Lazerli kesish asoslari va uni qayta ishlash tizimi —Lazerli kesish uskunalari

II. Lazerli kesish uskunalarining tarkibi

2.1 Lazerli kesish mashinasining komponentlari va ish printsipi

Lazerli kesish mashinasi lazer emitenti, kesish boshi, nur uzatish moslamasi, dastgoh ish stoli, raqamli boshqaruv (NC) tizimi, kompyuter (apparat va dasturiy ta'minot), sovutgich, himoya gaz balloni, chang yig'uvchi va havo quritgichdan iborat.

Lazer generatori

Lazer generatori lazer yorug'lik manbalarini ishlab chiqaradigan qurilmadir. Lazer bilan kesish uchun ko'pgina mashinalar yuqori elektro-optik konvertatsiya samaradorligi va yuqori quvvat chiqishiga ega bo'lgan CO₂ gaz lazerlaridan foydalanadilar, faqat YAG qattiq holatdagi lazerlardan foydalaniladigan bir nechta holatlar bundan mustasno. Barcha lazerlar ham kesish uchun mos emas, chunki lazer bilan kesish nur sifatiga qat'iy talablar qo'yadi.
Kesish boshi

U asosan nozul, fokuslash linzasi va fokusni kuzatish tizimi kabi komponentlardan iborat.

Kesish boshi haydovchi qurilmasi oldindan o'rnatilgan dasturlarga muvofiq Z o'qi bo'ylab harakatlanishi uchun kesuvchi boshni boshqarish uchun ishlatiladi. U servo motor va qo'rg'oshin vintlari yoki tishli g'ildiraklar kabi transmissiya qismlaridan iborat.

(1) Nozul: Nozullarning uchta asosiy turi mavjud: parallel tip, konvergent tip va konussimon tip.

(2) Fokuslash linzasi: Lazer nurlari energiyasidan foydalanib kesishni amalga oshirish uchun lazer tomonidan chiqarilgan asl nur yuqori energiya zichligiga ega yorug'lik nuqtasini hosil qilish uchun linza orqali fokuslanishi kerak. O'rta va uzun fokus uzunlikdagi linzalar qalin plastinka kesish uchun mos keladi va kuzatuv tizimining masofa barqarorligi uchun pastroq talablarga ega. Qisqa fokus uzunlikdagi linzalar faqat 3 mm dan past bo'lgan yupqa plastinkalarni kesish uchun mos keladi; ular kuzatuv tizimining masofa barqarorligi uchun qat'iy talablarga ega, ammo kerakli lazer chiqish quvvatini sezilarli darajada kamaytirishi mumkin.

(3) Kuzatuv tizimi: Lazerli kesish mashinasining fokusni kuzatish tizimi odatda fokuslovchi kesish boshi va kuzatuv sensori tizimidan iborat. Kesish boshi nurni yo'naltirish va fokuslash, suvni sovutish, gaz puflash va mexanik sozlash funktsiyalarini birlashtiradi.

Sensor sezgir elementlar va kuchaytirishni boshqarish blokidan iborat. Kuzatuv tizimlari sezgir elementlarning turiga qarab butunlay farq qiladi. Ikkita asosiy tur mavjud: biri sig'imli sensorni kuzatish tizimi, shuningdek, kontaktsiz kuzatuv tizimi sifatida ham tanilgan; ikkinchisi esa induktiv sensorni kuzatish tizimi, shuningdek, kontaktni kuzatish tizimi deb ham ataladi.
Nur uzatish moslamasi

Tashqi optik yo'l: Lazer nurini kerakli yo'nalishga yo'naltirish uchun aks ettiruvchi oynalar ishlatiladi. Nur yo'lidagi nosozliklarning oldini olish uchun barcha aks ettiruvchi oynalar qalqonlar bilan himoyalangan va oynalarni ifloslanishdan saqlaydigan toza musbat bosimli himoya gazi kiritiladi. Yuqori samarali linza divergent bo'lmagan nurni cheksiz kichik nuqtaga fokuslashi mumkin. Odatda 5,0 dyuymli fokus masofasiga ega linza ishlatiladi, 7,5 dyuymli linza esa faqat 12 mm dan qalinroq materiallarni kesish uchun qo'llaniladi.
Mashina asboblari ish stoli

Asosiy mashina korpusi: Mashina asboblari bo'limilazerli kesish mashinasiX, Y va Z o'qlarining, shu jumladan kesish ish platformasining harakatini amalga oshiradigan mexanik qismdir.
Raqamli boshqaruv tizimi

