Типовой лазерный станок, использующий СО2 лазер

На рис.5.1 представлена блок-схема станка на базе СО₂ лазера. Его основные элементы:

Рис. 5.1 Блок-схема силового лазерного станка.

Элементы: 1 – лазерная кювета; 2 – источник электропитания; 3 – система прокачки газа через разрядную область; 4 – баллоны с газом и составитель газовой смеси; 5 – блок программного управления процессом; 6 – пульт оператора; 7 – световод; 8 – подвижный рабочий стол; 9 – блок подачи газа в рабочую зону; L – фокусирующая линза.

Лазерная кювета (1) с источником питания (2) и системой прокачки газа (3). Для силовых лазерных станков изготавливаются кюветы мощностью в излучении от примерно нескольких сот ватт до 5 киловатт. В последние годы все чаще используются СО₂ лазеры, работающие в частотно-импульсном режиме, они имеют ряд преимуществ по сравнению с непрерывными лазерами той же мощности. Во всех случаях осуществляется прокачка газовой смеси через кювету, блок прокачки отмечен цифрой (3).

Хранилище баллонов с газами, система ввода рабочей газовой смеси в кювету (4). Перед наполнением кюветы рабочей смесью газов (СО₂, N₂, He) ее необходимо откачать и промыть азотом. Затем кювета наполняется смесью газов с заданным соотношением парциальных давлений и до заданного значения общего давления. Поскольку в процессе работы часть молекул СО₂ диссоциирует (СО₂ ® СО + О), то со временем смесь «портится», выходная мощность снижается и возникает необходимость смены газовой смеси. В промышленных установках могут применяться системы регенерации СО₂, устанавливаемые в прокачном тракте лазера, это существенно увеличивает продолжительность использования газовой смеси.

Блок программного управления процессом (5). Отработка технологии конкретного процесса завершается составлением программ, обеспечивающих а) режим работы лазера; б) перемещения рабочего стола, обеспечивающие заданную трассу реза или расположение сварного шва; в) режим газового дутья в рабочей зоне. Выполнение программ осуществляет блок программного управления процессом.

Пульт оператора (6). Обеспечивает оператору возможность выбора программы процесса, внесения в нее корректив, пуск и остановку станка. Располагается в непосредственной близости к рабочему столу.

Подвижный рабочий стол (8). В процессе работы лазерный луч остается в фиксированном положении и конфигурация реза или сварки осуществляется соответст­вующими перемещениями плоскости рабочего стола с закрепленным на нем обраба­тываемым изделием. Рабочий стол станка обеспечивает перемещения плоскости в трех измерениях. К точности перемещений, стабильности скорости движения предъ­являются высокие требования. Скорость движения плоскости стола регулируется в широких пределах.

Световод (7). Осуществляет подвод лазерного луча к рабочему столу.

Фокусирующая линза (L). Обеспечивает концентрацию энергии лазерного луча в пятне на поверхности обрабатываемого материала. Размеры пятна могут регулироваться от десятых долей до единиц миллиметра. В процессе работы по мере углуб­ления луча в материал автоматически подстраивается фокус, обеспечивая неизмен­ные размеры пятна.

Блок подачи газа в рабочую зону (9). При работе станка к рабочей зоне подводится струя газа, в атмосфере которого осуществляется процесс резки или сварки. Это может быть нейтральный газ, например, аргон или азот, но в некоторых режимах резки применяют кислород, а в некоторых режимах сварки – водород. При резке материала струя газа подается с такой скоростью, при которой из разреза выдувается расплав.

В каждом конкретном случае, для каждого обрабатываемого изделия приходится подбирать технологию процесса и составлять конкретную программу. Эту непростую работу может выполнить специалист высокого класса. В экономическом плане такая подготовка оправдывает себя в серийном производстве или при изготовлении уникального изделия, где стоимость не играет ведущей роли. Не каждое промышленное предприятие может позволить себе содержать специалистов и оборудование, необ­ходимые для такой подготовительной работы. Поэтому во многих странах созданы фирмы, обеспечивающие клиентам необходимый сервис при использовании ими лазерных станков. Сервис включает выбор типа станка, наиболее полно решающего стоящую перед клиентом задачу, установка и налаживание его, выполнение профи­лактических и ремонтных работ, переналаживание станка при изменении задачи. Чаще всего такие сервисные услуги оказывает предприятие, производящее лазерные станки.

Кроме резки и сварки существуют и другие лазерные технологии обработки материалов. Например, при осуществлении поверхностной закалки изделий используют то обстоятельство, что на длине волны СО₂ лазера 10,6 мкм глубина проникновения луча в металл всего лишь порядка единиц микрон. Именно на такую глубину осуще­ствляется практически мгновенный нагрев материала с быстрым последующим охла­ждением. В этом случае луч расширяется, а не фокусируется, и сканирует по обраба­тываемой поверхности. Другая область применения – нанесение узоров и меток на изделия из стекла и пластмасс. Для осуществления таких технологий используются лазеры, работающие в режиме одиночных импульсов и создающие пятно размером до нескольких сантиметров. В режиме сканирования лазер может производить очи­стку загрязненных поверхностей. Известны разработки таких экзотических техноло­гий, как использование лазеров в реставрационных работах для снятия тонких поверхностных слоев краски и грязи.

Дополнительная литература

Дата добавления: 2015-10-16