Hanfodion Torri Laser a'i System Brosesu —Offer Torri Laser

II. Cyfansoddiad Offer Torri Laser

2.1 Cydrannau ac Egwyddor Weithio Peiriant Torri Laser

Mae peiriant torri laser yn cynnwys allyrrydd laser, pen torri, cynulliad trosglwyddo trawst, bwrdd gwaith offer peiriant, system rheoli rhifiadol (NC), cyfrifiadur (caledwedd a meddalwedd), oerydd, silindr nwy amddiffynnol, casglwr llwch, a sychwr aer.

Generadur Laser

Mae'r generadur laser yn ddyfais sy'n cynhyrchu ffynonellau golau laser. Ar gyfer cymwysiadau torri laser, mae'r rhan fwyaf o beiriannau'n mabwysiadu laserau nwy CO₂ sydd â effeithlonrwydd trosi electro-optegol uchel ac allbwn pŵer uchel, ac eithrio ychydig o achosion lle defnyddir laserau cyflwr solid YAG. Nid yw pob laser yn addas ar gyfer torri, gan fod torri laser yn gosod gofynion llym ar ansawdd y trawst.
Pen Torri

Mae'n cynnwys yn bennaf gydrannau fel ffroenell, lens ffocws, a system olrhain ffocws.

Defnyddir dyfais gyrru'r pen torri i yrru'r pen torri i symud ar hyd yr echelin-Z yn ôl rhaglenni rhagosodedig. Mae'n cynnwys modur servo a rhannau trosglwyddo fel sgriwiau plwm neu gerau.

(1) Ffroenell: Mae tri phrif fath o ffroenellau: math cyfochrog, math cydgyfeiriol, a math conigol.

(2) Lens Ffocwsio: I dorri gan ddefnyddio ynni trawst laser, rhaid ffocysu'r trawst gwreiddiol a allyrrir gan y laser drwy lens i ffurfio man golau â dwysedd ynni uchel. Mae lensys hyd ffocal canolig a hir yn addas ar gyfer torri platiau trwchus ac mae ganddynt ofynion is ar gyfer sefydlogrwydd bylchau'r system olrhain. Dim ond ar gyfer torri platiau tenau o dan 3 mm y mae lensys hyd ffocal byr yn addas; mae ganddynt ofynion llym ar gyfer sefydlogrwydd bylchau'r system olrhain ond gallant leihau'r pŵer allbwn laser sydd ei angen yn sylweddol.

(3) System Olrhain: Mae system olrhain ffocws peiriant torri laser fel arfer yn cynnwys pen torri ffocysu a system synhwyrydd olrhain. Mae'r pen torri yn integreiddio swyddogaethau tywys a ffocysu trawst, oeri dŵr, chwythu nwy, ac addasu mecanyddol.

Mae'r synhwyrydd yn cynnwys elfennau synhwyro ac uned rheoli ymhelaethu. Mae systemau olrhain yn amrywio'n llwyr yn dibynnu ar y math o elfennau synhwyro. Mae dau brif fath ar gael: un yw'r system olrhain synhwyrydd capacitive, a elwir hefyd yn system olrhain di-gyswllt; y llall yw'r system olrhain synhwyrydd anwythol, a elwir hefyd yn system olrhain cyswllt.
Cynulliad Trosglwyddo Trawst

Llwybr Optegol Allanol: Defnyddir drychau adlewyrchol i arwain y trawst laser i'r cyfeiriad a ddymunir. Er mwyn atal camweithrediadau yn llwybr y trawst, mae pob drych adlewyrchol yn cael ei amddiffyn gan darianau, a chyflwynir nwy amddiffynnol pwysedd positif glân i gadw'r drychau'n rhydd rhag halogiad. Gall lens perfformiad uchel ffocysu trawst nad yw'n dargyfeirio i fan bach iawn. Defnyddir lens â hyd ffocal 5.0 modfedd yn gyffredin, tra mai dim ond ar gyfer torri deunyddiau sy'n fwy trwchus na 12 mm y mae lens 7.5 modfedd yn berthnasol.
Bwrdd Gwaith Offeryn Peiriant

Prif Gorff y Peiriant: Adran yr offeryn peiriant o'rpeiriant torri laseryw'r rhan fecanyddol sy'n sylweddoli symudiad echelinau X, Y, a Z, gan gynnwys y platfform gwaith torri.
System Rheoli Rhifiadol

