Устаткування для лазерного різання

Устаткування (установка, верстат) для лазерного різання зазвичай складається з:

• випромінювача;
• системи формування і транспортування випромінювання і газу;
• координатного пристрою і
• автоматизованої системи управління (АСУ).

Малюнок. Структурна схема установки для лазерного різання

випромінювач генерує лазерне випромінювання з необхідними для різання оптичними, енергетичними і просторово-часовими параметрами. До його складу входять:

• елементи системи накачування;
• активне середовище;
• дзеркала резонатора і,
• при необхідності, пристрій модуляції випромінювання.

В якості випромінювача зазвичай використовуються газові (CO2) і твердотільні лазери, здатні працювати як в імпульсному, так і в безперервному режимах.

Система формування та транспортування випромінювання і газу призначена для передачі лазерного пучка від випромінювача до оброблюваної деталі, а також для формування необхідних параметрів газу, що надходить в зону різу через сопло. До складу даної системи входять:

• юстувальні лазер;
• оптичний затвор;
• оптичні трансформатори (об`єктиви);
• поворотні дзеркала;
• пристрій обертання площини поляризації;
• фокусуються система;
• система стабілізації становища фокальній площині і зазору;
• система подачі газу;
• сопло.

За допомогою координатного пристрою виконується відносне переміщення лазерного променя і деталі в просторі. Такий пристрій містить двигуни, привід, виконавчі механізми.

АСУ призначена для контролю і управління параметрами лазера, передачі команд на виконавчі модулі координатного пристрою і системи формування і транспортування випромінювання і газу. До складу АСУ входять:

• підсистема датчиків параметрів лазера (температури, тиску, складу робочої суміші і ін.);
• підсистема датчиків параметрів випромінювання (розбіжність, потужності, стабільності осі діаграми спрямованості та ін ..);
• підсистема управління затвором;
• підсистема управління адаптивною оптикою;
• підсистема управління координатним пристроєм.

Механізми передачі лазерного випромінювання в зону обробки

Способи передачі лазерного випромінювання в зону обробки умовно поділяють на дві групи:

1. З постійною довжиною оптичного тракту від випромінювача лазерної установки до зони різу. При даному способі можуть переміщатися або випромінювач, або оброблюваний виріб, або випромінювач і виріб одночасно, або можуть обертатися оптичні елементи.
2. З змінною довжиною оптичного тракту від випромінювача до зони різання. У цьому випадку сам випромінювач нерухомий, а передача випромінювання в зону різання здійснюється за допомогою рухомої системи оптичних елементів. Також може бути передбачено переміщення порівняно невеликих заготовок.

Передача випромінювання при постійній довжині оптичного тракту. У найпростішому випадку передача виконується за допомогою фокусирующего об`єктива, встановленого між нерухомим випромінювачем лазерної установки і оброблюваної заготівлею. При різанні виріб може переміщатися поступально в площині, перпендикулярній осі сфокусованого променя, або обертатися щодо його осі.

Щоб повернути лазерний пучок на необхідний кут, між випромінювачем і об`єктивом розміщується дзеркало або система дзеркал або призм.

Можливо переміщення випромінювача з об`єктивом щодо нерухомого вироби або одночасне переміщення випромінювача і заготовки.

Однак переміщення як великогабаритних виробів, так і потужних громіздких випромінювачів (особливо газових лазерів) є конструктивно недоцільними. Тим більше, рухливий випромінювач з`єднується з нерухомою частиною лазерної установки кабелями високої напруги і системою шлангів для подачі газів, охолоджуючої рідини і т. П.

Для виключення переміщень випромінювача і розрізає заготовки лазерне випромінювання передається в зону обробки за допомогою системи дзеркал або призм і об`єктива, що обертаються навколо осі променя або навколо виробу.

Однак ці методи можуть застосовуватися тільки при обробці по колу площин і тіл обертання.

Передача випромінювання при змінної довжині оптичного тракту. При першому способі передбачається спільний рух дзеркал 1, 2 і об`єктива по осі X, а по осі Y - тільки переміщення дзеркала 2 з об`єктивом.