NC tizimi X, Y, Z o'qi harakatlariga erishish uchun dastgoh asbobini boshqaradi va bir vaqtning o'zida lazerning chiqish quvvatini boshqaradi.
Sovutish tizimi

Sovutgich bloki: Lazer generatorini sovutish uchun ishlatiladi. Lazer - bu elektr energiyasini yorug'lik energiyasiga aylantiradigan qurilma. Masalan, CO₂ gaz lazerining konvertatsiya samaradorligi odatda 20% ni tashkil qiladi, qolgan energiya esa issiqlikka aylanadi. Sovutuvchi suv lazer generatorining normal ishlashini ta'minlash uchun ortiqcha issiqlikni olib tashlaydi. Sovutgich bloki shuningdek, dastgohning tashqi optik yo'l oynalarini va fokuslash linzalarini sovutadi, nur uzatish sifatining barqarorligini ta'minlaydi va qizib ketish tufayli linzalarning deformatsiyasi yoki yorilishining oldini oladi.
Gaz ballonlari

Gaz ballonlari lazer tebranishi uchun sanoat gazlarini to'ldirish va kesish boshi uchun yordamchi gazlarni yetkazib berish uchun ishlatiladigan lazer kesish mashinasi uchun ishchi muhit ballonlari va yordamchi gaz ballonlarini o'z ichiga oladi.
Changni tozalash tizimi

U qayta ishlash jarayonida hosil bo'lgan tutun va changni ajratib oladi va chiqindi gazlar chiqindilarining atrof-muhitni muhofaza qilish standartlariga javob berishini ta'minlash uchun filtrlash ishlarini amalga oshiradi.
Havo sovutgichli quritgich va filtr

U lazer generatori va nur yo'liga toza, quruq havo yetkazib beradi, nur yo'li va aks ettiruvchi oynalarning normal ishlashini ta'minlaydi.

2.2 Lazer bilan kesish uchun kesish mash'alasi

Lazer bilan kesish uchun kesish mash'alasining strukturaviy diagrammasi quyida ko'rsatilgan. U asosan mash'ala korpusi, fokuslovchi linza, aks ettiruvchi oyna va yordamchi gaz naychasidan iborat. Lazer bilan kesish paytida kesish mash'alasi quyidagi talablarga javob berishi kerak:

① Mash'ala yetarli gaz oqimini chiqarishi mumkin.

2. Mash'ala ichidagi gazning chiqarish yo'nalishi aks ettiruvchi oynaning optik o'qi bilan koaksiyal bo'lishi kerak.

③ Chiroqning fokus masofasini osongina sozlash mumkin.

④ Kesish paytida, kesilgan metalldan chiqadigan metall bug'lari va sachrashlar aks ettiruvchi oynaga zarar yetkazmasligi kerak.

Kesish mash'alasining harakati NC harakat tizimi tomonidan sozlanadi. Kesish mash'alasi va ish qismi o'rtasidagi nisbiy harakat uchun uchta stsenariy mavjud:

① Ish qismi ish stoli bo'ylab harakatlanayotganda mash'ala harakatsiz qoladi - asosan kichik o'lchamli ish qismlari uchun mos keladi.

② Mash'ala harakatlanayotganda ish qismi harakatsiz qoladi.

③ Mash'ala ham, ish stoli ham bir vaqtning o'zida harakatlanadi.

2.2.1 Kesish boshi

Lazerli kesish boshi nur uzatish tizimining oxirida joylashgan bo'lib, fokuslovchi linza va kesish naychasidan iborat.

Fokuslovchi linzalar asosan fokus uzunligi bo'yicha tasniflanadi. Ko'pgina lazerli kesish uskunalari turli fokus uzunliklariga ega bo'lgan bir nechta kesish kallaklari bilan jihozlangan. Misol tariqasida CO₂ lazerli kesishni olsak, umumiy fokus uzunliklari 127 mm (5 dyuym) va 190 mm (7,5 dyuym) dir. Qisqa fokus uzunlikdagi linza kichik fokus nuqtasi va qisqa fokus chuqurligini hosil qiladi, bu esa qirralarning kengligini kamaytirish va nozikroq kesishlarga erishishga yordam beradi. Uzoq fokus uzunlikdagi linza kattaroq fokus nuqtasi va uzunroq fokus chuqurligini beradi. Qisqa fokus uzunlikdagi linzalar bilan taqqoslaganda, uzun fokus uzunlikdagi linzalar fokus nuqtasi yaqinida materialni qayta ishlash uchun etarli lazer energiya zichligiga ega fokuslangan nurni ta'minlashi mumkin. Shuning uchun, qisqa fokus uzunlikdagi linzalar asosan yupqa plitalarni aniq kesish uchun ishlatiladi, uzun fokus uzunlikdagi linzalar esa qalinroq materiallar uchun etarli fokus chuqurligini olish uchun talab qilinadi, bu esa nuqta diametrining minimal o'zgarishini va kesish qalinligi oralig'ida etarli quvvat zichligini ta'minlaydi.

