Апрацоўваемая дэталь застаецца нерухомай, пакуль гарэлка рухаецца.

③ Гарэлка і працоўны стол рухаюцца адначасова.

2.2.1 Рэжучая галоўка

Лазерная рэжучая галоўка размешчана ў канцы сістэмы перадачы прамяня і складаецца з факусуючай лінзы і рэжучага сопла.

Факусуючыя лінзы ў асноўным класіфікуюцца па фокуснай адлегласці. Большасць абсталявання для лазернай рэзкі абсталявана некалькімі рэжучымі галоўкамі з рознай фокуснай адлегласцю. У якасці прыкладу, для рэзкі CO₂-лазерам распаўсюджаныя фокусныя адлегласці складаюць 127 мм (5 цаляў) і 190 мм (7,5 цалі). Лінза з кароткай фокуснай адлегласцю стварае невялікую фокусную пляму і кароткую фокусную глыбіню, што спрыяе памяншэнню шырыні прапіла і дасягненню больш тонкіх разрэзаў. Лінза з вялікай фокуснай адлегласцю забяспечвае большую фокусную пляму і большую фокусную глыбіню. У параўнанні з лінзамі з кароткай фокуснай адлегласцю, лінзы з вялікай фокуснай адлегласцю могуць забяспечыць сфакусаваны прамень з шчыльнасцю лазернай энергіі, дастатковай для апрацоўкі матэрыялу паблізу фокуснай кропкі. Такім чынам, лінзы з кароткай фокуснай адлегласцю ў асноўным выкарыстоўваюцца для дакладнай рэзкі тонкіх пласцін, у той час як лінзы з вялікай фокуснай адлегласцю патрабуюцца для больш тоўстых матэрыялаў, каб атрымаць адэкватную фокусную глыбіню, забяспечваючы мінімальнае змяненне дыяметра плямы і дастатковую шчыльнасць магутнасці ў межах дыяпазону таўшчыні рэзкі.

Для факусавання паралельнага лазернага прамяня, які падае на разак, выкарыстоўваюцца факусуючыя лінзы, што дазваляе дасягнуць меншага памеру плямы і большай шчыльнасці магутнасці. Лінзы вырабляюцца з матэрыялаў, якія могуць прапускаць даўжыню хвалі лазера. Аптычнае шкло звычайна выкарыстоўваецца для цвёрдацельных лазераў, а такія матэрыялы, як ZnSe, GaAs і Ge, — для газавых CO₂-лазераў (паколькі звычайнае шкло не празрыстае для прамянёў CO₂-лазера), сярод якіх ZnSe з'яўляецца найбольш шырока выкарыстоўваным.

Для лазернай рэзкі пажадана мінімізаваць дыяметр фокуснай плямы, каб павялічыць шчыльнасць магутнасці і забяспечыць высокую хуткасць рэзкі. Аднак меншая фокусная адлегласць лінзы прыводзіць да меншай глыбіні фокуснай кропкі, што ўскладняе дасягненне перпендыкулярнай паверхні рэзкі пры рэзанні тоўстых пласцін. Акрамя таго, меншая фокусная адлегласць памяншае адлегласць паміж лінзай і апрацоўванай дэталлю, павялічваючы рызыку забруджвання лінзы пырскамі расплаўленага рэчыва падчас рэзкі і ўплываючы на нармальную працу. Такім чынам, адпаведную фокусную адлегласць варта вызначаць комплексна, зыходзячы з такіх фактараў, як таўшчыня рэзкі і патрабаванні да якасці рэзкі.

2.2.2 Адбівальнае люстэрка

Функцыя адбівальнай люстэркі заключаецца ў змене кірунку прамяня, які выпраменьваецца лазерам. Для прамянёў ад цвёрдацельных лазераў можна выкарыстоўваць адбівальныя люстэркі з аптычнага шкла. У адрозненне ад гэтага, адбівальныя люстэркі ў прыладах для лазернай рэзкі CO₂ звычайна вырабляюцца з медзі або металаў з высокай адбівальнай здольнасцю. Каб прадухіліць пашкоджанні, выкліканыя перагрэвам ад лазернага выпраменьвання падчас працы, адбівальныя люстэркі звычайна астуджаюцца вадой.

2.2.3 Сопла

Сопла выкарыстоўваецца для распылення дапаможнага газу ў зону рэзання, і яго канструкцыя аказвае пэўны ўплыў на эфектыўнасць і якасць рэзання. На малюнку 4.11 паказаны распаўсюджаныя формы соплаў для лазернай рэзкі; формы адтулін сопла ўключаюць цыліндрычныя, канічныя і збежныя-разбежныя тыпы.

