Лазерлік кесу қондырғысының дәлдігіне қандай факторлар әсер етеді?

Лазер түрі мен сәуле сипаттамалары

Талшынды, CO2, Диодты: Лазер түрі кесу дәлдігіне қалай әсер ететіні

Лазерлі кесуге келсек, талап етілген дәлдік пен қандай материал кесілуі керектігіне байланысты талшықты, CO2 және диодты лазерлердің әрқайсысы өз ерекшеліктерін әкеледі. Талшықты лазерлер шамамен 1,06 микрон жиілікте жұмыс істейді және әсіресе металл энергиясын өте тиімді түрде сіңіргендіктен, металл, соның ішінде пайдаланылатын дәлдік шамамен 0,05 мм дейінгі болады. Акрил пластиналар сияқты металл емес материалдар үшін 10,6 микрон жиіліктегі CO2 лазерлері таза қырын береді және басқа нұсқаларға қарағанда 20% жылдам 10 мм қалыңдықтағы материалдарды кесуге болады. Диодты лазерлер басқаларынша қуатты емес, бірақ олардың кесуі өте тар, кейде 0,1 мм-ден кіші болады, бұл электронды компоненттер шығару кезінде кездесетін жұқа фольгалар мен әртүрлі пластмассалар сияқты сезімтал материалдармен жұмыс істеуге өте қолайлы.

Сәуле диаметрі, фокустық дақ өлшемі және ұзындық әсері дәлдікке әсер етеді

Лазерлік жүйелерді қарастырғанда, жақсы сапалы фокустау оптикасымен қосылған 0,1 мм шамасындағы азырақ сәуле диаметрі бар жүйелер шынымен де жақсырақ жұмыс істейді. Бұл орнатылымдар 0,3 мм кең сәулелермен салыстырғанда жылу әсерінен зардап шеген аймақтарды шамамен 40 пайызға дейін азайтып табылады. Талшықты лазерлер де басқаша жұмыс істейді, себебі олардың толқын ұзындығы қысқалау, бұл дәстүрлі CO2 лазерлерінен шамамен отыз есе көбірек энергия тығыздығын білдіреді. Бұл оларды бір миллиметрден қалың емес жұқа қола парақтар бойынша қатты жұмыс істеуге тамаша құралғы етіп қалыптастырады. Бірақ бір ғана жағдай бар. Диодты лазерлер жарықты өздеріне қайтарады деп күтеді, сондықтан кейбір материалдармен жұмыс істеуге қиындық туғызады. Осы себепті, көпшілік жағдайда қолданулар 300 Вт қуат деңгейінен төмен болып қалады, онда жылу заттарды бұрмаламайды, бұрмаланулар шамамен бір метрге бес микрометр шегінде болып қалады.

Пульс жиілігі мен импульстық коэффициент: Қыр сапасы мен өлшемдік бақылауға әсері

Әр секундта 500-1000 рет импульс беретін лазерлер алюминийде шамамен 60% дейінгі қалдықты азайтады, сонымен қатар допусктерді плюс немесе минус 0,08 мм дәлдікпен сақтайды. Өндірушілер жұмыс істеу циклін 30%-дан 70%-ға дейін өзгерткенде, бет жабынының сапасында да маңызды жақсартулар байқалады. Соңғы зерттеулер көрсеткендей, титан қорытпаларында шеттің тозуы 3,2 микроннан 1,6 микронға дейін төмендейді. Қалыңдығы 6 мм-ден аспайтын көміртекті болат бөлшектер үшін 1 миллисекундтық импульстермен жұмыс істеу режимін қолдану перпендикулярлық деңгейін 99% дейінгі дәлдікпен қамтамасыз етеді. Өндірістік қолданыстағы қосылыстарда тіпті ең кіші ауытқулар да проблемалар туғызуы мүмкін болған жағдайда, мұндай дәлдік маңызды рөл атқарады.