Поступальне переміщення дзеркал і об`єктива може бути замінено обертовим рухом дзеркал 1, 2 і об`єктива навколо осі випромінювача і поступальним переміщенням дзеркала 2 і об`єктива в напрямку, перпендикулярному осі випромінювача.

Двокоординатної переміщення лазерного пучка при невеликій зоні обробки можна виконати за рахунок обертання дзеркал 1 і 2 навколо взаємно перпендикулярних осей.

Для повороту і фокусування лазерного випромінювання можливе використання тільки одного сферичного дзеркала.

При наступному способі (див. Малюнок нижче) передача лазерного пучка в зону обробки здійснюється за допомогою дзеркала, закріпленого в карданном підвісі і повертається щодо двох взаємно перпендикулярних осей. Повороти дзеркала дозволяють обробляти виріб по заданому контуру.

При обробці внутрішньої порожнини циліндричної заготовки застосовується одночасне переміщення дзеркала і об`єктива вздовж осі лазерного пучка і їх обертання навколо цієї осі.

Для обробки легких довгомірних труб або матеріалів, що поставляються в рулонах (наприклад, металевої фольги), використовується одночасне переміщення дзеркала, об`єктива і заготовки, яка може або обертатися навколо осі, перпендикулярній осі лазерного променя, або поступально переміщатися перпендикулярно осі променя.

При перфорації листів випромінювання може передаватися за допомогою обертового багатогранного дзеркального барабана і нерухомої системи дзеркал.

лазерні різаки

Простий пристрій лазерного різака показано на малюнку нижче. Для подачі газу в зону різання між лінзою і заготівлею розміщено сопло у вигляді усіченого конуса. Газ, що виходить під тиском з сопла по лазерному пучку, крім технологічних функцій забезпечує захист лінзи від продуктів лазерної обробки.

Малюнок. Найпростіше фокусує пристрій (різак) верстата лазерного різання

Поверхня лінзи різака, звернену до оброблюваного виробу, також захищають за допомогою екранують діафрагм, прозорих обертових і нерухомих екранів, що обертаються металевих дисків з вікнами на шляху проходження лазерного випромінювання, магнітних і електророзрядних пристроїв.

Для забезпечення тривалого терміну служби фокусирующих елементів потужних (понад 3 кВт) установок доцільно застосування металооптика. На малюнку нижче наведена конструкція різака з металевими дзеркалами, які фокусують випромінювання, що виходить з нестійкого резонатора.

Малюнок. Лазерний різак з металооптика

Кільцевій лазерний пучок входить в різак через плоске вікно, яке є прозорим для даної хвилі випромінювання. Відбиваючись від дзеркал і проходячи через сопло, пучок фокусується на оброблюваної заготівлі. Допоміжний газ під тиском подається всередину через отвори, охолоджуючи при цьому дзеркальні поверхні.

Різак може мати оптичну систему, що стежить за взаємним становищем об`єктива і заготовки.

Устаткування для лазерного різання

У Росії верстати для лазерного різання виробляють ЗАТ «Технолазер» (м Шатура, Московська область), ЗАТ «Лазерні комплекси» (м Шатура, Московська область), НВЦ «Лазери і апаратура ТМ» (м Зеленоград, Московська область), ТОВ «ОКБ« Булат »(м Зеленоград, Московська область), ТОВ« НВЦ «Альфа» (м.Москва), «Центр лазерних технологій» (м.Санкт-Петербург) підприємства Лазерного регіонального Північно-Західного центру (ЛРСЗЦ, г . Санкт-Петербург - ТОВ «СП« Лазертех », ТОВ« НВП «Мобільні Лазерні Системи», ТОВ «Лазерний центр», АТЗТ «ЛазерІнформСервіс»), а т акже інші компанії.

Серед зарубіжних виробників установок лазерного різання: компанії Trumpf (Німеччина), Bystronic (Швейцарія), ESAB (Швеція), Mazak (Японія), Koike (Японія), Hankwang (Південна Корея), Multicam (США) і ін. Відомим виробником вуглекислотних лазерів є компанія PRC (США).

Таблиця. Відомості про обладнання для лазерного різання металу