Выбар сопла звычайна вызначаецца шляхам выпрабаванняў у залежнасці ад матэрыялу і таўшчыні апрацоўванай дэталі, а таксама ціску дапаможнага газу. Для лазернай рэзкі звычайна выкарыстоўваюцца кааксіяльныя сопла (дзе паток газу супадае з аптычнай воссю). Калі паток газу і лазерны прамень не супадаюць, падчас рэзкі верагодна празмернае разбрызгванне. Унутраная сценка адтуліны сопла павінна быць гладкай, каб забяспечыць бесперашкодны паток газу і пазбегнуць турбулентнасці, якая можа паўплываць на якасць рэзкі. Для забеспячэння стабільнасці рэзкі адлегласць паміж тарцом сопла і паверхняй апрацоўванай дэталі павінна быць мінімізавана, звычайна ў дыяпазоне ад 0,5 мм да 2,0 мм. Дыяметр адтуліны сопла павінен дазваляць лазернаму прамяню плаўна праходзіць, не дапускаючы дакранання прамяня да ўнутранай сценкі адтуліны. Чым меншы дыяметр адтуліны, тым цяжэй калімаваць прамень. Для зададзенага ціску дапаможнага газу існуе аптымальны дыяпазон дыяметраў адтуліны сопла. Занадта малое або вялікае адтуліну будзе перашкаджаць выдаленню расплаўленых прадуктаў з разрэзу і ўплываць на хуткасць рэзкі.

Уплыў дыяметра адтуліны сопла на хуткасць рэзання пры фіксаванай магутнасці лазера і ціску дапаможнага газу паказаны на малюнках 4.12 і 4.13. Відаць, што існуе аптымальны дыяметр адтуліны сопла, які забяспечвае максімальную хуткасць рэзання. Гэта аптымальнае значэнне складае прыблізна 1,5 мм незалежна ад таго, выкарыстоўваецца кісларод або аргон у якасці дапаможнага газу.

Выпрабаванні лазернай рэзкі цвёрдых сплаваў (якія цяжка рэжуцца) паказваюць, што аптымальны дыяметр адтуліны сопла вельмі блізкі да вышэйзгаданых вынікаў, як паказана на малюнку 4.14. Дыяметр адтуліны сопла таксама ўплывае на шырыню прапіла і шырыню зоны цеплавога ўздзеяння (ЗТВ). Як паказана на малюнку 4.15, са павелічэннем дыяметра адтуліны сопла шырыня прапіла павялічваецца, а шырыня ЗТВ звужаецца. Асноўнай прычынай звужэння ЗТВ з'яўляецца ўзмоцнены астуджальны эфект дапаможнага патоку газу на асноўны матэрыял у зоне рэзання.

2.3 Параметры абсталявання для лазернай рэзкі

2.3.1 Абсталяванне для рэзкі з прывадам ад гарэлкі

У рэжучым абсталяванні з прывадам ад гарэлкі рэзак усталяваны на рухомым партале і рухаецца гарызантальна ўздоўж бэлькі парталу (вось Y). Партал прыводзіць у рух гарэлку ўздоўж восі X, у той час як апрацоўваемая дэталь замацавана на працоўным стале. Паколькі лазер і рэзак размешчаны асобна, характарыстыкі лазернай перадачы, паралельнасць уздоўж кірунку сканавання прамяня і стабільнасць адбівальных люстэркаў уплываюць на працэс рэзкі.

Рэжучае абсталяванне з прывадам ад гарэлкі можа апрацоўваць дэталі вялікіх памераў. Яно займае адносна невялікую плошчу ў зоне рэзкі і можа быць лёгка інтэгравана з іншым абсталяваннем для стварэння вытворчай лініі. Аднак дакладнасць яго пазіцыянавання складае ўсяго ±0,04 мм.

Тыповая структура рэжучага абсталявання з прывадам ад гарэлкі паказана на малюнку 4.19. Выкарыстоўваецца лазерная рэзка з бесперапынным выпраменьваннем CO₂, прычым адлегласць ад лазера да рэжучай гарэлкі складае 18 м. Каб змена дыяметра прамяня на працягу гэтай адлегласці перадачы не перашкаджала аперацыям рэзкі, неабходна старанна распрацаваць камбінацыю люстэркаў генератара.