Лазер түрі бойынша дәлдіктің негізгі факторлары

Материал қасиеттері мен олардың кесу дәлдігіне әсері

Материал түрі мен қалыңдығы лазерлік кесу машинасының дәлдігіне қалай әсер ететіні

Нақтылық деңгейін анықтауда материалдың таңдалуы маңызды рөл атқарады. 5-25 мм аралығындағы қалың материалдарды қарастырғанда жұқа парақтармен салыстырғанда керф ауытқулары 15-30 пайызға кеңірек болатынын көреміз. Бұл негізінен сәуле шашырауы және материал бойынша жылу таралуының біркелкі болмауынан болады. Металдар әдетте ылғи дәлдікпен өңделеді, мысалы, 0,002 дюймден 0,006 дюймге дейінгі ауытқулар. Ал полимерлер өңделу барысында қисық болып кетуі мүмкін. 2023 жылы жарияланған зерттеу 3 мм-ден жұқа 304 маркалы нержавеющий болаттың позициялық дәлдігі ±0,0035 дюйм болып келетінін көрсетті. Ал соған сәйкес қалыңдықтағы акрил материалдарында термиялық кеңею әсерінен ауытқу шамасы ±0,007 дюйм болды.

Металдар мен полимерлердегі жылу өткізгіштік және шағылдыру қиындықтары

Көп мөлшерде жарық шағылдыратын металдар, әсіресе алюминий, лазерлік энергияның 60-тан 85 пайызын кері ытты. Бұл операторлардың жақсы нәтиже алу үшін қуатты 20-40 пайызға дейін көтеруі қажет екенін білдіреді, бұл өз кезегінде өңделетін материалдың артық кесілу ықтималдығын арттырады. Мысалы, мыс өзінің 400 Вт/мК-ден асатын жылу өткізгіштігімен белгілі, бұл өңдеу кезінде температураны басқаруды қиындатады. Поликарбонат сияқты полимерлер жағдайында тағы бір мәселе туындайды. Бұл материалдар инфрақызыл жарықты бетінің барлық ауданы бойынша біркелкі сіңірмейді, сондықтан сегіз миллиметрден тереңірек кесу кезінде жиектерінің конустылығы пайда болады. Әмбебап, соңғы жылдары алюминий бетіне антireфлекциялық қаптамалар шығарылды. Өндірушілер осындай қаптамалар дәлдікті талап ететін өндіріс процесстерінде шашырауын шамамен 40 пайызға дейін азайтатынын хабарлайды.

Тәжірибе нәтижесі: болат және алюминий арасындағы дәлдік айырмашылықтары

Бірдей 4 кВт талшықты лазерлік реттеулер кезінде 100 кесуде болат 98% өлшемдік тұрақтылықты сақтаса, алюминийде 91% болды. Алюминийдің еріу температурасының төмендігі жоғары жылдамдықпен кесу кезінде (>80 м/мин) орташа қыр бұрғысының 0,0008 дюйм болуына әкеп соқтырды.

Машина сапасы мен қозғалыс жүйесінің өнімділігі

Позициялық дәлдікте сервомоторлар, сызықты бағдарламалар мен машина қаттылығының ролі

Лазерлік кесу машиналарында кездесетін дәлдікті олардың қозғалыс компоненттері қамтамасыз етеді. Мысалы, сервомоторлар – қазіргі заманғы түрлері аспаптарды плюс немесе минус 5 микрометрге дейінгі дәлдікпен орналастыра алады. Ал қымбатқа тұратын сызықты бағдарламалар қалыпты рельстерге салыстырғанда үйкеліс мәселелерін 40%-60% аралығында азайтады. Раманың өзі де маңызды. Жақсы қатты құрылыс машина үдеу кезінде әр метрге шамамен 12 килоньютонға дейінгі ауытқу күштерін шыдай алады. 2024 жылы Роботтандыру автоматтандыру саласында жүргізілген жақындағы зерттеу қызықты нәрсе анықтады: өнеркәсіптік роботтардың орнынан қаншалықты ығысуы осындай жоғары дәлдіктегі жұмыстар кезінде өндірілетін бөлшектердің сапасына тікелей әсер ететінін көрсетті. Бүгінгі таңда өндіріп шығаратын жабдықтардан қандай талаптар қойылатынын қарастырған жөн.

Жоғары дәл лазерлік кесу кезіндегі тербеліс пен құрылымдық тұрақтылықты бақылау

Жоғары дәлдікті машиналардағы күрделі тербеліс жоятын жүйелер гармоникалық тербелістерді <0,8 мкм амплитудаға дейін шектейді, қайталану дәлдігін ±0,01 мм болып сақтайды. Гранитті композит негіздері мен белсенді массалық тежеуіштер қоршаған ортаның 85–92% тербеліс энергиясын жұтады, жұқа материалдарда кесу енін 15–30% арттыратын резонансты болдырмау үшін.

