**Cắt laser và cơ bản hệ thống chế biến của nó

**II. Thành phần của thiết bị cắt laser**

**2.1 Các thành phần và nguyên tắc hoạt động của máy cắt laser**

Máy cắt laser bao gồm máy phát laser, đầu cắt, các thành phần truyền chùm tia, bàn làm việc máy công cụ, hệ thống CNC, máy tính (phần cứng, phần mềm), máy làm mát, bình khí chắn,Máy hút bụi, và máy sấy không khí, trong số các bộ phận khác.

1. ** Máy phát laser:** Đây là thiết bị tạo ra nguồn laser. Đối với các ứng dụng cắt laser, ngoại trừ một vài trường hợp sử dụng laser trạng thái rắn YAG,đa số sử dụng laser khí CO2 do hiệu quả chuyển đổi quang điện cao hơn và khả năng sản xuất công suất cao hơnVì cắt laser có yêu cầu rất cao về chất lượng chùm, không phải tất cả các laser đều phù hợp để cắt.

2. ** Đầu cắt:** Bao gồm chủ yếu các thành phần như vòi phun, ống kính lấy nét và hệ thống theo dõi lấy nét.Thiết bị điều khiển đầu cắt được sử dụng để lái đầu cắt dọc theo trục Z theo chương trình, bao gồm các thành phần như động cơ servo và ốc vít hoặc bánh răng.

* (1) ** Nozzle:** Các loại vòi chủ yếu bao gồm ba hình thức: song song, hội tụ và hình nón.

* (2) ** Lăng kính lấy nét:** Để sử dụng năng lượng của chùm tia laser để cắt, chùm tia thô phát ra từ laser phải được lấy nét bởi một ống kính để tạo thành một điểm có mật độ năng lượng cao.Các ống kính tiêu cự dài và trung bình phù hợp với việc cắt tấm dày và có yêu cầu thấp hơn về sự ổn định khoảng cách của hệ thống theo dõi. ống kính tiêu cự ngắn chỉ phù hợp với các tấm mỏng dưới 3mm;Chúng có các yêu cầu nghiêm ngặt cho sự ổn định khoảng cách của hệ thống theo dõi nhưng có thể làm giảm đáng kể công suất đầu ra laser cần thiết.

* (3) ** Hệ thống theo dõi:** Hệ thống theo dõi lấy nét của máy cắt laser thường bao gồm đầu cắt lấy nét và hệ thống cảm biến theo dõi.Đầu cắt bao gồm các bộ phận để hướng ánh sáng và tập trung, làm mát bằng nước, thổi khí và điều chỉnh cơ học. cảm biến bao gồm các phần điều khiển cảm biến và khuếch đại.hệ thống theo dõi hoàn toàn khác nhau; chủ yếu, có hai hình thức: hệ thống theo dõi cảm biến dung lượng (không tiếp xúc) và hệ thống theo dõi cảm biến cảm ứng (thương ứng).

3. ** Các thành phần truyền chùm tia (con đường ánh sáng bên ngoài):** Kính phản xạ và phản xạ được sử dụng để hướng laser theo hướng cần thiết.tất cả các tấm gương được bảo vệ bởi vỏ và cung cấp với sạchMột bộ ống kính chất lượng cao sẽ tập trung một chùm tia mà không có góc chênh lệch vào một điểm vô cùng nhỏ.Ống kính tiêu cự 0 inch thường được sử dụng. Một ống kính 7,5 inch chỉ được sử dụng cho các vật liệu dày > 12mm.

4. **Machine Tool Worktable (Machine Host):** Phần cơ học của máy cắt laser cho phép di chuyển dọc theo trục X, Y và Z, bao gồm cả nền tảng cắt.

5. ** Hệ thống CNC:** Điều khiển công cụ máy để đạt được chuyển động trục X, Y, Z và cũng điều khiển công suất đầu ra của laser.

6. ** Hệ thống làm mát (Đơn vị làm mát):** Được sử dụng để làm mát máy phát laser.tỷ lệ chuyển đổi của laser khí CO2 thường là 20%, với năng lượng còn lại được chuyển thành nhiệt.Máy làm mát cũng làm mát các gương đường ánh sáng bên ngoài và ống kính lấy nét để đảm bảo chất lượng truyền chùm ổn định và ngăn ngừa hiệu quả biến dạng hoặc nứt ống kính do nhiệt độ quá cao.

