Лазердик кесүүнүн негиздери жана аны иштетүү системасы —Лазердик кесүүчү жабдуулар

II. Лазердик кесүүчү жабдуулардын курамы

2.1 Лазердик кесүүчү машинанын компоненттери жана иштөө принциби

Лазердик кесүүчү машина лазер эмиттеринен, кесүүчү баштан, нур өткөргүч түзүлүштөн, станоктун жумушчу столунан, сандык башкаруу (NC) системасынан, компьютерден (аппараттык жана программалык камсыздоодон), муздаткычтан, коргоочу газ цилиндринен, чаң чогулткучтан жана аба кургаткычтан турат.

Лазердик генератор

Лазер генератору - бул лазердик жарык булактарын чыгаруучу түзүлүш. Лазердик кесүү колдонмолору үчүн көпчүлүк машиналар жогорку электро-оптикалык конвертациялоо натыйжалуулугуна жана жогорку кубаттуулукка ээ болгон CO₂ газ лазерлерин колдонушат, YAG катуу абалдагы лазерлери колдонулган бир нече учурларды эске албаганда. Бардык эле лазерлер кесүүгө ылайыктуу эмес, анткени лазердик кесүү нурдун сапатына катуу талаптарды коет.
Кесүүчү баш

Ал негизинен сопло, фокустоочу линза жана фокусту көзөмөлдөө системасы сыяктуу компоненттерден турат.

Кесүүчү баштын жетектөөчү түзүлүшү кесүүчү башты алдын ала коюлган программаларга ылайык Z огу боюнча жылдыруу үчүн колдонулат. Ал серво мотордон жана коргошун бурамалары же тиштүү дөңгөлөктөр сыяктуу трансмиссия бөлүктөрүнөн турат.

(1) Соргуч: Соргучтардын үч негизги түрү бар: параллелдүү тип, конвергенттик тип жана конус тип.

(2) Фокустоочу линза: Лазер нурунун энергиясын колдонуп кесүү үчүн, лазер чыгарган баштапкы нур жогорку энергия тыгыздыгына ээ жарык чекитин түзүү үчүн линза аркылуу фокусталышы керек. Орто жана узун фокустук аралыктагы линзалар калың пластиналарды кесүүгө ылайыктуу жана көзөмөлдөө системасынын аралык туруктуулугуна төмөнкү талаптарды коёт. Кыска фокустук аралыктагы линзалар 3 ммден төмөн ичке пластиналарды кесүүгө гана ылайыктуу; алар көзөмөлдөө системасынын аралык туруктуулугуна катуу талаптарды коёт, бирок керектүү лазердик чыгуу кубаттуулугун бир топ төмөндөтүшү мүмкүн.

(3) Көзөмөлдөө системасы: Лазердик кесүүчү машинанын фокусту көзөмөлдөө системасы, адатта, фокустоочу кесүүчү баштан жана көзөмөлдөөчү сенсор системасынан турат. Кесүүчү баш нурду багыттоо жана фокустоо, суу менен муздатуу, газ үйлөө жана механикалык жөнгө салуу функцияларын бириктирет.

Сенсор сезүүчү элементтерден жана күчөтүүнү башкаруу блогунан турат. Көзөмөлдөө системалары сезүүчү элементтердин түрүнө жараша толугу менен өзгөрүп турат. Эки негизги түрү бар: бири - сыйымдуулук сенсорун көзөмөлдөө системасы, ал контактсыз көзөмөлдөө системасы деп да аталат; экинчиси - индуктивдүү сенсорду көзөмөлдөө системасы, ал контактты көзөмөлдөө системасы деп да аталат.
Нур өткөргүчтөрдүн жыйындысы

Тышкы оптикалык жол: Лазер нурун керектүү багытка багыттоо үчүн чагылдыруучу күзгүлөр колдонулат. Нурдун жолундагы бузулуулардын алдын алуу үчүн, бардык чагылдыруучу күзгүлөр калканчтар менен корголот жана күзгүлөрдү булгануудан сактоо үчүн таза оң басымдагы коргоочу газ киргизилет. Жогорку өндүрүмдүү линза дивергент эмес нурду чексиз кичинекей чекитке фокустай алат. 5,0 дюймдук фокустук аралыкка ээ линза көбүнчө колдонулат, ал эми 7,5 дюймдук линза 12 ммден калыңыраак материалдарды кесүү үчүн гана колдонулат.
Станок куралдарынын жумушчу столу

Негизги машинанын корпусу: Станоктун бөлүгүлазердик кесүүчү машинакесүүчү жумушчу платформаны кошо алганда, X, Y жана Z окторунун кыймылын ишке ашырган механикалык бөлүк.
Сандык башкаруу системасы

