Лазер белән кисү һәм аны эшкәртү системасы нигезләре —Лазер белән кисү җиһазлары

II. Лазер белән кисү җиһазларының составы

2.1 Лазер кисү машинасының компонентлары һәм эш принцибы

Лазер кисү машинасы лазер эмиттерыннан, кисү башы, нур тапшыру җыелмасыннан, станок эш өстәленнән, санлы идарә итү (NC) системасыннан, компьютердан (аппарат һәм программа тәэминаты), суыткычтан, саклагыч газ баллоныннан, тузан җыючыдан һәм һава киптергечтән тора.

Лазер генераторы

Лазер генераторы - лазер яктылык чыганакларын җитештерүче җайланма. Лазер белән кисү өчен күпчелек машиналар югары электро-оптик үзгәртү нәтиҗәлелегенә һәм югары куәт чыгаруга ия булган CO₂ газ лазерларын кулланалар, YAG каты халәт лазерлары кулланылган берничә очрактан тыш. Барлык лазерлар да кисү өчен яраклы түгел, чөнки лазер белән кисү нур сыйфатына катгый таләпләр куя.
Кисү башы

Ул, нигездә, сопло, фокуслау линзасы һәм фокусны күзәтү системасы кебек компонентлардан тора.

Кисү башын йөртү җайланмасы кисү башын алдан билгеләнгән программалар буенча Z күчәре буенча хәрәкәтләндерү өчен кулланыла. Ул серво мотордан һәм трансмиссия өлешләреннән, мәсәлән, кургаш винтлардан яки шестернялардан тора.

(1) Насадка: Насадкаларның өч төп төре бар: параллель тип, конвергент тип һәм конус тип.

(2) Фокуслаштыручы линза: Лазер нуры энергиясен кулланып кисү өчен, лазер чыгарган башлангыч нур югары энергия тыгызлыгы булган яктылык ноктасы формалаштыру өчен линза аша фокусланырга тиеш. Уртача һәм озын фокус озынлыгындагы линзалар калын пластиналарны кисү өчен яраклы һәм күзәтү системасының ара тотрыклылыгына түбәнрәк таләпләр куя. Кыска фокус озынлыгындагы линзалар 3 мм дан түбәнрәк нечкә пластиналарны кисү өчен генә яраклы; алар күзәтү системасының ара тотрыклылыгына катгый таләпләр куя, ләкин кирәкле лазер чыгару куәтен сизелерлек киметергә мөмкин.

(3) Күзәтү системасы: Лазер кисү машинасының фокус күзәтү системасы, гадәттә, фокуслау кисү башыннан һәм күзәтү сенсоры системасыннан тора. Кисү башы нурны юнәлтү һәм фокуслау, су белән суыту, газ өрү һәм механик көйләү функцияләрен берләштерә.

Сенсор сизү элементларыннан һәм көчәйтү белән идарә итү блогыннан тора. Күзәтү системалары сизү элементлары төренә карап тулысынча аерылып тора. Ике төп төр бар: берсе - сыйдырышлы сенсор күзәтү системасы, ул шулай ук контактсыз күзәтү системасы дип тә атала; икенчесе - индуктив сенсор күзәтү системасы, ул шулай ук контакт күзәтү системасы дип тә атала.
Нур тапшыру җыелмасы

Тышкы оптик юл: Лазер нурын кирәкле юнәлешкә юнәлтү өчен чагылдыргыч көзгеләр кулланыла. Нур юлындагы эшләмәүләрне булдырмас өчен, барлык чагылдыргыч көзгеләр дә экраннар белән саклана, һәм көзгеләрне пычранудан саклау өчен чиста уңай басымлы саклагыч газ кертелә. Югары нәтиҗәле линза аерылмаган нурны чиксез кечкенә ноктага юнәлтә ала. Гадәттә 5,0 дюймлы фокус озынлыгы булган линза кулланыла, ә 7,5 дюймлы линза 12 мм дан калынрак материалларны кисү өчен генә кулланыла.
Станок кораллары өчен эш өстәле

Төп станок корпусы: станок коралы бүлегелазер кисү машинасыкисү эш платформасын да кертеп, X, Y һәм Z күчәрләренең хәрәкәтен гамәлгә ашыручы механик өлеш.
Санлы контроль системасы