Mae'r system NC yn rheoli'r offeryn peiriant i gyflawni symudiadau echelin X, Y, Z ac yn rheoleiddio pŵer allbwn y laser ar yr un pryd.
System Oeri

Uned Oerydd: Fe'i defnyddir i oeri'r generadur laser. Dyfais yw laser sy'n trosi ynni trydanol yn ynni golau. Er enghraifft, mae effeithlonrwydd trosi laser nwy CO₂ fel arfer yn 20%, gyda'r ynni sy'n weddill yn cael ei drawsnewid yn wres. Mae dŵr oeri yn tynnu gwres gormodol i gynnal gweithrediad arferol y generadur laser. Mae'r uned oerydd hefyd yn oeri drychau llwybr optegol allanol a lensys ffocysu'r offeryn peiriant, gan sicrhau ansawdd trosglwyddo trawst sefydlog ac atal anffurfiad neu gracio lens yn effeithiol oherwydd gorboethi.
Silindrau Nwy

Mae silindrau nwy yn cynnwys silindrau cyfrwng gweithio a silindrau nwy ategol ar gyfer y peiriant torri laser, a ddefnyddir i ategu nwyon diwydiannol ar gyfer osgiliad laser a chyflenwi nwyon ategol ar gyfer y pen torri.
System Tynnu Llwch

Mae'n echdynnu mwg a llwch a gynhyrchir yn ystod prosesu ac yn cynnal triniaeth hidlo i sicrhau bod allyriadau nwyon gwacáu yn bodloni safonau diogelu'r amgylchedd.
Sychwr Oeri Aer a Hidlydd

Mae'n cyflenwi aer glân, sych i'r generadur laser a llwybr y trawst, gan gynnal gweithrediad arferol llwybr y trawst a'r drychau adlewyrchol.

2.2 Torch Torri ar gyfer Torri Laser

Dangosir diagram strwythurol torch torri ar gyfer torri laser isod. Mae'n cynnwys corff torch yn bennaf, lens ffocysu, drych adlewyrchol, a ffroenell nwy ategol. Wrth dorri laser, rhaid i'r torch dorri fodloni'r gofynion canlynol:

① Gall y ffagl alldaflu llif nwy digonol.

② Rhaid i gyfeiriad alldaflu'r nwy y tu mewn i'r ffagl fod yn gydechelinol ag echelin optegol y drych adlewyrchol.

③ Gellir addasu hyd ffocal y fflachlamp yn hawdd.

④ Yn ystod torri, ni ddylai anwedd metel a sblasiadau o'r metel wedi'i dorri niweidio'r drych adlewyrchol.

Mae symudiad y ffagl dorri yn cael ei addasu gan system symudiad NC. Mae tri senario ar gyfer y symudiad cymharol rhwng y ffagl dorri a'r darn gwaith:

① Mae'r ffagl yn aros yn llonydd tra bod y darn gwaith yn symud trwy'r bwrdd gwaith — yn bennaf yn addas ar gyfer darnau gwaith bach.

② Mae'r darn gwaith yn aros yn llonydd tra bod y ffagl yn symud.

③ Mae'r ffagl a'r bwrdd gwaith yn symud ar yr un pryd.

2.2.1 Pen Torri

Mae'r pen torri laser wedi'i leoli ar ddiwedd y system drosglwyddo trawst, sy'n cynnwys lens ffocysu a ffroenell dorri.

Mae lensys ffocysu yn cael eu dosbarthu'n bennaf yn ôl hyd ffocal. Mae'r rhan fwyaf o offer torri laser wedi'i gyfarparu â sawl pen torri gyda gwahanol hydau ffocal. Gan gymryd torri laser CO₂ fel enghraifft, yr hydau ffocal cyffredin yw 127 mm (5 modfedd) a 190 mm (7.5 modfedd). Mae lens hyd ffocal byr yn cynhyrchu man ffocal bach a dyfnder ffocal byr, sy'n ffafriol i leihau lled y cerfio a chyflawni toriadau mwy manwl. Mae lens hyd ffocal hir yn cynhyrchu man ffocal mwy a dyfnder ffocal hirach. O'i gymharu â lensys hyd ffocal byr, gall lensys hyd ffocal hir ddarparu trawst ffocal gyda dwysedd ynni laser sy'n ddigonol ar gyfer prosesu deunydd ger y pwynt ffocal. Felly, defnyddir lensys hyd ffocal byr yn bennaf ar gyfer torri platiau tenau yn fanwl gywir, tra bod angen lensys hyd ffocal hir ar gyfer deunyddiau mwy trwchus i gael dyfnder ffocal digonol, gan sicrhau amrywiad lleiaf mewn diamedr man a dwysedd pŵer digonol o fewn yr ystod trwch torri.