NC системасы X, Y, Z огу боюнча кыймылдарды жасоо үчүн станокту башкарат жана ошол эле учурда лазердин чыгуу кубаттуулугун жөнгө салат.
Муздатуу системасы

Муздаткыч: Ал лазер генераторун муздатуу үчүн колдонулат. Лазер - бул электр энергиясын жарык энергиясына айландыруучу түзүлүш. Мисалы, CO₂ газ лазеринин конвертациялоо эффективдүүлүгү жалпысынан 20% түзөт, ал эми калган энергия жылуулукка айланат. Муздатуучу суу лазер генераторунун кадимки иштешин камсыз кылуу үчүн ашыкча жылуулукту кетирет. Муздаткыч ошондой эле станоктун тышкы оптикалык жол күзгүлөрүн жана фокустоочу линзаларын муздатат, нурдун туруктуу өткөрүлүшүн камсыз кылат жана линзанын ысып кетүүдөн улам деформацияланышын же жарылышын натыйжалуу алдын алат.
Газ цилиндрлери

Газ баллондоруна жумушчу чөйрөнүн баллондору жана лазердик кесүүчү машина үчүн көмөкчү газ баллондору кирет, алар лазердик термелүү үчүн өнөр жай газдарын толуктоо жана кесүүчү баш үчүн көмөкчү газдарды берүү үчүн колдонулат.
Чаңды кетирүү системасы

Ал иштетүү учурунда пайда болгон түтүндү жана чаңды бөлүп чыгарат жана чыккан газдардын айлана-чөйрөнү коргоо стандарттарына жооп берерин камсыз кылуу үчүн чыпкалоону жүргүзөт.
Аба муздатуучу кургаткыч жана чыпка

Ал лазер генераторуна жана нур жолуна таза, кургак аба берип, нур жолу менен чагылдыруучу күзгүлөрдүн нормалдуу иштешин камсыз кылат.

2.2 Лазердик кесүү үчүн кесүүчү фонарь

Лазер менен кесүү үчүн кесүүчү фонардын структуралык схемасы төмөндө көрсөтүлгөн. Ал негизинен фонардын корпусунан, фокустоочу линзадан, чагылдыруучу күзгүдөн жана жардамчы газ форсункасынан турат. Лазер менен кесүү учурунда кесүүчү фонар төмөнкү талаптарга жооп бериши керек:

① Фонарь жетиштүү газ агымын чыгара алат.

② Фонарь ичиндеги газдын чыгуу багыты чагылдыруучу күзгүнүн оптикалык огу менен коаксиалдуу болушу керек.

③ Фонардын фокустук аралыгын оңой эле тууралоого болот.

④ Кесүү учурунда металлдын буусу жана кесилген металлдан чачырандылар чагылдыруучу күзгүгө зыян келтирбеши керек.

Кесүүчү фонардын кыймылы NC кыймыл системасы менен жөнгө салынат. Кесүүчү фонарь менен даярдалган бөлүктүн ортосундагы салыштырмалуу кыймылдын үч сценарийи бар:

① Иштөө бөлүктөрү жумушчу стол аркылуу жылып жатканда, фонарь кыймылсыз бойдон калат — негизинен кичинекей өлчөмдөгү иш бөлүктөрү үчүн ылайыктуу.

② Фонарь кыймылдап жатканда даяр бөлүк кыймылсыз бойдон калат.

③ Фонарь да, жумушчу стол да бир убакта кыймылдайт.

2.2.1 Кесүүчү башы

Лазердик кесүүчү башы фокустоочу линзадан жана кесүүчү соплодон турган нур берүү системасынын аягында жайгашкан.

Фокустоочу линзалар негизинен фокустук аралык боюнча классификацияланат. Көпчүлүк лазердик кесүүчү жабдуулар ар кандай фокустук аралыкка ээ бир нече кесүүчү баштар менен жабдылган. CO₂ лазердик кесүүнү мисал катары алсак, кеңири таралган фокустук аралыктар 127 мм (5 дюйм) жана 190 мм (7,5 дюйм). Кыска фокустук аралыктагы линза кичинекей фокустук чекитти жана кыска фокустук тереңдикти пайда кылат, бул бурчтун туурасын азайтууга жана майда кесүүлөргө жетүүгө өбөлгө түзөт. Узун фокустук аралыктагы линза чоңураак фокустук чекитти жана узунураак фокустук тереңдикти берет. Кыска фокустук аралыктагы линзаларга салыштырмалуу, узун фокустук аралыктагы линзалар фокустук чекитке жакын жерде материалды иштетүү үчүн жетиштүү лазердик энергия тыгыздыгы менен фокустук нурду камсыздай алат. Ошондуктан, кыска фокустук аралыктагы линзалар көбүнчө жука пластиналарды так кесүү үчүн колдонулат, ал эми узун фокустук аралыктагы линзалар калың материалдар үчүн жетиштүү фокустук тереңдикти алуу үчүн талап кылынат, бул чекиттин диаметринин минималдуу өзгөрүшүн жана кесүү калыңдыгынын диапазонунда жетиштүү кубаттуулук тыгыздыгын камсыз кылат.