NC системасы X, Y, Z күчәрләре хәрәкәтләренә ирешү өчен станок коралын контрольдә тота һәм шул ук вакытта лазерның чыгу көчен көйли.
Суыту системасы

Суыткыч җайланма: Ул лазер генераторын суыту өчен кулланыла. Лазер - электр энергиясен яктылык энергиясенә әйләндерә торган җайланма. Мәсәлән, CO₂ газ лазерының үзгәртү нәтиҗәлелеге гадәттә 20% тәшкил итә, калган энергия җылылыкка әйләнә. Суыткыч су лазер генераторының нормаль эшләвен тәэмин итү өчен артык җылылыкны бетерә. Суыткыч җайланма шулай ук станокның тышкы оптик юл көзгеләрен һәм фокуслау линзаларын суыта, нур үткәрү сыйфатының тотрыклылыгын тәэмин итә һәм артык җылыну аркасында линзаның деформациясен яки ярылуын нәтиҗәле рәвештә булдырмый.
Газ баллоннары

Газ баллоннарына эш мохите баллоннары һәм лазер кисү станогы өчен ярдәмче газ баллоннары керә, алар лазер тирбәнеше өчен сәнәгать газларын тулыландыру һәм кисү башы өчен ярдәмче газлар белән тәэмин итү өчен кулланыла.
Тузанны бетерү системасы

Ул эшкәртү барышында барлыкка килгән төтен һәм тузанны аерып ала һәм чыгару газлары чыгаруларының әйләнә-тирә мохитне саклау стандартларына туры килүен тәэмин итү өчен фильтрлау үткәрә.
Һава суыту киптергече һәм фильтр

Ул лазер генераторына һәм нур юлына чиста, коры һава бирә, нур юлының һәм чагылдыручы көзгеләрнең нормаль эшләвен тәэмин итә.

2.2 Лазер белән кисү өчен кисү фонаре

Лазер белән кисү өчен кисү фонаренең структура схемасы түбәндә күрсәтелгән. Ул, нигездә, фонарь корпусыннан, фокуслаучы линзадан, чагылдыручы көзгедән һәм ярдәмче газ насадкасыннан тора. Лазер белән кисү вакытында кисү фонары түбәндәге таләпләргә туры килергә тиеш:

① Факел җитәрлек күләмдә газ агымын чыгара ала.

2 Факел эчендәге газның чыгару юнәлеше чагылдыручы көзгенең оптик күчәре белән коаксиаль булырга тиеш.

③ Фонарьның фокус аралыгын җиңел көйләргә мөмкин.

④ Кисү вакытында металл пары һәм киселгән металлдан чыккан сиптерүләр чагылдыручы көзгегә зыян китермәскә тиеш.

Кисү фонаренең хәрәкәте NC хәрәкәт системасы белән көйләнә. Кисү фонары һәм эшләнгән кисәк арасындагы чагыштырма хәрәкәт өчен өч сценарий бар:

① Эш әйбере эш өстәле аша хәрәкәт иткәндә, фонарь хәрәкәтсез кала — нигездә, кечкенә күләмле эш әйберләре өчен яраклы.

② Факел хәрәкәт иткәндә эш кисәге хәрәкәтсез кала.

③ Факел да, эш өстәле дә бер үк вакытта хәрәкәт итә.

2.2.1 Кисү башы

Лазер кисү башы нур тапшыру системасының очында урнашкан, ул фокуслаучы линзадан һәм кисү насадкасыннан тора.

Фокуслау линзалары, нигездә, фокус озынлыгы буенча классификацияләнә. Күпчелек лазер кисү җиһазлары төрле фокус озынлыклары булган берничә кисү башлары белән җиһазландырылган. CO₂ лазер кисү мисалында, гадәти фокус озынлыклары 127 мм (5 дюйм) һәм 190 мм (7,5 дюйм) тәшкил итә. Кыска фокус озынлыклы линза кечкенә фокус ноктасы һәм кыска фокус тирәнлеге бирә, бу кисү киңлеген киметүгә һәм нечкәрәк кисүләргә ирешүгә ярдәм итә. Озын фокус озынлыклы линза зуррак фокус ноктасы һәм озынрак фокус тирәнлеге бирә. Кыска фокус озынлыклы линзалар белән чагыштырганда, озын фокус озынлыклы линзалар фокус ноктасы янында материал эшкәртү өчен җитәрлек лазер энергиясе тыгызлыгы белән фокусланган нур бирә ала. Шуңа күрә кыска фокус озынлыклы линзалар күбесенчә нечкә пластиналарны төгәл кисү өчен кулланыла, ә озын фокус озынлыклы линзалар калынрак материаллар өчен җитәрлек фокус тирәнлеге алу өчен кирәк, бу нокта диаметрында минималь үзгәрешләрне һәм кисү калынлыгы диапазонында җитәрлек көч тыгызлыгын тәэмин итә.

