Lazer kəsmənin əsasları və onun emal sistemi —Lazer kəsmə avadanlığı

II. Lazer kəsmə avadanlığının tərkibi

2.1 Lazer kəsmə maşınının komponentləri və iş prinsipi

Lazer kəsmə maşını lazer emitterindən, kəsici başlıqdan, şüa ötürücü qurğusundan, dəzgah iş masası, ədədi idarəetmə (NC) sistemindən, kompüterdən (aparat və proqram təminatı), soyuducudan, qoruyucu qaz silindrindən, toz toplayıcıdan və hava quruducusundan ibarətdir.

Lazer generatoru

Lazer generatoru lazer işıq mənbələri istehsal edən bir cihazdır. Lazer kəsmə tətbiqləri üçün əksər maşınlar, YAG bərk hal lazerlərinin istifadə edildiyi bir neçə hal istisna olmaqla, yüksək elektro-optik çevrilmə səmərəliliyinə və yüksək güc çıxışına malik CO₂ qaz lazerlərindən istifadə edir. Lazer kəsmə şüa keyfiyyətinə ciddi tələblər qoyduğu üçün bütün lazerlər kəsmə üçün uyğun deyil.
Kəsmə Başlığı

Əsasən burun, fokuslama linzası və fokus izləmə sistemi kimi komponentlərdən ibarətdir.

Kəsici başlıq sürücü cihazı, əvvəlcədən təyin edilmiş proqramlara uyğun olaraq kəsici başlığı Z oxu boyunca hərəkət etdirmək üçün istifadə olunur. Servo mühərrikdən və qurğuşun vintlər və ya dişlilər kimi ötürücü hissələrdən ibarətdir.

(1) Burun: Üç əsas növ burun var: paralel tip, konvergent tip və konik tip.

(2) Fokuslama Linzası: Lazer şüası enerjisindən istifadə edərək kəsmə aparmaq üçün lazerin yaydığı orijinal şüa yüksək enerji sıxlığına malik işıq nöqtəsi yaratmaq üçün linzadan fokuslanmalıdır. Orta və uzun fokus uzunluğu linzaları qalın lövhə kəsmə üçün uyğundur və izləmə sisteminin aralıq sabitliyi üçün daha aşağı tələblərə malikdir. Qısa fokus uzunluğu linzaları yalnız 3 mm-dən aşağı nazik lövhələri kəsmək üçün uyğundur; onlar izləmə sisteminin aralıq sabitliyi üçün ciddi tələblərə malikdir, lakin tələb olunan lazer çıxış gücünü əhəmiyyətli dərəcədə azalda bilər.

(3) İzləmə Sistemi: Lazer kəsmə maşınının fokus izləmə sistemi ümumiyyətlə fokuslama kəsici başlıqdan və izləmə sensoru sistemindən ibarətdir. Kəsici başlıq şüa istiqamətləndirmə və fokuslama, suyun soyudulması, qaz üfürmə və mexaniki tənzimləmə funksiyalarını özündə birləşdirir.

Sensor sensor elementlərindən və gücləndirmə idarəetmə blokundan ibarətdir. İzləmə sistemləri sensor elementlərinin növündən asılı olaraq tamamilə dəyişir. İki əsas növ mövcuddur: biri təmassız izləmə sistemi kimi də tanınan tutumlu sensor izləmə sistemi; digəri isə təmas izləmə sistemi kimi də tanınan induktiv sensor izləmə sistemidir.
Şüa Ötürücü Yığını

Xarici Optik Yol: Lazer şüasını istənilən istiqamətə yönəltmək üçün əks etdirici güzgülərdən istifadə olunur. Şüa yolundakı nasazlıqların qarşısını almaq üçün bütün əks etdirici güzgülər qalxanlarla qorunur və güzgüləri çirklənmədən qorumaq üçün təmiz müsbət təzyiqli qoruyucu qaz daxil edilir. Yüksək performanslı linza, divergent olmayan şüanı sonsuz kiçik bir nöqtəyə fokuslaya bilər. 5,0 düymlük fokus uzunluğuna malik linza adətən istifadə olunur, 7,5 düymlük linza isə yalnız 12 mm-dən qalın materialları kəsmək üçün tətbiq olunur.
Dəzgah Aləti İş Masası

Əsas Maşın Korpusu: Dəzgahın alət bölməsilazer kəsmə maşınıkəsmə iş platforması da daxil olmaqla X, Y və Z oxlarının hərəkətini həyata keçirən mexaniki hissədir.
Rəqəmsal İdarəetmə Sistemi