Кесу ені мен сәуленің тұрақтылығы ұсақ бөлшектерді кесу қолданбаларында

<0,03 мм фокустық дақ ауытқуын сақтайтын сәуле беру жүйелері нержелі болатта 0,1 мм-ден кіші кесу енін қамтамасыз етеді, ал шетінің кедір-бұдырлығы (Ra) 1,6 мкм төмен болады. Жоғары қысымды көмекші газ (25 барға дейін) плазма түзілуін тұрақтандырып, шетінің конустылығын 70% азайтады. Нақты уақыттағы сәулені бақылау 50 мс ішінде қуат тербелістерін түзетіп, энергия тығыздығының тұрақтылығын ±2% қамтамасыз етеді.

Кесу параметрлері мен процесстерді тиімділендіру

Дәлдік үшін лазерлік қуатты, кесу жылдамдығы мен материал қалыңдығын теңестіру

Дәл нәтижелер алу дегеніміз лазерлік қуатты дұрыс орнату, ол 200-ден 6000 ваттқа дейінгі аралықта болады, жарты метрден минутына 20 метрге дейінгі жылдамдықпен қоректендіру жылдамдығын реттеу және материалдың нақты қалыңдығын ескеру деген сөз. 2025 жылы жасалған соңғы зерттеулер әртүрлі металдар туралы қызықты нәрсе анықтады. 1 мм қалыңдығындағы нержавеюші болатты кескенде, операторлар көршілес жылдамдықтарда алюминиймен жұмыс істегенге қарағанда шамамен 25 пайызға дейін қуатты азайта алады, егер олар ±0,05 мм дәлдік шегінде қалғысы келсе. Үш миллиметрден аз қалыңдығы бар заттар үшін минутына 10-15 метр аралығында жылдам жұмыс істеу және қуат деңгейлерін төмен ұстап, жылуға сезімтал аймақтарды азайтады. Бірақ 10-нан 25 мм дейінгі қалың тақталармен жұмыс істегенде жағдайлар түбегейлі өзгереді. Минутына 0,5-тен 3 метрге дейінгі жылдамдыққа баяулау қажет болып, процесстің барлық кезеңдерінде құрылғының толық тесілуін қамтамасыз ету үшін қуатты дәл реттеу қажет болады.

Сәулелік үйлесімділікте фокусты басқару, линза сапасы мен қашықтықтың маңызы

• Фокустық нүкте өлшемі : Жоғары дәл қиылыстар үшін 0,1–0,3 мм аралығы идеал болып табылады
• Линзаның тазалығы : Линзаның ластануы сәулелік сапаны 40% дейін төмендетуі мүмкін
• Қашықтық : Нөзіктің соқтығысуын және плазма кедергісін болдырмау үшін 0,5–2,5 мм аралығын сақтаңыз

Қазіргі жүйелер материалдың бүріліп кетуін компенсациялау үшін фокалдық позицияны динамикалық түрде реттеу үшін сыйымдылықты биіктік сенсорларын қолданады.

Дәлдікті басқарудың өзгермелі әдістері үшін жасанды интеллект негізіндегі параметрлерді оптимизациялау

Машиналық оқыту алгоритмдері процесстің ортасында параметрлерді реттеу үшін 15-тен астам сенсор (жылулық, оптикалық, позициялық) нақты уақыттағы деректерін талдайды. 2024 жылғы процестерді оптимизациялау зерттеуі айнымалы қалыңдықтағы көміртекті болатта қиғаштықты 22%-ға жақсартатын бейімделуші жүйелер табылды. Осындай жүйелер материалдардың дерекқорын сәйкестендіру және болжау ықтималдылығын реттеу арқылы дайындау уақытын 65% қысқартады

Тұйықталған контур кері байланыс жүйелері: лазерлік кесу машиналарындағы нақтылықты нақты уақытта дамыту

Прогрессивті бақылаушылар әрбір секундта 10 000 ретке дейін PID циклдары мен интерферометрлік тексеру арқылы түзету жасайды. Сәуле жолының ауытқуын анықтағаннан кейін 4 мкс ішінде түзету жасалынады, 25 м/мин кесу жылдамдығында да ±5 мкм дәлдікті сақтайды

