**Лазерная резка и основы ее системы обработки

**II. Состав оборудования для лазерной резки**

**2.1 Компоненты и принцип работы лазерных режущих машин**

Лазерная режущая машина состоит из лазерного генератора, режущей головы, компонентов передачи луча, рабочего стола станка-инструмента, системы CNC, компьютера (оборудование, программное обеспечение), холодильника, цилиндров с защитным газом,экстрактор пыли, и воздушный сушильщик, среди прочих частей.

1. **Лазерный генератор:** Это устройство, которое производит лазерный источник.большинство используют газовые лазеры СО2 из-за их более высокой эффективности электрооптического преобразования и способности выпускать более высокую мощностьПоскольку лазерная резка имеет очень высокие требования к качеству луча, не все лазеры подходят для резки.

2. **Голова резки:** В основном включает такие компоненты, как сосна, фокусирующая линза и система отслеживания фокусировки.Устройство привода режущей головы используется для привода режущей головы вдоль оси Z в соответствии с программой, состоящий из таких компонентов, как сервомотор и свинцовый винт или редукторы.

* (1) **Насосы:** Типы насосов в основном имеют три формы: параллельные, конвергентные и конические.

* (2) **Фокусирующая линза:** Чтобы использовать энергию лазерного луча для резки, сырой луч, излучаемый лазером, должен быть сфокусирован линзой, чтобы сформировать пятно с высокой плотностью энергии.Очки средней и длинной фокусной дальности подходят для резки толстой пластины и имеют более низкие требования к стабильности расстояния системы отслеживанияОчки с коротким фокусным расстоянием подходят только для тонких пластин менее 3 мм;они имеют строгие требования к стабильности дистанции системы отслеживания, но могут значительно снизить требуемую мощность выходной лазерной.

* (3) ** Система отслеживания:** Система отслеживания фокусировки лазерной режущей машины обычно состоит из фокусирующей режущей головы и системы отслеживания датчиков.Режущая голова включает в себя части для направления света и фокусировки, охлаждение водой, газовое дуновение и механическая регулировка.Системы отслеживания совершенно разные.В основном, существует два вида: емкостные системы отслеживания датчиков (без контакта) и индуктивные системы отслеживания датчиков (контакт).

3. **Компоненты передачи луча (внешний путь света):** Рефракционные и отражающие зеркала используются для направления лазера в нужном направлении.Все зеркала защищены крышками и снабжены чистымиВысококачественный набор линз будет фокусировать луч без угла дивергенции в бесконечно маленькое место.Обычно используется линза с фокусным расстоянием 0 дюймов7.5-дюймовый объектив используется только для материалов толщиной > 12 мм.

4. **Машинный рабочий стол инструмента (машинный хост):** Механическая часть лазерной режущей машины, которая позволяет передвигаться вдоль осей X, Y и Z, включая рабочую платформу резания.

5. **Система CNC:** Управляет станком-инструментом для достижения движения оси X, Y, Z и также контролирует выходную мощность лазера.

6. **Система охлаждения (устройство охлаждения):** Используется для охлаждения лазерного генератора. Лазер - это устройство, преобразующее электрическую энергию в световую энергию.скорость преобразования лазера газа CO2 обычно составляет 20%Охлаждающая вода уносит избыток тепла для поддержания нормальной работы.Охладитель также охлаждает внешние зеркала светового пути и фокусирующие линзы, чтобы обеспечить стабильное качество передачи луча и эффективно предотвратить деформацию или трещины линзы из-за чрезмерной температуры.

7. **Газ-цилиндры:** Включают рабочие газовые цилиндры средней мощности лазерной режущей машины и вспомогательные газовые цилиндры,используется для пополнения промышленных газов для лазерного колебания и подачи вспомогательных газов в режущую головку.

8. **Система извлечения пыли:** Извлекает дым и пыль, образовавшиеся во время обработки, и фильтрует их, чтобы выбросы выхлопных газов соответствовали экологическим стандартам.

9. **Сушилка и фильтр для охлаждения воздухом:** Доставляет чистый сухой воздух в лазерный генератор и путь луча для поддержания нормальной работы путей и зеркал.

**2.2 Факел для лазерной резки**

На рисунке ниже показана схематическая структура факела для лазерной резки, в основном состоящая из корпуса факела, фокусирующего линзы, зеркала и вспомогательного газового сопла.факел должен соответствовать следующим требованиям::

1 Факел должен иметь возможность выпускать достаточный поток газа.

2 Направление выброса газа внутри факела должно быть коаксиальным с оптической осью зеркала.

3 Фокусное расстояние факела должно быть легко регулируемым.

4 Во время резки следите за тем, чтобы металлические пары и брызги от резки не повредили зеркало.