NC sistemi, X, Y, Z ox hərəkətlərinə nail olmaq üçün dəzgah alətini idarə edir və eyni zamanda lazerin çıxış gücünü tənzimləyir.
Soyutma Sistemi

Soyuducu Qurğu: Lazer generatorunu soyutmaq üçün istifadə olunur. Lazer elektrik enerjisini işıq enerjisinə çevirən bir cihazdır. Məsələn, CO₂ qaz lazerinin çevrilmə səmərəliliyi ümumiyyətlə 20% -dir, qalan enerji isə istiliyə çevrilir. Soyuducu su lazer generatorunun normal işləməsini təmin etmək üçün artıq istiliyi aradan qaldırır. Soyuducu qurğu həmçinin dəzgahın xarici optik yol güzgülərini və fokus linzalarını soyudur, şüa ötürülməsinin sabit keyfiyyətini təmin edir və həddindən artıq istiləşmə səbəbindən linzanın deformasiyasının və ya çatlamasının qarşısını effektiv şəkildə alır.
Qaz Silindrləri

Qaz silindrlərinə lazer titrəməsi üçün sənaye qazlarını tamamlamaq və kəsici başlıq üçün köməkçi qazlar təmin etmək üçün istifadə olunan lazer kəsmə maşını üçün işçi mühit silindrləri və köməkçi qaz silindrləri daxildir.
Toz Təmizləmə Sistemi

Emal zamanı əmələ gələn tüstü və tozu təmizləyir və işlənmiş qaz tullantılarının ətraf mühitin mühafizəsi standartlarına cavab verməsini təmin etmək üçün filtrasiya emalı aparır.
Hava Soyutma Quruducusu və Filtr

Lazer generatoruna və şüa yoluna təmiz, quru hava verir, şüa yolunun və əks etdirici güzgülərin normal işləməsini təmin edir.

2.2 Lazer kəsmə üçün kəsici məşəl

Lazerlə kəsmə üçün kəsici məşəlin struktur diaqramı aşağıda göstərilmişdir. Əsasən məşəl gövdəsindən, fokuslayıcı linzadan, əks etdirici güzgüdən və köməkçi qaz ucluğundan ibarətdir. Lazerlə kəsmə zamanı kəsici məşəl aşağıdakı tələblərə cavab verməlidir:

① Məşəl kifayət qədər qaz axını buraxa bilər.

② Məşəlin içərisindəki qazın atma istiqaməti əks etdirən güzgünün optik oxu ilə koaksial olmalıdır.

③ Fənərin fokus məsafəsi asanlıqla tənzimlənə bilər.

④ Kəsmə zamanı metal buxarı və kəsilmiş metaldan sıçramalar əks etdirici güzgüyə zərər verməməlidir.

Kəsici məşəlin hərəkəti NC hərəkət sistemi ilə tənzimlənir. Kəsici məşəl ilə iş parçası arasında nisbi hərəkət üçün üç ssenari mövcuddur:

① İş parçası iş masası boyunca hərəkət edərkən məşəl hərəkətsiz qalır — əsasən kiçik ölçülü iş parçaları üçün uyğundur.

② Məşəl hərəkət edərkən iş parçası hərəkətsiz qalır.

③ Həm məşəl, həm də iş masası eyni vaxtda hərəkət edir.

2.2.1 Kəsici başlıq

Lazer kəsmə başlığı, fokuslama linzası və kəsmə başlığından ibarət olan şüa ötürmə sisteminin ucunda yerləşir.

Fokuslama linzaları əsasən fokus uzunluğuna görə təsnif edilir. Lazer kəsmə avadanlıqlarının əksəriyyəti müxtəlif fokus uzunluqlarına malik bir neçə kəsici başlıqla təchiz olunmuşdur. CO₂ lazer kəsimini nümunə götürsək, ümumi fokus uzunluqları 127 mm (5 düym) və 190 mm (7.5 düym)-dür. Qısa fokus uzunluğu linzası kiçik fokus nöqtəsi və qısa fokus dərinliyi yaradır ki, bu da əyrilik enini azaltmağa və daha incə kəsiklərə nail olmağa kömək edir. Uzun fokus uzunluğu linzası daha böyük fokus nöqtəsi və daha uzun fokus dərinliyi verir. Qısa fokus uzunluğu linzaları ilə müqayisədə uzun fokus uzunluğu linzaları fokus nöqtəsinə yaxın material emalı üçün kifayət qədər lazer enerji sıxlığına malik fokuslanmış şüa təmin edə bilər. Buna görə də, qısa fokus uzunluğu linzaları əsasən nazik lövhələrin dəqiq kəsilməsi üçün istifadə olunur, uzun fokus uzunluğu linzaları isə daha qalın materiallar üçün kifayət qədər fokus dərinliyi əldə etmək üçün tələb olunur və bu da nöqtə diametrində minimal dəyişikliyi və kəsmə qalınlığı diapazonunda kifayət qədər güc sıxlığını təmin edir.