Fokuslovchi linzalar kesish mash'alasiga tushadigan parallel lazer nurini fokuslash uchun ishlatiladi, bu esa kichikroq nuqta o'lchamiga va yuqori quvvat zichligiga erishishga imkon beradi. Linzalar lazer to'lqin uzunligini o'tkaza oladigan materiallardan tayyorlanadi. Optik oynalar odatda qattiq holatdagi lazerlar uchun ishlatiladi, ZnSe, GaAs va Ge kabi materiallar esa CO₂ gaz lazerlari uchun qo'llaniladi (chunki oddiy shisha CO₂ lazer nurlari uchun shaffof emas), ular orasida ZnSe eng keng tarqalgan hisoblanadi.

Lazer bilan kesish uchun quvvat zichligini oshirish va yuqori tezlikda kesishni ta'minlash uchun fokus nuqtasining diametrini minimallashtirish maqsadga muvofiqdir. Biroq, linzaning qisqaroq fokus uzunligi kichikroq fokus chuqurligiga olib keladi, bu esa qalin plitalarni kesishda perpendikulyar kesilgan yuzaga erishishni qiyinlashtiradi. Bundan tashqari, qisqaroq fokus uzunligi linza va ish qismi orasidagi masofani kamaytiradi, bu esa kesish paytida linzaning erigan sachrashlar bilan ifloslanish xavfini oshiradi va normal ishlashga ta'sir qiladi. Shuning uchun, mos fokus uzunligi kesish qalinligi va kesish sifati talablari kabi omillarga asoslanib har tomonlama aniqlanishi kerak.

2.2.2 Qaytaruvchi oyna

Qaytaruvchi oynaning vazifasi lazerdan chiqadigan nur yo'nalishini o'zgartirishdir. Qattiq holatdagi lazerlardan chiqadigan nurlar uchun optik oynadan yasalgan aks ettiruvchi oynalardan foydalanish mumkin. Bunga javoban, CO₂ gaz lazerini kesish moslamalaridagi aks ettiruvchi oynalar odatda yuqori aks ettirish qobiliyatiga ega mis yoki metallardan tayyorlanadi. Ish paytida lazer nurlanishidan qizib ketish natijasida kelib chiqadigan shikastlanishning oldini olish uchun aks ettiruvchi oynalar odatda suv bilan sovutiladi.

2.2.3 Nozul

Nozul yordamchi gazni kesish zonasiga purkash uchun ishlatiladi va uning tuzilishi kesish samaradorligi va sifatiga ma'lum darajada ta'sir qiladi. 4.11-rasmda lazer bilan kesish uchun keng tarqalgan nozul shakllari ko'rsatilgan; nozul teshigi shakllari silindrsimon, konussimon va konvergent-divergent turlarini o'z ichiga oladi.

Nozulni tanlash odatda ish qismining materiali va qalinligiga, shuningdek, yordamchi gaz bosimiga asoslangan sinovlar orqali aniqlanadi. Lazer bilan kesish odatda koaksial nozullarni qo'llaydi (bu yerda gaz oqimi optik o'q bilan koaksial). Agar gaz oqimi va lazer nuri koaksial bo'lmasa, kesish paytida ortiqcha sachrash ehtimoli yuqori. Nozul teshigining ichki devori gaz oqimining to'sqinliksiz bo'lishini ta'minlash va burilish sifatiga ta'sir qilishi mumkin bo'lgan turbulentlikning oldini olish uchun silliq bo'lishi kerak. Kesish barqarorligini ta'minlash uchun nozul uchi yuzasi va ish qismi yuzasi orasidagi masofa minimallashtirilishi kerak, odatda 0,5 mm dan 2,0 mm gacha. Nozul teshigining diametri lazer nurining silliq o'tishiga imkon berishi kerak, bu esa nurning teshikning ichki devoriga tegishiga yo'l qo'ymaydi. Teshik diametri qanchalik kichik bo'lsa, nurni bir-biriga ulash shunchalik qiyin bo'ladi. Berilgan yordamchi gaz bosimi uchun nozul teshigi diametrlarining optimal diapazoni mavjud. Haddan tashqari kichik yoki katta teshik eritilgan mahsulotlarni burilishdan olib tashlashga to'sqinlik qiladi va kesish tezligiga ta'sir qiladi.