Калибрлеу, техникалық қызмет көрсету және орта әсері

Дәлдікті сақтауда калибрлеу мен техникалық қызмет көрсетудің маңызы

Лазерлік кесу қондырғылары кезекші тексерістер жүргізбесе, жолдан ауытқып кетуі мүмкін. Дәлдік инженериясы институтының зерттеулеріне сәйкес, температура өзгерістері мен уақыт өте құрылғы бөлшектерінің тозуы сияқты себептерге байланысты осындай қондырғылар әр жылы шамамен жарты миллиметр дәлдікті жоғалта алады. Кезекші тексерістер жұмыстың ұзақ уақыт жүргізілуіне байланысты линзалардың ластануы, орындарынан ығысқан айнадан, қозғалмайтын тіреуіштерден туындаған қателерді болдырмауға көмектеседі. Оптикалық бөлшектерді таза ұстау да нақты айтарлықтай айырмашылық жасайды. Бұл қарапайым шараның нәтижесінде сәуле тұрақтылығы шамамен 18 пайызға дейін артады, соның арқасында әсіресе жұқа металдармен жұмыс істеген кезде дәлдікті кесуге қол жеткізуге болады.

Автоматтандырылған және қолмен жасалатын калибрлеу өндірістік лазерлік кесу қондырғыларында

Автоматтандырылған калибрлеу адам қателерін 90%-ға дейін азайтады және қолмен орындауға қарағанда туралау үрдісін бес есе тездетеді. Алайда, қайта реттеу қажет ететін ескі жүйелер үшін қолмен калибрлеу әлі де қажет. Әртүрлі өнімдер шығарылатын өндіріс ортасында екі әдіс те қолданылады: автоматтандыру қайталануын қамтамасыз етсе, білікті техниктер күрделі жобаларды бақылауға қатысады.

Температура, ылғалдылық және оператордың біліктілігі: кесу сапасындағы жасырын айнымалылар

±3°C-тан асатын термиялық тербелістер талшынды лазер толқын ұзындықтарын бұрмалайды, ал 60%-дан жоғары ылғалдылық линзалардың тот басуын үдетеді. Дұрыс оператор дайындығы дәлдіктің 32%-ға кемуін болдырмақшы. Тәжірибеде мыналар қолданылады:

• Климаты бақыланатын орта (25°C-тан төмен, 45–55% RH)
• Күнделікті кернеу тұрақтылығын тексеру
• Тоқсандық сәулелік профильді талдау

Цех жағдайлары өзгеріп отырғанымен ISO 9013:2022 стандарттарын сақтау өлшемдік дәлдікті ±0,1 мм ішінде ұстап тұруға көмектеседі.

Жиі қойылатын сұрақтар (ЖҚС)

Металл кесуге қандай лазерлер ең қолайлы?

Талшынды лазерлер металды, әсіресе нержелі болат сияқты жарық шағылдыратын металдарды кесуге өте тиімді.

CO2 лазерлері металл емес материалдарды кескенде қалай жұмыс істейді?

CO2 лазерлері акрил пластиналар сияқты металл емес материалдар үшін таза қырын және жылдам кесуді қамтамасыз етеді.

Диодты лазерлер неліктен электроникалық жұқа фольгалар мен әртүрлі пластмассалар сияқты сезімтал материалдармен дәл жұмыс істеуге ыңғайлы?

Диодты лазерлер өте жұқа кесінділер жасайды және электроника үшін қолданылатын жұқа фольгалар мен әртүрлі пластмассалар сияқты сезімтал материалдар үшін идеалды болып табылады.

Материалдың қалыңдығы лазерлік кесу дәлдігіне қалай әсер етеді?

Қалың материалдар көбінесе кеңірек кесіліп кетуіне әкеліп соғады, ал жұқа материалдар көбірек дәл шектеулер сақталуына мүмкіндік береді.

Лазерлік кесу машинасының дәлдігінде сервоқозғалтқыштардың рөлі қандай?

Сервоқозғалтқыштар микрометрдің бірнеше бөлігінде құралдарды дәл орналастыруға көмектесіп, кесу процесінің жалпы дәлдігін арттырады.