Defnyddir lensys ffocysu i ffocysu'r trawst laser cyfochrog sy'n taro'r ffagl dorri, gan gyflawni maint man llai a dwysedd pŵer uwch. Gwneir lensys o ddeunyddiau a all drosglwyddo tonfedd y laser. Defnyddir gwydr optegol yn gyffredin ar gyfer laserau cyflwr solid, tra bod deunyddiau fel ZnSe, GaAs, a Ge yn cael eu mabwysiadu ar gyfer laserau nwy CO₂ (gan nad yw gwydr cyffredin yn dryloyw i drawstiau laser CO₂), ac ymhlith y rhain ZnSe yw'r un a ddefnyddir fwyaf.

Ar gyfer torri laser, mae lleihau diamedr y man ffocal yn ddymunol er mwyn cynyddu dwysedd pŵer a galluogi torri cyflym. Fodd bynnag, mae hyd ffocal byrrach y lens yn arwain at ddyfnder ffocal llai, gan ei gwneud hi'n anodd cyflawni arwyneb torri perpendicwlar wrth dorri platiau trwchus. Yn ogystal, mae hyd ffocal byrrach yn lleihau'r pellter rhwng y lens a'r darn gwaith, gan gynyddu'r risg y bydd y lens yn cael ei halogi gan sblasiadau tawdd yn ystod torri ac yn effeithio ar weithrediad arferol. Felly, dylid pennu'r hyd ffocal priodol yn gynhwysfawr yn seiliedig ar ffactorau fel trwch torri a gofynion ansawdd torri.

2.2.2 Drych Adlewyrchol

Swyddogaeth y drych adlewyrchol yw newid cyfeiriad y trawst sy'n cael ei allyrru o'r laser. Ar gyfer trawstiau o laserau cyflwr solid, gellir defnyddio drychau adlewyrchol wedi'u gwneud o wydr optegol. Mewn cyferbyniad, mae drychau adlewyrchol mewn dyfeisiau torri laser nwy CO₂ fel arfer wedi'u gwneud o gopr neu fetelau ag adlewyrchedd uchel. Er mwyn atal difrod a achosir gan orboethi o ymbelydredd laser yn ystod gweithrediad, mae drychau adlewyrchol fel arfer yn cael eu hoeri â dŵr.

2.2.3 Ffroenell

Defnyddir y ffroenell i chwistrellu nwy ategol i'r parth torri, ac mae gan ei strwythur effaith benodol ar effeithlonrwydd ac ansawdd torri. Mae Ffigur 4.11 yn dangos siapiau ffroenell cyffredin ar gyfer torri laser; mae siapiau agoriadau'r ffroenell yn cynnwys mathau silindrog, conigol, a chydgyfeiriol-dargyfeiriol.

Yn gyffredinol, pennir dewis y ffroenell trwy brofion yn seiliedig ar ddeunydd a thrwch y darn gwaith, a phwysau'r nwy ategol. Fel arfer, mae torri laser yn defnyddio ffroenellau cyd-echelinol (lle mae llif y nwy yn gyd-echelinol â'r echelin optegol). Os nad yw llif y nwy a'r trawst laser yn gyd-echelinol, mae'n debygol y bydd gormod o dasgu yn digwydd wrth dorri. Dylai wal fewnol agoriad y ffroenell fod yn llyfn i sicrhau llif nwy heb rwystr ac osgoi tyrfedd a all effeithio ar ansawdd y cerf. Er mwyn sicrhau sefydlogrwydd torri, dylid lleihau'r pellter rhwng wyneb pen y ffroenell ac wyneb y darn gwaith, fel arfer yn amrywio o 0.5 mm i 2.0 mm. Rhaid i ddiamedr agoriad y ffroenell ganiatáu i'r trawst laser basio drwodd yn llyfn, gan atal y trawst rhag cyffwrdd â wal fewnol yr agoriad. Po leiaf yw diamedr yr agoriad, y mwyaf anodd yw hi i gydlinio'r trawst. Ar gyfer pwysau nwy ategol penodol, mae ystod optimaidd o ddiamedrau agoriad y ffroenell. Bydd agoriad rhy fach neu fawr yn rhwystro tynnu cynhyrchion tawdd o'r cerf ac yn effeithio ar y cyflymder torri.