Движение факела регулируется с помощью системы движения CNC. Относительное движение между факелом и заготовкой может происходить в трех ситуациях:

1 Факел не двигается, а заготовка перемещается по рабочему столу (в основном для небольших заготовок).

2 Рабочая деталь стоит неподвижно, а факел движется.

3 И факел, и рабочий стол двигаются одновременно.

**2.2.1 Голова резки**

Лазерная режущая голова расположена в конце системы передачи луча и включает в себя фокусирующую линзу и режущую сопла.

Очки фокусировки отличаются в первую очередь фокусным расстоянием.В качестве примера можно привести лазерную резку CO2, общие фокусные расстояния 127 мм (5 дюймов) и 190 мм (7,5 дюймов).который полезен для уменьшения ширины резки и получения более тонкого разрезаВ сравнении с объективом с коротким фокусным расстоянием, объектив с длинным фокусным расстоянием дает большую фокусную точку и большую глубину фокусировки.линза с длинным фокусным расстоянием может соответствовать требованиям к плотности энергии фокусируемого луча вблизи фокусной точки в более широком диапазоне толщины материалаПоэтому объективы с коротким фокусным расстоянием в основном используются для тонкой резки тонких листов, в то время как более толстые материалы требуют объективов с длинным фокусным расстоянием для получения достаточной глубины фокуса,обеспечение минимального изменения диаметра точки в пределах диапазона толщины резки и поддержание достаточной плотности мощности.

Фокусирующая линза используется для фокусировки параллельного лазерного луча, входящего в факел, для получения небольшого пятна и высокой плотности мощности.В твердотельных лазерах обычно используется оптическое стеклоВ то время как лазеры на CO2, которые не могут передавать через обычное стекло, используют такие материалы, как ZnSe, GaAs и Ge, причем ZnSe является наиболее распространенным.

Для лазерной резки требуется максимально малый диаметр пятна, поскольку это увеличивает плотность мощности, что облегчает высокоскоростную резку.глубина фокусировки также становится меньшеКроме того, при меньшем фокусном расстоянии объектива расстояние между объективом и заготовкой уменьшается.,что делает линзу восприимчивой к загрязнению брызгами и другим расплавленным материалом во время резки, что влияет на нормальную работу.соответствующее фокусное расстояние должно быть определено путем всестороннего рассмотрения таких факторов, как толщина резки и требования к качеству..

**2.2.2 Зеркало**

Функция зеркала заключается в изменении направления луча, исходящего от лазера.в то время как зеркала в устройствах для лазерной резки газа CO2 часто изготавливаются из меди или металлов с высокой отражающей способностьюВо время использования зеркала обычно охлаждаются водой, чтобы избежать повреждений, вызванных перегревом от воздействия света.

**2.2.3 Ноздри**

Дюзел используется для выброса вспомогательного газа в зону резки.11 показывает общие формы сосудов, используемых в лазерной резке; формы струйных отверстий включают цилиндрические, конические и конвергентно-дивергентные (де Лаваль) типы.

Выбор сопла обычно определяется после испытаний на основе материала заготовки, толщины, давления вспомогательного газа и т.д.Для лазерной резки обычно используются коаксиальные насадки (поток газа коаксиален с оптической осью)Если поток газа не является коаксиальным с пучкой, он может легко генерировать значительные брызги во время резки.Стенка отверстия сопла должна быть гладкой, чтобы обеспечить плавный поток газа и избежать влияния качества резки из-за турбулентностиДля обеспечения стабильности процесса резки расстояние от поверхности сопла до поверхности заготовки должно быть сведено к минимуму, часто принимается как 0,5 ~ 2,0 мм.Открытие сопла должно позволять лазерному лучу проходить через него без препятствий.При определённом давлении вспомогательного газа, то, чем меньше диафрагма, тем сложнее коллимация луча.существует оптимальный диапазон диаметров отверстий сосудовЕсли диафрагма слишком маленькая или слишком большая, это повлияет на удаление расплавленных продуктов из резки, а также на скорость резки.

Влияние отверстия сопла на скорость резки при определенной мощности лазера и давлении вспомогательного газа показано на рисунках 4.12 и 4.13Можно увидеть, что существует оптимальная диафрагма сосуда, которая дает максимальную скорость резки. Независимо от того, используется ли кислород или аргон в качестве вспомогательного газа, это оптимальное значение составляет примерно 1,5 мм.

Испытания лазерной резки на сложных для резки материалах, таких как цементированный карбид, показывают, что оптимальная диафрагма сопла очень близка к вышеуказанному результату, как показано на рисунке 4.14Апертура насадки также влияет на ширину резки и ширину зоны, подверженной воздействию тепла (HAZ), как показано на рисунке 4.15, по мере увеличения диафрагмы сопла, решетка расширяется, а HAZ сужается.Основной причиной сужения HAZ является усиленное охлаждающее действие вспомогательного потока газа на базовый материал в зоне резки.