Фокуслаучы линзалар кисү фонаренә төшкән параллель лазер нурын фокуслау өчен кулланыла, шуның белән нокта зурлыгы кечерәк һәм энергия тыгызлыгы югарырак була. Линзалар лазер дулкын озынлыгын үткәрә ала торган материаллардан ясалган. Оптик пыяла гадәттә каты тирәлекле лазерлар өчен кулланыла, ә ZnSe, GaAs һәм Ge кебек материаллар CO₂ газ лазерлары өчен кулланыла (гади пыяла CO₂ лазер нурлары өчен үтә күренмәле түгел), алар арасында ZnSe иң киң кулланыла.

Лазер белән кисү өчен, көч тыгызлыгын арттыру һәм югары тизлектә кисү мөмкинлеге бирү өчен, фокус ноктасының диаметрын минимальләштерү максатка ярашлы. Ләкин, линзаның кыскарак фокус озынлыгы фокус тирәнлегенең кечерәк булуына китерә, бу калын пластиналарны кискәндә перпендикуляр кисү өслегенә ирешүне кыенлаштыра. Моннан тыш, кыскарак фокус озынлыгы линза белән эшләнгән кисәк арасындагы араны киметә, кисү вакытында линзаның эрегән сиптерүләр белән пычрану куркынычын арттыра һәм нормаль эшләүгә тәэсир итә. Шуңа күрә, тиешле фокус озынлыгы кисү калынлыгы һәм кисү сыйфаты таләпләре кебек факторларга нигезләнеп комплекслы билгеләнергә тиеш.

2.2.2 Чагыштыручан көзге

Чагыштыру көзгесенең функциясе - лазердан чыккан нур юнәлешен үзгәртү. Каты халәтле лазерлардан алынган нурлар өчен оптик пыяладан ясалган чагылту көзгеләре кулланылырга мөмкин. Киресенчә, CO₂ газ лазер кисү җайланмаларындагы чагылту көзгеләре гадәттә югары чагылтучанлыкка ия бакырдан яки металлардан ясала. Эш вакытында лазер нурландыруыннан артык кызу аркасында килеп чыккан зыянны булдырмас өчен, чагылту көзгеләре гадәттә су белән суытыла.

2.2.3 Сопло

Сопло кисү зонасына ярдәмче газ сиптерү өчен кулланыла, һәм аның структурасы кисү нәтиҗәлелегенә һәм сыйфатына билгеле бер йогынты ясый. 4.11 нче рәсемдә лазер белән кисү өчен киң таралган сопло формалары күрсәтелгән; сопло тишек формаларына цилиндрик, конус һәм конвергенция-диверсия төрләре керә.

Насадканы сайлау, гадәттә, эш материалының материалына һәм калынлыгына, шулай ук ярдәмче газ басымына нигезләнгән сынаулар аша билгеләнә. Лазер белән кисү гадәттә коаксиаль насадкаларны куллана (газ агымы оптик күчәр белән коаксиаль). Әгәр газ агымы һәм лазер нуры коаксиаль булмаса, кисү вакытында артык сиптерү барлыкка килергә мөмкин. Насадка тишегенең эчке стенасы газ агымын тоткарламау һәм борылыш сыйфатына тәэсир итә торган турбулентлыкны булдырмау өчен шома булырга тиеш. Кисү тотрыклылыгын тәэмин итү өчен, насадка очы һәм эш материалы өслеге арасындагы ара минимальләштерелергә тиеш, гадәттә 0,5 мм дан 2,0 мм га кадәр. Насадка тишегенең диаметры лазер нурының шома үтүенә мөмкинлек бирергә тиеш, нурның тишекнең эчке стенасына тиюенә юл куймаска тиеш. Тишек диаметры кечерәк булган саен, нурны коллимацияләү авыррак. Билгеле бер ярдәмче газ басымы өчен насадка тишегенең оптималь диапазоны бар. Артык кечкенә яки зур тишек борылыштан эрегән продуктларны чыгаруга комачаулый һәм кисү тизлегенә тәэсир итә.