Fokuslayıcı linzalar, kəsici məşələ düşən paralel lazer şüasını fokuslamaq üçün istifadə olunur və bu da daha kiçik nöqtə ölçüsünə və daha yüksək güc sıxlığına nail olur. Linzalar lazer dalğa uzunluğunu ötürə bilən materiallardan hazırlanır. Optik şüşə adətən bərk cisimli lazerlər üçün istifadə olunur, ZnSe, GaAs və Ge kimi materiallar isə CO₂ qaz lazerləri üçün istifadə olunur (çünki adi şüşə CO₂ lazer şüaları üçün şəffaf deyil), bunlardan ən çox istifadə ediləni ZnSe-dir.

Lazerlə kəsmə üçün güc sıxlığını artırmaq və yüksək sürətli kəsməni təmin etmək üçün fokus nöqtəsinin diametrini minimuma endirmək arzuolunandır. Lakin, linzanın daha qısa fokus uzunluğu daha kiçik fokus dərinliyinə səbəb olur və bu da qalın lövhələri kəsərkən perpendikulyar kəsmə səthinə nail olmağı çətinləşdirir. Bundan əlavə, daha qısa fokus uzunluğu linza ilə iş parçası arasındakı məsafəni azaldır, kəsmə zamanı linzanın əridilmiş sıçramalarla çirklənmə riskini artırır və normal işləməyə təsir göstərir. Buna görə də, müvafiq fokus uzunluğu kəsmə qalınlığı və kəsmə keyfiyyəti tələbləri kimi amillərə əsasən hərtərəfli müəyyən edilməlidir.

2.2.2 Əks etdirici Güzgü

Əks etdirici güzgünün funksiyası lazerdən yayılan şüanın istiqamətini dəyişdirməkdir. Bərk cisimli lazerlərdən çıxan şüalar üçün optik şüşədən hazırlanmış əks etdirici güzgülərdən istifadə etmək olar. Bunun əksinə olaraq, CO₂ qaz lazer kəsmə cihazlarındakı əks etdirici güzgülər adətən yüksək əks etdiriciliyə malik mis və ya metallardan hazırlanır. İşləmə zamanı lazer şüalanmasından yaranan həddindən artıq istiləşmənin yaratdığı zərərin qarşısını almaq üçün əks etdirici güzgülər adətən su ilə soyudulur.

2.2.3 Burun

Başlıq kəsmə zonasına köməkçi qaz püskürtmək üçün istifadə olunur və onun quruluşu kəsmə səmərəliliyinə və keyfiyyətinə müəyyən təsir göstərir. Şəkil 4.11 lazer kəsmə üçün ümumi başlıq formalarını göstərir; başlıq dəlik formalarına silindrik, konik və konvergensiya-divergensiya növləri daxildir.

Başlığın seçimi ümumiyyətlə iş parçasının materialına və qalınlığına, eləcə də köməkçi qazın təzyiqinə əsaslanan sınaqlar vasitəsilə müəyyən edilir. Lazerlə kəsmə adətən koaksial başlıqlardan istifadə edir (burada qaz axını optik oxla koaksialdır). Qaz axını və lazer şüası koaksial deyilsə, kəsmə zamanı həddindən artıq sıçrama baş verə bilər. Qaz axınının maneəsiz olmasını təmin etmək və ox keyfiyyətinə təsir edə biləcək turbulentliyin qarşısını almaq üçün başlığın dəliyinin daxili divarı hamar olmalıdır. Kəsmə sabitliyini təmin etmək üçün başlığın ucu ilə iş parçasının səthi arasındakı məsafə minimuma endirilməli, adətən 0,5 mm-dən 2,0 mm-ə qədər olmalıdır. Başlığın dəliyinin diametri lazer şüasının hamar keçməsinə imkan verməlidir və şüanın dəliyin daxili divarına toxunmasının qarşısını almalıdır. Dəliyin diametri nə qədər kiçikdirsə, şüanı birləşdirmək bir o qədər çətindir. Müəyyən bir köməkçi qaz təzyiqi üçün başlığın dəliyinin optimal diametr diapazonu mövcuddur. Həddindən artıq kiçik və ya böyük dəlik əridilmiş məhsulların oxdan çıxarılmasına mane olacaq və kəsmə sürətinə təsir edəcək.