**2.3 Параметры оборудования для лазерной резки**

**2.3.1 Режущее оборудование на факеле**

В оборудовании для резки с факельным приводом факел для резки устанавливается на подвижном портале и движется поперечно (в направлении Y) вдоль балки портала.и рабочая часть закреплена на столе резкиПоскольку источник лазера отделен от факела, при резке характеристики лазерной передачи, параллелизм вдоль направления сканирования луча,и стабильность отражающих зеркал может быть затронута.

Оборудование, работающее на факеле, может обрабатывать более крупные детали, требует относительно меньшего площади на полу для области резки и может быть легко интегрировано в производственные линии с другим оборудованием.,точность позиционирования обычно составляет около ± 0,04 мм.

Типичная конструкция режущего оборудования на факеле показана на рисунке 4.19В данном примере используется непрерывный лазерный резач с волной CO2, с расстоянием передачи луча 18 м от лазерного источника до факела.Для обеспечения того, чтобы изменения формы луча на этом расстоянии не мешали резке, комбинация зеркал осциллятора должна быть тщательно спроектирована.

Основные технические параметры для оборудования на факеле:

* Выходная мощность лазера: 1,5 кВт (один режим), 3 кВт (мультимод).

* Путешествие факела: ось X 6,2 м, ось Y 2,6 м.

* Скорость движения: 0~10 м/мин (регулируемая).

* Высота факела (ось Z) Плавающее движение: 150 мм.

* Скорость регулировки высоты факела: 300 мм/мин.

* Максимальный объем обрабатываемой стальной плиты: толщина 12 мм * 2400 мм * 6000 мм.

* Управляющее оборудование: интегрированный метод управления с помощью ЧПУ.

**2.3.2 Оборудование для резки с координатами XY на столе**

В оборудовании, управляемом столом резки по координатам XY, факел закрепляется на раме машины, а рабочая часть помещается на стол резки.Стол резки движется в соответствии с инструкциями NC в направлении X и YСкорость привода обычно составляет 0~1 м/мин (регулируемая) или 0~5 м/мин (регулируемая).позволяющий однородные и стабильные разрезыКогда размер режущего стола небольшой и механическая точность высока, точность позиционирования может быть ± 0,01 мм, что приводит к отличной точности резки,изготавливая его особенно подходящим для прецизионной резки мелких деталейСуществуют также режущие столы с прохождением оси X 2300 ~ 2400 мм и прохождением оси Y 1200 ~ 1300 мм для обработки больших деталей.

Основные технические параметры оборудования с настольным приводом XY:

* Лазер: лазер с газом СО2 (полузапечатанный прямой трубный тип).

* Лазерное питание: Входное напряжение 200В переменное, Выходное напряжение 0~30кВ, Максимальный выходной ток 100mA.

* Выходная мощность лазера: 550 Вт.

* Режущий стол Путешествие: ось X 2300 мм, ось Y 1300 мм.

* Скорость привода режущего стола (регулируемая шагом): 0,4 ~ 5,0 м/мин, 0,2 ~ 2,5 м/мин, 0,1 ~ 1,3 м/мин, 0,05 ~ 0,6 м/мин.

* Высота факела (ось Z) Плавающее движение: 180 мм.

* Максимальный размер обрабатываемого листа: толщина 6 мм * 1300 мм * 2300 мм.

* Устройство управления: метод NC.

**2.3.3 Оборудование для резки с двумя приводами с факелом**

Двухприводное режущее оборудование с факельным столом представляет собой гибрид между факельным и XY-табличным типами. Факел установлен на портале и перемещается поперечно (в направлении Y) вдоль балки портала,в то время как режущий стол движется вдоль (X-направление)Он сочетает в себе преимущества высокой точности резки и экономии пространства.что делает его широко используемым типом режущего оборудованияБолее крупные модели такого типа могут иметь проезд Y-оси 2000 мм и проезд X-оси 6000 мм, способные резать большие детали.

В некоторых конструкциях лазерный осциллятор также устанавливается на портале вместе с факелом.Производственная эффективность также высока.Например, он может разрезать 46 отверстий диаметром 10 мм в минуту в стальной пластине толщиной 1 мм.

**2.3.4 Интегрированное режущее оборудование**

В интегрированном режущем оборудовании источник лазера устанавливается на раму машины и движется вдоль нее,в то время как факел и его механизм привода образуют единицу, которая перемещается поперечно на луче рамыДля компенсации изменения длины оптического пути, вызванного поперечным движением факела,обычно оснащается компонентом регулировки длины оптического пути, обеспечивая однородность балки по всей области резки и поддержание постоянного качества поверхности резки.