7. ** Các bình khí:** Bao gồm các bình khí trung bình hoạt động của máy cắt laser và các bình khí phụ trợ,được sử dụng để bổ sung khí công nghiệp cho dao động laser và cung cấp khí phụ trợ cho đầu cắt.

8. ** Hệ thống loại bỏ bụi:** Xóa khói và bụi phát sinh trong quá trình chế biến và lọc chúng để khí thải thải đáp ứng các tiêu chuẩn môi trường.

9. ** Máy làm khô và bộ lọc làm mát không khí:** cung cấp không khí sạch, khô cho máy phát laser và đường chiếu để duy trì hoạt động bình thường của đường chiếu và gương.

**2.2 Đèn cắt laser**

Cấu trúc sơ đồ của một ngọn đuốc cắt laser được hiển thị trong hình dưới đây, chủ yếu bao gồm thân ngọn đuốc, ống kính tập trung, gương và vòi khí phụ trợ.đèn đuốc phải đáp ứng các yêu cầu sau::

1 Đèn đuốc phải có khả năng thải ra một dòng khí đủ.

2 Hướng phóng khí bên trong ngọn đuốc phải đồng trục với trục quang của gương.

3 Độ dài tiêu cự của đèn đuốc nên dễ dàng điều chỉnh.

4 Trong khi cắt, hãy đảm bảo rằng hơi kim loại và mờ từ quá trình cắt không làm hỏng gương.

Di chuyển của ngọn đuốc được điều chỉnh thông qua hệ thống chuyển động CNC.

1 Đèn đuốc không hoạt động, và mảnh làm việc di chuyển qua bàn làm việc (chủ yếu cho các mảnh làm việc nhỏ hơn).

2 Bàn làm việc đứng yên, và ngọn đuốc đang chuyển động.

3 Cả đèn đuốc và bàn làm việc di chuyển cùng một lúc.

**2.2.1 Đầu cắt**

Đầu cắt laser nằm ở cuối hệ thống truyền chùm và bao gồm ống kính lấy nét và vòi cắt.

Các ống kính lấy nét chủ yếu được phân biệt bởi độ dài tiêu cự của chúng. Hầu hết các thiết bị cắt laser được trang bị nhiều đầu cắt có độ dài tiêu cự khác nhau.Lấy cắt laser CO2 làm ví dụ, độ dài tiêu cự phổ biến là 127mm (5in) và 190mm (7.5in).có lợi cho việc giảm chiều rộng cắt và đạt được cắt tốt hơn. Một ống kính tiêu cự dài mang lại một điểm tiêu cự lớn hơn và độ sâu tiêu cự dài hơn.một ống kính tiêu cự dài có thể đáp ứng các yêu cầu về mật độ năng lượng chùm tập trung gần điểm tiêu cự trên một phạm vi độ dày vật liệu lớn hơnDo đó, ống kính tiêu cự ngắn chủ yếu được sử dụng để cắt mỏng các tấm mỏng, trong khi các vật liệu dày hơn đòi hỏi ống kính tiêu cự dài để có được độ sâu tiêu cự đầy đủ,đảm bảo rằng sự thay đổi đường kính điểm là tối thiểu trong phạm vi độ dày cắt và mật độ công suất đầy đủ được duy trì.

Kính lấy nét được sử dụng để lấy nét chùm tia laser song song đi vào ngọn đuốc để có được một điểm nhỏ và mật độ năng lượng cao.Máy laser trạng thái rắn thường sử dụng kính quang, trong khi laser khí CO2, không thể truyền qua kính thông thường, sử dụng vật liệu như ZnSe, GaAs và Ge, với ZnSe là phổ biến nhất.

Đối với cắt laser, đường kính điểm nhỏ nhất có thể được mong muốn, vì điều này làm tăng mật độ điện, tạo điều kiện cắt tốc độ cao.độ sâu của trọng tâm cũng trở nên nhỏ hơnNgoài ra, với độ dài tiêu cự ống kính nhỏ hơn, khoảng cách giữa ống kính và mảnh làm việc được giảm,làm cho ống kính dễ bị nhiễm bẩn bởi phun và vật liệu nóng chảy khác trong quá trình cắt, ảnh hưởng đến hoạt động bình thường.độ dài tiêu cự thích hợp phải được xác định bằng cách xem xét toàn diện các yếu tố như độ dày cắt và các yêu cầu về chất lượng.