Фокустоочу линзалар кесүүчү фонарьга түшкөн параллель лазер нурун фокустоо үчүн колдонулат, бул кичине так өлчөмүнө жана жогорку кубаттуулук тыгыздыгына жетишүүгө мүмкүндүк берет. Линзалар лазердин толкун узундугун өткөрө алган материалдардан жасалган. Оптикалык айнек көбүнчө катуу абалдагы лазерлер үчүн колдонулат, ал эми ZnSe, GaAs жана Ge сыяктуу материалдар CO₂ газ лазерлери үчүн колдонулат (анткени кадимки айнек CO₂ лазер нурлары үчүн тунук эмес), алардын ичинен ZnSe эң кеңири колдонулат.

Лазердик кесүү үчүн, кубаттуулуктун тыгыздыгын жогорулатуу жана жогорку ылдамдыкта кесүүнү камсыз кылуу үчүн фокустук чекиттин диаметрин минималдаштыруу максатка ылайыктуу. Бирок, линзанын фокустук аралыгы кыскараак болсо, фокустук тереңдик кичирээк болуп, калың плиталарды кескенде перпендикуляр кесилген бетке жетүүнү кыйындатат. Мындан тышкары, фокустук аралыгы кыскараак болсо, линза менен даярдалган бөлүктүн ортосундагы аралык азаят, кесүү учурунда линзанын эриген чачырандылардан булгануу коркунучу жогорулап, кадимки иштөөсүнө таасир этет. Ошондуктан, тиешелүү фокустук аралык кесүүнүн калыңдыгы жана кесүү сапатына коюлган талаптар сыяктуу факторлордун негизинде комплекстүү аныкталышы керек.

2.2.2 Чагылыштыруучу күзгү

Чагылдыруучу күзгүнүн функциясы лазерден чыккан нурдун багытын өзгөртүү болуп саналат. Катуу абалдагы лазерлерден чыккан нурлар үчүн оптикалык айнектен жасалган чагылдыруучу күзгүлөрдү колдонсо болот. Ал эми CO₂ газ лазердик кесүүчү түзүлүштөрдөгү чагылдыруучу күзгүлөр, адатта, жогорку чагылдыруучулугу бар жезден же металлдардан жасалат. Иштөө учурунда лазердик нурлануунун ысып кетишинен келип чыккан зыяндын алдын алуу үчүн, чагылдыруучу күзгүлөр, адатта, суу менен муздатылат.

2.2.3 Соргуч

Сопло кесүү зонасына кошумча газ чачуу үчүн колдонулат жана анын түзүлүшү кесүүнүн натыйжалуулугуна жана сапатына белгилүү бир таасирин тийгизет. 4.11-сүрөттө лазердик кесүү үчүн кеңири таралган сопло формалары көрсөтүлгөн; сопло тешик формаларына цилиндрдик, конустук жана конвергенциялык-дивергенциялык түрлөрү кирет.

Сопло тандоо, адатта, даярдалуучу бөлүктүн материалына жана калыңдыгына, ошондой эле көмөкчү газдын басымына негизделген сыноолор аркылуу аныкталат. Лазердик кесүү, адатта, коаксиалдык соплолорду колдонот (мында газ агымы оптикалык ок менен коаксиалдуу болот). Эгерде газ агымы жана лазер нуру коаксиалдуу болбосо, кесүү учурунда ашыкча чачырап кетиши мүмкүн. Сопло тешигинин ички дубалы газдын тоскоолдуксуз агымын камсыз кылуу жана кесилген жердин сапатына таасир этиши мүмкүн болгон турбуленттүүлүктү болтурбоо үчүн жылмакай болушу керек. Кесүүнүн туруктуулугун камсыз кылуу үчүн, соплонун учунун бети менен даярдалуучу жердин бетинин ортосундагы аралык минималдаштырылышы керек, адатта 0,5 ммден 2,0 ммге чейин. Сопло тешигинин диаметри лазер нурунун жылмакай өтүшүнө мүмкүндүк берип, нурдун тешиктин ички дубалына тийип кетишине жол бербеши керек. Тешиктин диаметри канчалык кичине болсо, нурду коллимациялоо ошончолук кыйын болот. Белгилүү бир көмөкчү газ басымы үчүн сопло тешигинин диаметрлеринин оптималдуу диапазону бар. Ашыкча кичинекей же чоң тешик эритилген продуктыларды кесилген жерден алып чыгууга тоскоол болот жана кесүү ылдамдыгына таасир этет.