Sabit lazer gücü və köməkçi qaz təzyiqi altında burun dəliyinin diametrinin kəsmə sürətinə təsiri Şəkil 4.12 və 4.13-də göstərilmişdir. Maksimum kəsmə sürətinə nail olan optimal burun dəliyinin diametrinin olduğu görünür. Bu optimal dəyər köməkçi qaz kimi oksigen və ya arqon istifadə edilməsindən asılı olmayaraq təxminən 1,5 mm-dir.

Kəsilməsi çətin olan sərt ərintilərin lazerlə kəsilməsi üzrə sınaqlar göstərir ki, optimal burun dəliyinin diametri Şəkil 4.14-də göstərildiyi kimi yuxarıdakı nəticələrə çox yaxındır. Burunun dəliyinin diametri həmçinin ox eni və istiliyə məruz qalan zonanın (HAZ) eninə təsir göstərir. Şəkil 4.15-də göstərildiyi kimi, burun dəliyinin diametrinin artması ilə ox eni artır, HAZ eni isə daralır. HAZ-ın daralmasının əsas səbəbi kəsmə zonasındakı əsas material üzərində köməkçi qaz axınının soyutma təsirinin artmasıdır.

2.3 Lazer kəsmə avadanlığının parametrləri

2.3.1 Məşəllə işləyən kəsici avadanlıq

Məşəllə işləyən kəsmə avadanlıqlarında kəsmə məşəli hərəkətli bir portal üzərində quraşdırılır və portal şüası (Y oxu) boyunca üfüqi şəkildə hərəkət edir. Portal məşəli X oxu boyunca hərəkət etdirir, iş parçası isə iş masasına sabitlənir. Lazer və kəsmə məşəli ayrıca yerləşdiyindən, kəsmə prosesi zamanı lazer ötürmə xüsusiyyətləri, şüa skanlama istiqaməti boyunca paralellik və əks etdirici güzgülərin sabitliyi təsirlənir.

Məşəllə işləyən kəsmə avadanlığı böyük ölçülü iş parçalarını emal edə bilər. Kəsmə istehsal zonası üçün nisbətən kiçik bir sahə tutur və istehsal xətti yaratmaq üçün digər avadanlıqlarla asanlıqla birləşdirilə bilər. Lakin, onun yerləşdirmə dəqiqliyi yalnız ±0,04 mm-dir.

Məşəllə işləyən kəsmə avadanlığının tipik quruluşu Şəkil 4.19-da göstərilmişdir. Lazerdən kəsmə məşəlinə qədər olan məsafə 18 m olan fasiləsiz dalğalı CO₂ lazer kəsmə maşını qəbul edilmişdir. Bu ötürmə məsafəsində şüa diametrinin dəyişməsinin kəsmə əməliyyatlarına mane olmamasını təmin etmək üçün osilator güzgülərinin kombinasiyası diqqətlə dizayn edilməlidir.

Məşəllə işləyən kəsmə avadanlığının əsas texniki parametrləri aşağıdakılardır:

Lazer çıxış gücü: 1.5 kVt (tək rejimli), 3 kVt (çox rejimli)
Məşəl Hərəkəti: X oxu 6.2 m, Y oxu 2.6 m
Sürət: 0–10 m/dəq (tənzimlənən)
Fənərin Z oxunun üzən hərəkəti: 150 mm
Məşəlin Z oxunun tənzimlənməsi sürəti: 300 mm/dəq
Emal olunmuş Polad Plitənin Maksimum Ölçüsü: 12 mm × 2400 mm × 6000 mm
İdarəetmə Sistemi: İnteqrasiya olunmuş NC İdarəetmə Rejimi