**2.2.2 Kính**

Chức năng của gương là thay đổi hướng của chùm tia phát ra từ laser.trong khi gương trong thiết bị cắt laser khí CO2 thường được làm bằng đồng hoặc kim loại có độ phản xạ caoTrong khi sử dụng, gương thường được làm mát bằng nước để tránh thiệt hại do quá nóng do tiếp xúc với ánh sáng.

**2.2.3 Nút**

Các vòi phun được sử dụng để phun khí phụ trợ vào khu vực cắt. hình dạng cấu trúc của nó có ảnh hưởng nhất định đến hiệu quả và chất lượng cắt. hình 4.11 cho thấy các hình dạng vòi phổ biến được sử dụng trong cắt laser; các hình dạng lỗ phun bao gồm các loại hình hình trụ, hình nón và hội tụ-divergent (de Laval).

Việc lựa chọn vòi phun thường được xác định sau khi thử nghiệm dựa trên vật liệu đồ đạc, độ dày, áp suất khí phụ trợ, v.v.Cắt laser thường sử dụng vòi đồng trục (dòng khí đồng trục với trục quang học)Nếu luồng khí không đồng trục với chùm, nó có thể dễ dàng tạo ra các vết phun đáng kể trong quá trình cắt.Bức tường lỗ của vòi phải trơn tru để đảm bảo lưu lượng khí trơn tru và tránh ảnh hưởng đến chất lượng cắt do nhiễu loạnĐể đảm bảo sự ổn định của quá trình cắt, khoảng cách từ mặt vòi phun đến bề mặt đồ đạc nên được giảm thiểu, thường được lấy là 0,5 ~ 2,0mm.Các lỗ ống phun phải cho phép chùm tia laser đi qua không bị cản trở, tránh chùm chạm vào tường bên trong của vòi phun. nhỏ hơn khẩu độ, khó khăn hơn chùm kết hợp trở nên. ở một áp suất khí phụ trợ nhất định,có một phạm vi tối ưu của đường kính khẩu độ vòiNếu khẩu độ quá nhỏ hoặc quá lớn, nó sẽ ảnh hưởng đến việc loại bỏ các sản phẩm nóng chảy khỏi thùng và cũng ảnh hưởng đến tốc độ cắt.

Ảnh hưởng của khẩu độ vòi phun vào tốc độ cắt dưới một công suất laser nhất định và áp suất khí phụ trợ được hiển thị trong hình 4.12 và 4.13Có thể thấy rằng có một khẩu độ vòi tối ưu cho tốc độ cắt tối đa. Cho dù oxy hoặc argon được sử dụng làm khí phụ trợ, giá trị tối ưu này khoảng 1,5mm.

Các thử nghiệm cắt laser trên các vật liệu khó cắt như carbide xi măng cho thấy khẩu độ vòi tối ưu rất gần với kết quả trên, như được hiển thị trong hình 4.14. Khẩu ống phun cũng ảnh hưởng đến chiều rộng của vòm và chiều rộng của vùng bị ảnh hưởng bởi nhiệt (HAZ).15, khi khẩu độ vòi tăng lên, đường cắt mở rộng trong khi HAZ thu hẹp.Lý do chính cho việc thu hẹp HAZ là hiệu ứng làm mát tăng cường của dòng chảy khí phụ trợ trên vật liệu cơ bản trong vùng cắt.

**2.3 Các thông số thiết bị cắt laser**

**2.3.1 Thiết bị cắt bằng đèn đuốc**

Trong thiết bị cắt bằng đuốc, đuốc cắt được lắp đặt trên một cổng di động và di chuyển ngang (trái hướng Y) dọc theo chùm cổng.và phần làm việc được cố định trên bàn cắtVì nguồn laser được tách khỏi ngọn đuốc, trong quá trình cắt, các đặc điểm truyền laser, song song dọc theo hướng quét chùm tia,và sự ổn định của gương phản xạ có thể bị ảnh hưởng.