Лазердин туруктуу кубаттуулугунда жана көмөкчү газ басымында кесүү ылдамдыгына сопло тешиктин диаметринин таасири 4.12 жана 4.13-сүрөттөрдө көрсөтүлгөн. Максималдуу кесүү ылдамдыгына жеткен оптималдуу сопло тешиктин диаметри бар экенин көрүүгө болот. Бул оптималдуу маани көмөкчү газ катары кычкылтек же аргон колдонулганына карабастан болжол менен 1,5 мм түзөт.

Катуу эритмелерди (кесүү кыйын болгон) лазер менен кесүү боюнча жүргүзүлгөн сыноолор 4.14-сүрөттө көрсөтүлгөндөй, форсунканын тешикчесинин оптималдуу диаметри жогорудагы натыйжаларга абдан жакын экенин көрсөтүп турат. Фоссилканын тешикчесинин диаметри ошондой эле кесилген жердин туурасына жана ысыкка кабылган зонанын (ЖТЗ) туурасына таасир этет. 4.15-сүрөттө көрсөтүлгөндөй, форсунканын тешикчесинин диаметринин көбөйүшү менен кесилген жердин туурасы жогорулайт, ал эми ЖТЗнын туурасы тарыйт. ЖТЗнын тарышынын негизги себеби - кесүү зонасындагы негизги материалга көмөкчү газ агымынын муздатуу таасиринин күчөшү.

2.3 Лазердик кесүүчү жабдуулардын параметрлери

2.3.1 Факел менен иштеген кесүүчү жабдуулар

Фонарь менен иштеген кесүүчү жабдууларда кесүүчү фонарь кыймылдуу порталга орнотулуп, порталдык нур боюнча горизонталдуу түрдө жылат (Y огу). Портер фонарьды X огу боюнча жылдырууга түрткү берет, ал эми жумуш бөлүктөрү жумушчу столдо бекитилет. Лазер жана кесүүчү фонарь өзүнчө жайгашкандыктан, кесүү процессинде лазердин өткөрүү мүнөздөмөлөрү, нурду сканерлөө багыты боюнча параллелизм жана чагылдыруучу күзгүлөрдүн туруктуулугу таасир этет.

Факел менен иштеген кесүүчү жабдуулар чоң өлчөмдөгү жумуш бөлүктөрүн иштете алат. Ал кесүү өндүрүш аймагы үчүн салыштырмалуу кичинекей аянтты ээлейт жана өндүрүш линиясын түзүү үчүн башка жабдуулар менен оңой интеграцияланышы мүмкүн. Бирок, анын позициялоо тактыгы ±0,04 мм гана.

Фонарь менен иштеген кесүүчү жабдуулардын типтүү түзүлүшү 4.19-сүрөттө көрсөтүлгөн. Үзгүлтүксүз толкундуу CO₂ лазердик кесүүчү машина кабыл алынган, лазерден кесүүчү фонарьга чейинки аралык 18 м. Бул өткөрүү аралыгында нурдун диаметринин өзгөрүшү кесүү операцияларына тоскоол болбошу үчүн, осциллятор күзгүлөрүнүн айкалышы кылдаттык менен иштелип чыгышы керек.

Факел менен иштеген кесүүчү жабдуулардын негизги техникалык параметрлери төмөнкүлөр:

Лазердин чыгаруу кубаттуулугу: 1,5 кВт (бир режимдүү), 3 кВт (көп режимдүү)
Фонарь кыймылы: X огу 6,2 м, Y огу 2,6 м
Айдоо ылдамдыгы: 0–10 м/мин (жөнгө салынат)
Фонарь Z огу боюнча калкып жүрүү: 150 мм
Фонарь Z огун жөндөө ылдамдыгы: 300 мм/мин
Иштетилген болот плитасынын максималдуу өлчөмү: 12 мм × 2400 мм × 6000 мм
Башкаруу системасы: Интеграцияланган NC башкаруу режими