Belgilangan lazer kuchi va yordamchi gaz bosimi ostida kesish tezligiga nasadka teshigi diametrining ta'siri 4.12 va 4.13-rasmlarda ko'rsatilgan. Maksimal kesish tezligiga erishadigan optimal nasadka teshigi diametri mavjudligini ko'rish mumkin. Bu optimal qiymat yordamchi gaz sifatida kislorod yoki argon ishlatilishidan qat'i nazar, taxminan 1,5 mm ni tashkil qiladi.

Qattiq qotishmalarni (kesish qiyin bo'lgan) lazer bilan kesish bo'yicha o'tkazilgan sinovlar shuni ko'rsatadiki, optimal shlang teshigi diametri yuqoridagi natijalarga juda yaqin, bu 4.14-rasmda ko'rsatilgan. Shlang teshigi diametri shuningdek, kerf kengligi va issiqlik ta'sir zonasi (HAZ) kengligiga ta'sir qiladi. 4.15-rasmda ko'rsatilganidek, shlang teshigi diametrining oshishi bilan kerf kengligi oshadi, HAZ kengligi esa torayadi. HAZning torayishining asosiy sababi kesish zonasidagi asosiy materialga yordamchi gaz oqimining sovutish ta'sirining kuchayishi hisoblanadi.

2.3 Lazerli kesish uskunasining parametrlari

2.3.1 Mash'ala bilan ishlaydigan kesish uskunalari

Mash'ala bilan ishlaydigan kesish uskunalarida kesish mash'alasi harakatlanuvchi portalga o'rnatiladi va portal nuri (Y o'qi) bo'ylab gorizontal ravishda harakatlanadi. Portal mash'alani X o'qi bo'ylab harakatlantirishga undaydi, ish qismi esa ish stoliga mahkamlangan holda. Lazer va kesish mash'alasi alohida joylashtirilganligi sababli, kesish jarayonida lazer uzatish xususiyatlari, nurni skanerlash yo'nalishi bo'ylab parallellik va aks ettiruvchi oynalarning barqarorligi ta'sir qiladi.

Mashina bilan ishlaydigan kesish uskunalari katta o'lchamdagi ish qismlarini qayta ishlashi mumkin. U kesish ishlab chiqarish zonasi uchun nisbatan kichik maydonni egallaydi va ishlab chiqarish liniyasini hosil qilish uchun boshqa uskunalar bilan osongina birlashtirilishi mumkin. Biroq, uning joylashish aniqligi atigi ±0,04 mm.

Mash'ala bilan ishlaydigan kesish uskunasining odatiy tuzilishi 4.19-rasmda ko'rsatilgan. Lazerdan kesish mash'alasigacha bo'lgan masofa 18 m bo'lgan uzluksiz to'lqinli CO₂ lazerli kesish mashinasi qo'llaniladi. Ushbu uzatish masofasida nur diametrining o'zgarishi kesish operatsiyalariga xalaqit bermasligini ta'minlash uchun osilator oynalarining kombinatsiyasi ehtiyotkorlik bilan ishlab chiqilishi kerak.

Mash'ala bilan ishlaydigan kesish uskunalarining asosiy texnik parametrlari quyidagilar:

Lazer chiqish quvvati: 1,5 kVt (bitta rejimli), 3 kVt (ko'p rejimli)
Mash'alaning harakati: X o'qi 6,2 m, Y o'qi 2,6 m
Haydash tezligi: 0–10 m/min (sozlanishi mumkin)
Mash'alaning Z o'qi bo'ylab suzuvchi harakati: 150 mm
Chiroqning Z o'qini sozlash tezligi: 300 mm/min
Qayta ishlangan po'lat plitaning maksimal o'lchami: 12 mm × 2400 mm × 6000 mm
Boshqarish tizimi: Integratsiyalashgan NC boshqaruv rejimi