Dangosir dylanwad diamedr agoriad y ffroenell ar gyflymder torri o dan bŵer laser sefydlog a phwysau nwy ategol yn Ffigurau 4.12 a 4.13. Gellir gweld bod diamedr agoriad ffroenell gorau posibl sy'n cyflawni'r cyflymder torri uchaf. Mae'r gwerth gorau posibl hwn tua 1.5 mm p'un a ddefnyddir ocsigen neu argon fel y nwy ategol.

Mae profion ar dorri aloion caled (sy'n anodd eu torri) â laser yn dangos bod diamedr agoriad y ffroenell orau yn agos iawn at y canlyniadau uchod, fel y dangosir yn Ffigur 4.14. Mae diamedr agoriad y ffroenell hefyd yn effeithio ar led y cerfio a lled y parth yr effeithir arno gan wres (HAZ). Fel y dangosir yn Ffigur 4.15, gyda chynnydd diamedr agoriad y ffroenell, mae lled y cerfio yn cynyddu tra bod lled y HAZ yn culhau. Y prif reswm dros gulhau'r HAZ yw effaith oeri well llif y nwy ategol ar y deunydd sylfaen yn y parth torri.

2.3 Paramedrau Offer Torri Laser

2.3.1 Offer Torri a Yrrir gan Fflam

Mewn offer torri sy'n cael ei yrru gan dortsh, mae'r dortsh torri wedi'i osod ar gantri symudol ac yn symud yn llorweddol ar hyd trawst y gantri (echelin-Y). Mae'r gantri yn gyrru'r dortsh i symud ar hyd yr echelin-X, tra bod y darn gwaith wedi'i osod ar y bwrdd gwaith. Gan fod y laser a'r dortsh torri wedi'u trefnu ar wahân, mae nodweddion trosglwyddo'r laser, paralelrwydd ar hyd cyfeiriad sganio'r trawst, a sefydlogrwydd y drychau adlewyrchol i gyd yn cael eu heffeithio yn ystod y broses dorri.

Gall offer torri sy'n cael ei yrru gan dortsh brosesu darnau gwaith mawr. Mae'n meddiannu arwynebedd llawr cymharol fach ar gyfer y parth cynhyrchu torri a gellir ei integreiddio'n hawdd ag offer arall i ffurfio llinell gynhyrchu. Fodd bynnag, dim ond ±0.04 mm yw ei gywirdeb lleoli.

Dangosir strwythur nodweddiadol offer torri a yrrir gan dortsh yn Ffigur 4.19. Defnyddir peiriant torri laser CO₂ tonnau parhaus, gyda'r pellter o'r laser i'r dortsh torri yn 18 m. Er mwyn sicrhau nad yw'r newid yn ndiamedr y trawst dros y pellter trosglwyddo hwn yn ymyrryd â gweithrediadau torri, rhaid dylunio'r cyfuniad o ddrychau osgiliadur yn ofalus.

Dyma brif baramedrau technegol offer torri sy'n cael ei yrru gan fflam:

Pŵer Allbwn Laser: 1.5 kW (modd sengl), 3 kW (modd aml)
Strôc y Fflam: Echel-X 6.2 m, echel-Y 2.6 m
Cyflymder Gyrru: 0–10 m/mun (addasadwy)
Strôc Arnofiol Echel-Z y Fflach: 150 mm
Cyflymder Addasu Echel-Z y Fflam: 300 mm/mun
Maint Uchaf y Plât Dur wedi'i Brosesu: 12 mm × 2400 mm × 6000 mm
System Reoli: Modd Rheoli NC Integredig