2.3.2 XY үстөл менен кесүүчү жабдыктар

XY үстөлү менен башкарылуучу кесүүчү жабдууларда кесүүчү фонарь рамага бекитилет, ал эми даяр буюм кесүүчү столдун үстүнө коюлат. Кесүүчү стол NC буйруктарына ылайык X жана Y октору боюнча жылат, жөнгө салынуучу айдоо ылдамдыгы адатта 0–1 м/мин же 0–5 м/мин аралыгында болот. Кесүүчү фонарь даяр буюмга салыштырмалуу кыймылсыз тургандыктан, кесүү процессинде лазер нурунун тегизделишине жана борборлоштурулушуна тийгизген таасирин минималдаштырып, бирдей жана туруктуу кесүү ишин камсыз кылат. Жогорку механикалык тактыкка ээ болгон кичинекей кесүүчү стол менен жабдылганда, машина ±0,01 мм жана позициялоо тактыгына жетет.кесүү тактыгы мыкты, бул аны кичинекей тетиктерди так кесүү үчүн өзгөчө ылайыктуу кылат. Мындан тышкары, чоң өлчөмдөгү даяр бөлүктөрдү иштетүү үчүн 2300–2400 мм X огу жана 1200–1300 мм Y огу менен кесилген чоңураак кесүүчү столдор бар.

XY үстөл менен башкарылуучу кесүүчү жабдуулардын негизги техникалык параметрлери төмөнкүлөр:

Лазер булагы: CO₂ газ лазери (жарым-жартылай жабык түз түтүк түрү)
Лазердик кубат булагы: Киргизүү чыңалуу 200 В өзгөрмө ток; Чыгуу чыңалуу 0–30 кВ; Максималдуу чыгуучу ток 100 мА
Лазердин чыгуу кубаттуулугу: 550 Вт
Кесүүчү столдун жүрүшү: X огу 2300 мм, Y огу 1300 мм
Кесүүчү столдун айдоо ылдамдыгы (кадам менен жөнгө салынат): 0.4–5.0 м/мин, 0.2–2.5 м/мин, 0.1–1.3 м/мин, 0.05–0.6 м/мин
Фонарь Z огу боюнча калкып жүрүү: 180 мм
Иштетилген плитанын максималдуу өлчөмү: 6 мм × 1300 мм × 2300 мм
Башкаруу системасы: Сандык башкаруу (NC) режими

2.3.3 Эки кыймылдаткычтуу кесүүчү жабдыктар (фонарь жана стол)

Кош кыймылдаткычтуу кесүүчү жабдуулар (фонарь жана стол) конструкциясы боюнча фонарь менен иштеген жана XY стол менен иштеген кесүүчү машиналардын ортосуна туура келет. Кесүүчү фонарь порталга орнотулган жана порталдык устун боюнча горизонталдуу түрдө жылат (Y огу), ал эми кесүүчү стол узунунан жылат. Бул гибриддик дизайн жогорку кесүү тактыгынын жана мейкиндикти үнөмдөөнүн натыйжалуулугунун артыкчылыктарын айкалыштырат. ±0,01 мм позициялоо тактыгы жана 0–20 м/мин жөнгө салынуучу кесүү ылдамдыгы диапазону менен, ал рынокто эң кеңири колдонулган кесүүчү машиналардын бири. Бул машинанын чоңураак моделдери Y огу боюнча 2000 мм жана X огу боюнча 6000 мм жүрүштү сунуштайт, бул чоң өлчөмдөгү жумуш бөлүктөрүн кесүүгө мүмкүндүк берет.

Лазердик осциллятор кесүүчү фонарь менен катарлаш гантриге орнотулган. Бул конфигурация тегерек тешиктерди кесүүдө өзгөчө тактыкты камсыз кылат. Машина ошондой эле жогорку өндүрүштүк натыйжалуулукка ээ: ал 1 мм калыңдыктагы болот пластинада мүнөтүнө 46 тегерек тешикти (диаметри 10 мм) кесе алат.

2.3.4 Интеграцияланган кесүүчү жабдуулар

биринтеграцияланган кесүүчү машина, лазер булагы рамага орнотулуп, аны менен бирге узунунан жылат, ал эми кесүүчү фонарь раманын устунунун бою менен горизонталдуу жылуу үчүн анын жетектөөчү механизми менен интеграцияланган. Машина ар кандай формадагы компоненттерди кесүү үчүн сандык башкарууну колдонот. Кесүүчү фонарьдын горизонталдуу кыймылынан улам пайда болгон оптикалык жолдун узундугунун өзгөрүшүн компенсациялоо үчүн, адатта, оптикалык жолдун узундугун жөнгө салуу модулу менен жабдылган. Бул модуль кесүү аймагында бир тектүү лазер нурун камсыздайт жана кесүүчү беттин сапатын туруктуу сактайт.

Жарыяланган убактысы: 2025-жылдын 17-декабры