Лазер көче һәм ярдәмче газ басымы астында кисү тизлегенә сопло тишеге диаметрының йогынтысы 4.12 һәм 4.13 рәсемнәрдә күрсәтелгән. Максималь кисү тизлегенә ирешә торган оптималь сопло тишеге диаметры барлыгын күрергә мөмкин. Бу оптималь кыйммәт, кислород яки аргон ярдәмче газ буларак кулланылуга карамастан, якынча 1,5 мм тәшкил итә.

Каты эретмәләрне (кисүе авыр булган) лазер белән кисү буенча үткәрелгән сынаулар күрсәткәнчә, оптималь форсунка тишек диаметры югарыдагы нәтиҗәләргә бик якын, бу 4.14 нче рәсемдә күрсәтелгән. Фоссилка тишек диаметры шулай ук борылыш киңлегенә һәм җылылык тәэсир итүче зона (HAZ) киңлегенә тәэсир итә. 4.15 нче рәсемдә күрсәтелгәнчә, форсунка тишек диаметры арткан саен, борылыш киңлеге арта, ә HAZ киңлеге тарая. HAZ тараюының төп сәбәбе - кисү зонасындагы төп материалга ярдәмче газ агымының суыту эффектының көчәюе.

2.3 Лазер кисү җиһазларының параметрлары

2.3.1 Факел белән эшли торган кисү җиһазлары

Факел белән эшли торган кисү җиһазларында кисү факелы хәрәкәтләнүче гантрига урнаштырыла һәм гантри нуры (Y күчәре) буенча горизонталь рәвештә хәрәкәтләнә. Гантри факелны X күчәре буенча хәрәкәткә китерә, ә эш әйбере эш өстәленә беркетелгән була. Лазер һәм кисү факелы аерым урнаштырылганлыктан, кисү процессында лазер тапшыру үзенчәлекләре, нурны сканерлау юнәлеше буенча параллелизм һәм чагылдыручы көзгеләрнең тотрыклылыгы тәэсир итә.

Факел белән эшли торган кисү җиһазлары зур күләмле эш кисәкләрен эшкәртә ала. Ул кисү җитештерү зонасы өчен чагыштырмача кечкенә мәйданны били һәм җитештерү линиясен формалаштыру өчен башка җиһазлар белән җиңел интеграцияләнергә мөмкин. Ләкин аның урнашу төгәллеге нибары ±0,04 мм.

Факел белән эшләүче кисү җиһазларының типик структурасы 4.19 нчы рәсемдә күрсәтелгән. Лазердан кисү факелына кадәр ара 18 м булган өзлексез дулкынлы CO₂ лазер кисү машинасы кулланыла. Бу тапшыру аралыгы аша нур диаметры үзгәрүе кисү операцияләренә комачауламасын өчен, осциллятор көзгеләре комбинациясен җентекләп эшләргә кирәк.

Факел белән эшли торган кисү җиһазларының төп техник параметрлары түбәндәгеләр:

Лазер чыгыш көче: 1,5 кВт (бер режимлы), 3 кВт (күп режимлы)
Факел хәрәкәте: X күчәре 6,2 м, Y күчәре 2,6 м
Йөртү тизлеге: 0–10 м/мин (көйләү мөмкинлеге)
Факелның Z күчәрендәге йөзүче хәрәкәте: 150 мм
Факелның Z күчәрен көйләү тизлеге: 300 мм/мин
Эшкәртелгән корыч пластинаның максималь зурлыгы: 12 мм × 2400 мм × 6000 мм
Идарә итү системасы: Интегральләштерелгән NC идарә итү режимы