2.3.2 XY stolga o'rnatiladigan kesish uskunalari

XY stoli bilan boshqariladigan kesish uskunasida kesish mash'alasi ramkaga o'rnatiladi va ish qismi kesish stoliga qo'yiladi. Kesish stoli NC buyruqlariga muvofiq X va Y o'qlari bo'ylab harakatlanadi, sozlanishi haydash tezligi odatda 0–1 m/min yoki 0–5 m/min oralig'ida bo'ladi. Kesish mash'alasi ish qismiga nisbatan harakatsiz qolganligi sababli, kesish jarayonida lazer nurlarining hizalanishi va markazlashuviga ta'sirini minimallashtiradi, bu esa bir xil va barqaror kesish ishlashini ta'minlaydi. Yuqori mexanik aniqlikka ega kichik o'lchamli kesish stoli bilan jihozlanganida, mashina ±0,01 mm va joylashish aniqligiga erishadi.ajoyib kesish aniqligi, bu uni kichik qismlarni aniq kesish uchun ayniqsa mos qiladi. Bundan tashqari, katta o'lchamli ish qismlarini qayta ishlash uchun 2300–2400 mm X o'qi va 1200–1300 mm Y o'qi harakatiga ega kattaroq kesish stollari mavjud.

XY stol bilan boshqariladigan kesish uskunasining asosiy texnik parametrlari quyidagilar:

Lazer manbai: CO₂ gaz lazeri (yarim yopiq tekis naychali turi)
Lazer quvvat manbai: Kirish kuchlanishi 200 VAC; Chiqish kuchlanishi 0–30 kV; Maksimal chiqish oqimi 100 mA
Lazer chiqishi quvvati: 550 Vt
Kesish stolining harakati: X o'qi 2300 mm, Y o'qi 1300 mm
Kesish stolining haydash tezligi (bosqichma-bosqich sozlanishi): 0,4–5,0 m/min, 0,2–2,5 m/min, 0,1–1,3 m/min, 0,05–0,6 m/min
Mash'alaning Z o'qi bo'ylab suzuvchi harakati: 180 mm
Qayta ishlangan plastinkaning maksimal hajmi: 6 mm × 1300 mm × 2300 mm
Boshqarish tizimi: Raqamli boshqaruv (NC) rejimi

2.3.3 Ikkita harakatga keltiriladigan kesish uskunasi (mash'ala va stol)

Ikkita harakatlanuvchi kesish uskunasi (mash'ala va stol) loyihalashda mash'ala bilan ishlaydigan va XY stol bilan ishlaydigan kesish mashinalari orasiga kiradi. Kesish mash'alasi portalga o'rnatiladi va portal nuri (Y o'qi) bo'ylab gorizontal ravishda harakatlanadi, kesish stoli esa uzunlamasına harakatlanadi. Ushbu gibrid dizayn yuqori kesish aniqligi va joyni tejash samaradorligining afzalliklarini birlashtiradi. ±0,01 mm joylashish aniqligi va 0–20 m/min sozlanishi kesish tezligi diapazoni bilan u bozorda eng ko'p ishlatiladigan kesish mashinalaridan biridir. Ushbu mashinaning kattaroq modellari 2000 mm Y o'qi va 6000 mm X o'qi yurishini taklif etadi, bu esa katta o'lchamdagi ish qismlarini kesish imkonini beradi.

Lazerli osilator kesish mash'alasi yonidagi portalga o'rnatilgan. Ushbu konfiguratsiya dumaloq teshiklarni kesishda ajoyib aniqlikni ta'minlaydi. Mashina shuningdek, yuqori ishlab chiqarish samaradorligiga ega: u 1 mm qalinlikdagi po'lat plastinkada daqiqasiga 46 ta dumaloq teshikni (diametri 10 mm) kesishi mumkin.

2.3.4 Integratsiyalashgan kesish uskunalari

Biridao'rnatilgan kesish mashinasi, lazer manbai ramkaga o'rnatiladi va u bilan birga uzunlamasına harakatlanadi, kesish mash'alasi esa ramka nuri bo'ylab gorizontal harakatlanish uchun uning harakatlantiruvchi mexanizmi bilan birlashtirilgan. Mashina turli shakldagi komponentlarni kesish uchun raqamli boshqaruvdan foydalanadi. Kesish mash'alasining gorizontal harakati natijasida yuzaga keladigan optik yo'l uzunligi o'zgarishini qoplash uchun odatda optik yo'l uzunligini sozlash moduli bilan jihozlangan. Ushbu modul kesish maydonida bir hil lazer nurini ta'minlaydi va kesish yuzasining sifatini saqlab turadi.

Nashr vaqti: 2025-yil 17-dekabr

Lazerli kesish asoslari va uni qayta ishlash tizimi — Lazerli kesish uskunalari