2.3.2 Offer Torri a Yrrir gan Fwrdd XY

Yn yr offer torri sy'n cael ei yrru gan fwrdd XY, mae'r ffagl dorri wedi'i gosod ar y ffrâm, a rhoddir y darn gwaith ar y bwrdd torri. Mae'r bwrdd torri yn symud ar hyd echelinau X ac Y yn ôl gorchmynion NC, gyda chyflymder gyrru addasadwy sydd fel arfer yn amrywio o 0–1 m/mun neu 0–5 m/mun. Gan fod y ffagl dorri yn aros yn llonydd o'i gymharu â'r darn gwaith, mae'n lleihau'r effaith ar aliniad a chanoli trawst laser yn ystod y broses dorri, gan sicrhau perfformiad torri unffurf a sefydlog. Pan fydd wedi'i gyfarparu â bwrdd torri bach sy'n cynnwys cywirdeb mecanyddol uchel, mae'r peiriant yn cyflawni cywirdeb lleoli o ±0.01 mm acywirdeb torri rhagorol, gan ei wneud yn arbennig o addas ar gyfer torri cydrannau bach yn fanwl gywir. Yn ogystal, mae byrddau torri mwy gyda strôc echelin-X o 2300–2400 mm a strôc echelin-Y o 1200–1300 mm ar gael ar gyfer prosesu darnau gwaith mawr.

Dyma brif baramedrau technegol yr offer torri sy'n cael ei yrru gan fwrdd XY:

Ffynhonnell Laser: laser nwy CO₂ (math tiwb syth lled-gaeedig)
Cyflenwad Pŵer Laser: Foltedd mewnbwn 200 VAC; Foltedd allbwn 0–30 kV; Cerrynt allbwn uchaf 100 mA
Pŵer Allbwn Laser: 550 W
Strôc y Bwrdd Torri: Echel-X 2300 mm, Echel-Y 1300 mm
Cyflymder Gyrru Bwrdd Torri (Addasadwy fesul cam): 0.4–5.0 m/mun, 0.2–2.5 m/mun, 0.1–1.3 m/mun, 0.05–0.6 m/mun
Strôc Arnofiol Echel-Z y Fflach: 180 mm
Maint Uchaf y Plât wedi'i Brosesu: 6 mm × 1300 mm × 2300 mm
System Reoli: Modd Rheoli Rhifiadol (NC)

2.3.3 Offer Torri â Gyriant Deuol (Ffagl a Bwrdd)

Mae'r offer torri â gyriant deuol (ffagl a bwrdd) yn disgyn rhwng y peiriannau torri â gyriant ffagl a'r rhai â gyriant bwrdd XY o ran dyluniad. Mae'r ffagl dorri wedi'i gosod ar gantri ac yn symud yn llorweddol ar hyd trawst y gantri (echelin-Y), tra bod y bwrdd torri yn cael ei yrru'n hydredol. Mae'r dyluniad hybrid hwn yn cyfuno manteision cywirdeb torri uchel ac effeithlonrwydd arbed lle. Gyda chywirdeb lleoli o ±0.01 mm ac ystod cyflymder torri addasadwy o 0–20 m/mun, mae'n un o'r peiriannau torri a ddefnyddir fwyaf ar y farchnad. Mae modelau mwy o'r peiriant hwn yn cynnig strôc echel-Y o 2000 mm a strôc echel-X o 6000 mm, gan alluogi torri darnau gwaith mawr.

Mae'r osgiliadur laser wedi'i osod ar y gantri ochr yn ochr â'r ffagl dorri. Mae'r cyfluniad hwn yn darparu cywirdeb eithriadol wrth dorri tyllau crwn. Mae'r peiriant hefyd yn ymfalchïo mewn effeithlonrwydd cynhyrchu uchel: gall dorri 46 o dyllau crwn (10 mm mewn diamedr) y funud ar blât dur 1 mm o drwch.

2.3.4 Offer Torri Integredig

Mewnpeiriant torri integredig, mae'r ffynhonnell laser wedi'i gosod ar y ffrâm ac yn symud yn hydredol gydag ef, tra bod y ffagl dorri wedi'i hintegreiddio â'i fecanwaith gyrru i symud yn llorweddol ar hyd trawst y ffrâm. Mae'r peiriant yn defnyddio rheolaeth rifiadol i dorri cydrannau o wahanol siapiau. I wneud iawn am yr amrywiad hyd llwybr optegol a achosir gan symudiad llorweddol y ffagl dorri, mae modiwl addasu hyd llwybr optegol fel arfer wedi'i gyfarparu. Mae'r modiwl hwn yn sicrhau trawst laser homogenaidd o fewn yr ardal dorri ac yn cynnal ansawdd arwyneb torri cyson.

Amser postio: 17 Rhagfyr 2025

Hanfodion Torri Laser a'i System Brosesu — Offer Torri Laser