Принцип работы станков по лазерной резке металлов

При обработке металла часто требуется его резка. Для обработки металла было придумано большое количество различных методов его резки. Наиболее современным и технологичным методом резки металла является лазерная резка.

Принцип действия лазера

В состав лазера, генерирующего световое излучение, входит рабочее тело, генератор накачки, резонатор и другие вспомогательные элементы. Лазеры бывают следующих видов:

• твердотельный лазер;
• газовый;
• волоконный.

В твердотельном лазере в качестве генерирующего тела используется твердотельный элемент, например, рубин. Лампа накачки вырабатывает световое излучение, которое поглощается рубином, атомы которого возбуждаются и выделяют большое количество световой энергии.

В газовом лазере рабочим телом является газ. Этот газ проходит через газоразрядную лампу, в которой происходит электрический разряд, возбуждающий атомы газа. Наиболее эффективными являются газовые лазеры на углекислом газе.

Волоконный лазер состоит из генератора накачки на светодиоде, световода, в котором происходит генерация, и резонатора.

Преимущества лазерной резки

На станках лазерной резки можно обрабатывать металлы с различными физико-механическими свойствами. К ним относятся:

• сталь;
• нержавеющая сталь;
• алюминиевые сплавы;
• латунь;
• медь;
• сплавы из титана.

При этом для различных типов металла необходимо использовать лазеры различной мощности и разный режим резания. Лучше всего обрабатываются материалы с малой теплопрводностью. Такие материалы как латунь и медь имеют большую теплопроводность, поэтому для их резки требуется повышенная мощность лазера. Наиболее трудной является резка листов из сплавов таких материалов как титан. Этот металл имеет хорошую теплопроводность и отражательную способнось, а кроме того, он очень прочный и быстро окисляется. Для его резки требуется мощный лазер и продувка места резки инертными газами для защиты от окисления.

Использование станков для лазерной резки металлов имеет следующие преимущества:

• возможность обработки металлов с различными свойствами;
• высокая скорость резания металла;
• возможность обработки сложных контуров;
• минимальное механическое воздействие на металл;
• использоание компьютеризированного управления.

Конструкция станка

В состав современного станка для лазерной резки металла входят:

• лазерный источник;
• станина;
• приводы и передачи;
• система охлаждения;
• система подачи газа и дымоудаления;
• система автоматического управления;
• программное обеспечение.

Чаще всего в станках для резки металлов используются волоконные и газовые лазеры. В волоконном лазере формирование луча происхоит в волоконном резонаторе, а затем энергия луча по волоконному тракту передается к режущей головке. В газовом лазере луч формируется в резонаторе с газами, а затем с помощью системы зеркал энергия луча передается в головку. Режущая головка включает набор линз. Луч этой головки автоматически фокусируется.

В зависимости от типа станка мощность таких лазерных источников может достигать 4-6 кВт. При этом кпд лазеров не превышает 10-15 %.

Станина представляет собой цельносварную конструкцию, которая должна быть жесткой, надежной и долговечной.

Приводы станка должны обеспечивать быстрое и точное передвижение координатой системы станка. Эти приводы мощные и не имеют люфта. Для примера, в станках компании Mitsubishi точность положения режущей головки по каждой из осей должна быть порядка ±0,01 мм. Максимальная скорость резания в таких станках достигает 50 м/мин.

В процессе резки металла требуется охлаждение лазерного источника. Это охлаждение бывает воздушным или водяным.

Для удаления продуктов резания рабочая область резания снабжается продувкой технологичекими газами. В качестве такого газа может быть использован сжатый воздух. А для удаления возникающего при резании металла дыма имеется специальная система.

Для управления такими мощными и скоростными станками необходима современная система управления. Система управления станком для резки металла лазером представляет собой компьютиризованную систему типа ЧПУ. В ее состав входит процессор, память, монитор, программное обеспечение. Управление режущей головкой осуществляется по 3 осям, при этом для управления по оси Z (регулировка высоты) используется обратная связь. Для определения положения лазерного луча используются специальные датчики.

Программное обеспечение станка обычно реализуется на основе стандартной операционной системы, например, Windows. В комплект программного обеспечения, как правило, входит большое число программ. Дополнительные программы могут вводиться с локальной сети предприятия или с помощью разъема USB.

Выводы:

1. Наиболее эффективным способом резки металлов является лазерная резка.
2. Лазерная резка обладает рядом преимуществ, основными из которых является точность, высокая скорость резания и возможность автоматизации процесса.
3. Современные станки для лазерной резки представляют собой сложные комплексы, позволяющие быстро и точно производить сложную резку различных металлов.