2.3.2 XY Masa ilə işləyən kəsmə avadanlığı

XY masa ilə idarə olunan kəsmə avadanlığında kəsmə məşəli çərçivəyə bərkidilir və iş parçası kəsmə masasına yerləşdirilir. Kəsmə masası NC əmrlərinə uyğun olaraq X və Y oxları boyunca hərəkət edir və tənzimlənən sürət adətən 0-1 m/dəq və ya 0-5 m/dəq arasında dəyişir. Kəsmə məşəli iş parçasına nisbətən hərəkətsiz qaldığı üçün kəsmə prosesi zamanı lazer şüasının hizalanmasına və mərkəzləşməsinə təsirini minimuma endirir və vahid və sabit kəsmə performansını təmin edir. Yüksək mexaniki dəqiqliyə malik kiçik ölçülü kəsmə masası ilə təchiz edildikdə, maşın ±0,01 mm yerləşdirmə dəqiqliyinə nail olur vəəla kəsmə dəqiqliyi, bu, onu kiçik komponentlərin dəqiq kəsilməsi üçün xüsusilə əlverişli edir. Bundan əlavə, böyük ölçülü iş parçalarının emalı üçün 2300–2400 mm X oxlu və 1200–1300 mm Y oxlu hərəkətli daha böyük kəsmə masaları mövcuddur.

XY masa ilə idarə olunan kəsmə avadanlığının əsas texniki parametrləri aşağıdakılardır:

Lazer mənbəyi: CO₂ qaz lazeri (yarıqapalı düz boru tipli)
Lazer Enerji Təchizatı: Giriş gərginliyi 200 VAC; Çıxış gərginliyi 0–30 kV; Maksimum çıxış cərəyanı 100 mA
Lazer çıxış gücü: 550 Vt
Kəsmə Masasının Hərəkəti: X oxu 2300 mm, Y oxu 1300 mm
Kəsmə Masasının Sürəti (Addımla tənzimlənən): 0.4–5.0 m/dəq, 0.2–2.5 m/dəq, 0.1–1.3 m/dəq, 0.05–0.6 m/dəq
Fənərin Z oxunun üzən hərəkəti: 180 mm
İşlənmiş lövhənin maksimum ölçüsü: 6 mm × 1300 mm × 2300 mm
İdarəetmə Sistemi: Rəqəmsal İdarəetmə (NC) Rejimi

2.3.3 İkiqat ötürücülü Kəsici Avadanlıq (Fənər və Masa)

İkiqat idarəetməli kəsmə avadanlığı (məşəl və masa) dizayn baxımından məşəl ilə idarə olunan və XY masa ilə idarə olunan kəsmə maşınları arasındadır. Kəsici məşəl portal üzərində quraşdırılır və portal şüası (Y oxu) boyunca üfüqi şəkildə hərəkət edir, kəsmə masası isə uzununa idarə olunur. Bu hibrid dizayn yüksək kəsmə dəqiqliyi və yer qənaət səmərəliliyinin üstünlüklərini birləşdirir. ±0,01 mm yerləşdirmə dəqiqliyi və 0-20 m/dəq tənzimlənən kəsmə sürəti diapazonu ilə bazarda ən çox istifadə edilən kəsmə maşınlarından biridir. Bu maşının daha böyük modelləri 2000 mm Y oxu və 6000 mm X oxu vuruşu təklif edir ki, bu da böyük ölçülü iş parçalarının kəsilməsinə imkan verir.

Lazer osilatoru kəsici məşəlin yanında portalda quraşdırılıb. Bu konfiqurasiya dairəvi dəlikləri kəsərkən müstəsna dəqiqlik təmin edir. Maşın həmçinin yüksək istehsal səmərəliliyinə malikdir: 1 mm qalınlığında polad lövhədə dəqiqədə 46 dairəvi dəlik (diametri 10 mm) kəsə bilir.

2.3.4 İnteqrasiya olunmuş Kəsmə Avadanlığı

Birindəinteqrasiya olunmuş kəsmə maşını, lazer mənbəyi çərçivəyə quraşdırılır və onunla birlikdə uzununa hərəkət edir, kəsici məşəl isə çərçivə şüası boyunca üfüqi hərəkət etmək üçün sürücü mexanizmi ilə birləşdirilir. Maşın müxtəlif formalı komponentləri kəsmək üçün ədədi idarəetmədən istifadə edir. Kəsici məşəlin üfüqi hərəkətinin yaratdığı optik yol uzunluğu dəyişikliyini kompensasiya etmək üçün adətən optik yol uzunluğu tənzimləmə modulu ilə təchiz olunur. Bu modul kəsmə sahəsində homojen lazer şüasını təmin edir və kəsmə səthinin keyfiyyətini sabit saxlayır.

Yayımlanma vaxtı: 17 Dekabr 2025

Lazer Kəsiminin Əsasları və Onun Emal Sistemi — Lazer Kəsim Avadanlıqları