2.3.2 XY өстәл белән эшли торган кисү җиһазлары

XY өстәле белән идарә ителә торган кисү җиһазларында кисү фонары рамга беркетелгән, ә эш кисү өстәленә куелган. Кисү өстәле NC командалары буенча X һәм Y күчәрләре буенча хәрәкәт итә, көйләнергә мөмкин булган йөртү тизлеге гадәттә 0–1 м/мин яки 0–5 м/мин арасында була. Кисү фонары эш кисәгенә карата хәрәкәтсез калганлыктан, кисү процессында лазер нурының тигезләнешенә һәм үзәкләштерелүенә йогынтыны минимальләштерә, кисүнең тигез һәм тотрыклы эшләвен тәэмин итә. Югары механик төгәллеккә ия булган кечкенә зурлыктагы кисү өстәле белән җиһазландырылганда, машина ±0,01 мм позицияләү төгәллегенә ирешә һәмкисү төгәллеге бик югары, бу аны кечкенә компонентларны төгәл кисү өчен аеруча яраклы итә. Моннан тыш, зур күләмле эш кисәкләрен эшкәртү өчен 2300–2400 мм X күчәре һәм 1200–1300 мм Y күчәре йөрешле зуррак кисү өстәлләре бар.

XY өстәле белән эшләүче кисү җиһазларының төп техник параметрлары түбәндәгечә:

Лазер чыганагы: CO₂ газ лазеры (ярым ябык туры торба төре)
Лазер белән тәэмин итү: керү көчәнеше 200 ВAC; чыгыш көчәнеше 0–30 кВ; максималь чыгу тогы 100 мА
Лазер чыгыш көче: 550 Вт
Кисү өстәленең хәрәкәте: X күчәре 2300 мм, Y күчәре 1300 мм
Кисү өстәле белән әйләндерү тизлеге (баскыч белән көйләнергә мөмкин): 0.4–5.0 м/мин, 0.2–2.5 м/мин, 0.1–1.3 м/мин, 0.05–0.6 м/мин
Факелның Z күчәре буенча йөзүче хәрәкәте: 180 мм
Эшкәртелгән пластинаның максималь зурлыгы: 6 мм × 1300 мм × 2300 мм
Идарә итү системасы: Санлы идарә итү (NC) режимы

2.3.3 Ике юнәлешле кисү җиһазлары (фонарь һәм өстәл)

Икеләтә хәрәкәтләндергечле кисү җиһазлары (фонарь һәм өстәл) конструкциясе буенча фонарь белән хәрәкәтләндергечле һәм XY өстәл белән хәрәкәтләндергечле кисү машиналары арасында урнашкан. Кисү фонары гантрига урнаштырылган һәм гантри балкасы (Y күчәре) буенча горизонталь хәрәкәтләнә, ә кисү өстәле буйга хәрәкәтләндерелә. Бу гибрид конструкция югары кисү төгәллеге һәм урынны экономияләү нәтиҗәлелеге өстенлекләрен берләштерә. ±0,01 мм позицияләү төгәллеге һәм 0–20 м/мин көйләнә торган кисү тизлеге диапазоны белән ул базарда иң киң кулланыла торган кисү машиналарының берсе. Бу машинаның зуррак модельләре 2000 мм Y күчәре һәм 6000 мм X күчәре йөрешен тәкъдим итә, бу зур күләмле эш кисәкләрен кисәргә мөмкинлек бирә.

Лазер осцилляторы кисү фонаре белән бергә гантрига урнаштырылган. Бу конфигурация түгәрәк тишекләрне кискәндә гаҗәеп төгәллек бирә. Машина шулай ук югары җитештерү нәтиҗәлелеге белән мактана: ул 1 мм калынлыктагы корыч пластинада минутына 46 түгәрәк тишек (диаметры 10 мм) кисә ала.

2.3.4 Интегральләштерелгән кисү җиһазлары

Берсендәинтеграцияләнгән кисү машинасы, лазер чыганагы рамкага урнаштырыла һәм аның белән буйга хәрәкәтләнә, ә кисү фонаре рамка нуры буйлап горизонталь хәрәкәт итү өчен аның йөртү механизмы белән берләштерелгән. Машина төрле формадагы компонентларны кисү өчен санлы идарә итүне куллана. Кисү фонаренең горизонталь хәрәкәте аркасында барлыкка килгән оптик юл озынлыгы үзгәрүен компенсацияләү өчен, гадәттә, оптик юл озынлыгын көйләү модуле җиһазландырыла. Бу модуль кисү өлкәсендә бер төрле лазер нурын тәэмин итә һәм кисү өслегенең сыйфатын даими саклый.

Бастырып чыгару вакыты: 2025 елның 17 декабре