Асноўныя тэхнічныя параметры абсталявання для рэзкі з прывадам ад гарэлкі наступныя:

Выхадная магутнасць лазера: 1,5 кВт (аднамодавы), 3 кВт (шматмодавы)
Ход гарэлкі: вось X 6,2 м, вось Y 2,6 м
Хуткасць руху: 0–10 м/мін (рэгуляваная)
Плаваючы ход гарэлкі па восі Z: 150 мм
Хуткасць рэгулявання восі Z гарэлкі: 300 мм/мін
Максімальны памер апрацаванай сталёвай пласціны: 12 мм × 2400 мм × 6000 мм
Сістэма кіравання: інтэграваны рэжым кіравання NC

2.3.2 Рэжучае абсталяванне з прывадам ад стала XY

У рэжучым абсталяванні з прывадам ад стала XY разак замацаваны на раме, а дэталь размяшчаецца на рэжучым стале. Рэжучы стол рухаецца па восях X і Y у адпаведнасці з камандамі ЧПУ з рэгуляванай хуткасцю руху, якая звычайна складае ад 0 да 1 м/мін або ад 0 да 5 м/мін. Паколькі разак застаецца нерухомым адносна дэталі, гэта мінімізуе ўплыў на выраўноўванне і цэнтраванне лазернага прамяня падчас працэсу рэзкі, забяспечваючы раўнамерную і стабільную працу рэзкі. Пры выкарыстанні невялікага рэжучага стала з высокай механічнай дакладнасцю машына дасягае дакладнасці пазіцыянавання ±0,01 мм.выдатная дакладнасць рэзкі, што робіць яго асабліва прыдатным для дакладнай рэзкі дробных кампанентаў. Акрамя таго, для апрацоўкі буйных дэталяў даступныя большыя сталы для рэзкі з ходам па восі X 2300–2400 мм і ходам па восі Y 1200–1300 мм.

Асноўныя тэхнічныя параметры рэжучага абсталявання з прывадам ад стала XY наступныя:

Крыніца лазера: газавы CO₂-лазер (паўзакрыты прамы тып трубкі)
Блок харчавання лазера: уваходнае напружанне 200 В пераменнага току; выходнае напружанне 0–30 кВ; максімальны выходны ток 100 мА
Выхадная магутнасць лазера: 550 Вт
Ход рэжучага стала: вось X 2300 мм, вось Y 1300 мм
Хуткасць руху рэжучага стала (ступеневая рэгуляванне): 0,4–5,0 м/мін, 0,2–2,5 м/мін, 0,1–1,3 м/мін, 0,05–0,6 м/мін
Плаваючы ход гарэлкі па восі Z: 180 мм
Максімальны памер апрацаванай пліты: 6 мм × 1300 мм × 2300 мм
Сістэма кіравання: рэжым лікавага кіравання (ЧПК)

2.3.3 Абсталяванне для рэзкі з падвойным прывадам (гарэлка і стол)

Двайны прывад рэжучага абсталявання (гарэлка і стол) па сваёй канструкцыі займае прамежкавае месца паміж рэжучымі станкамі з прывадам ад гарэлкі і рэжучымі станкамі з прывадам ад стала па восі XY. Рэжучы станок усталяваны на партале і рухаецца гарызантальна ўздоўж бэлькі парталу (вось Y), у той час як рэжучы стол прыводзіцца ў падоўжнае становішча. Гэтая гібрыдная канструкцыя спалучае ў сабе перавагі высокай дакладнасці рэзкі і эфектыўнасці эканоміі месца. Дзякуючы дакладнасці пазіцыянавання ±0,01 мм і рэгуляванай хуткасці рэзкі ў дыяпазоне 0–20 м/мін, гэта адзін з найбольш шырока выкарыстоўваных рэжучых станкоў на рынку. Больш буйныя мадэлі гэтага станка прапануюць ход па восі Y 2000 мм і ход па восі X 6000 мм, што дазваляе рэзаць дэталі вялікага памеру.

Лазерны генератар усталяваны на партале побач з разаком. Такая канфігурацыя забяспечвае выключную дакладнасць пры выразанні круглых адтулін. Машына таксама можа пахваліцца высокай эфектыўнасцю вытворчасці: яна можа выразаць 46 круглых адтулін (дыяметрам 10 мм) у хвіліну на сталёвай пласціне таўшчынёй 1 мм.

2.3.4 Інтэграванае абсталяванне для рэзкі

Уінтэграваная рэжучая машынаЛазерная крыніца ўсталёўваецца на раме і рухаецца падоўжна разам з ёй, у той час як разак інтэграваны са сваім прывадным механізмам для гарызантальнага перамяшчэння ўздоўж бэлькі рамы. Станок выкарыстоўвае лікавае праграмнае забеспячэнне для рэзкі кампанентаў рознай формы. Для кампенсацыі змены даўжыні аптычнага шляху, выкліканай гарызантальным рухам разака, звычайна абсталяваны модулем рэгулявання даўжыні аптычнага шляху. Гэты модуль забяспечвае аднастайны лазерны прамень у зоне рэзкі і падтрымлівае стабільную якасць паверхні рэзкі.

Час публікацыі: 17 снежня 2025 г.