Thiết bị chạy bằng đuốc có thể xử lý các bộ phận lớn hơn, đòi hỏi không gian sàn tương đối ít hơn cho khu vực sản xuất cắt và có thể dễ dàng tích hợp vào dây chuyền sản xuất với các thiết bị khác.,Độ chính xác định vị thường khoảng ± 0,04mm.

Cấu trúc điển hình của thiết bị cắt bằng đèn đuốc được hiển thị trong hình 4.19Ví dụ này sử dụng một máy cắt laser sóng liên tục CO2, với khoảng cách truyền chùm tia là 18m từ nguồn laser đến ngọn đuốc.Để đảm bảo rằng thay đổi hình dạng chùm trên khoảng cách này không cản trở cắt, sự kết hợp của gương dao động phải được thiết kế cẩn thận.

Các thông số kỹ thuật chính cho thiết bị chạy bằng đuốc:

* Lượng đầu ra laser: 1.5kW (chế độ đơn), 3kW (chế độ đa).

* Lái xe đuốc: trục X 6,2m, trục Y 2,6m.

* Tốc độ lái xe: 0 ~ 10m/min (được điều chỉnh).

* Độ cao của ngọn đuốc (trục Z) Di chuyển nổi: 150mm.

* Tốc độ điều chỉnh chiều cao đèn đuốc: 300mm/min.

* Kích thước tấm thép có thể chế biến tối đa: dày 12mm * 2400mm * 6000mm.

* Thiết bị điều khiển: Phương pháp điều khiển CNC tích hợp.

**2.3.2 XY Coordinate Cutting Table-driven Equipment**

Trong thiết bị cắt bàn phối hợp XY, ngọn đuốc được cố định trên khung máy, và mảnh làm việc được đặt trên bàn cắt.Bàn cắt di chuyển theo hướng dẫn NC dọc theo hướng X và Y. Tốc độ lái xe thường là 0 ~ 1m / phút (có thể điều chỉnh) hoặc 0 ~ 5m / phút (có thể điều chỉnh).cho phép cắt ngang và ổn địnhKhi kích thước bàn cắt nhỏ và độ chính xác cơ khí cao, độ chính xác vị trí có thể là ± 0,01mm, dẫn đến độ chính xác cắt tuyệt vời,làm cho nó đặc biệt phù hợp với cắt chính xác các bộ phận nhỏNgoài ra còn có bàn cắt với đường x-axis 2300 ~ 2400mm và đường x-axis 1200 ~ 1300mm để chế biến các bộ phận lớn hơn.

Các thông số kỹ thuật chính cho thiết bị lái bàn XY:

* Laser: laser khí CO2 (loại ống thẳng nửa kín).

* Cung cấp điện laser: điện áp đầu vào 200V AC, điện áp đầu ra 0 ~ 30kV, dòng điện đầu ra tối đa 100mA.

* Lượng đầu ra laser: 550W.

* Đi bộ bàn cắt: trục X 2300mm, trục Y 1300mm.

* Tải cắt Động tốc độ (bước điều chỉnh): 0,4 ~ 5,0 m / phút, 0,2 ~ 2,5 m / phút, 0,1 ~ 1,3 m / phút, 0,05 ~ 0,6 m / phút.

* Độ cao của ngọn đuốc (trục Z) Di chuyển nổi: 180mm.

* Kích thước tấm tối đa có thể chế biến: 6mm dày * 1300mm * 2300mm.

* Thiết bị điều khiển: phương pháp NC.

**2.3.3 Thiết bị cắt hai động cơ với bàn đuốc**

Thiết bị cắt hai động cơ bàn đuốc là một hỗn hợp giữa các loại đuốc và loại bàn XY. Đèn đuốc được lắp đặt trên một cổng và di chuyển ngang (hướng Y) dọc theo chùm cổng,trong khi bàn cắt chạy theo chiều dọc (hướng X)Nó kết hợp các lợi thế của độ chính xác cắt cao và tiết kiệm không gian. độ chính xác vị trí là ± 0.01mm, phạm vi điều chỉnh tốc độ cắt là 0 ~ 20m / min,làm cho nó trở thành một loại thiết bị cắt được sử dụng rộng rãiCác mô hình lớn hơn của loại này có thể có đường đi trục Y là 2000mm và đường đi trục X là 6000mm, có khả năng cắt các bộ phận lớn.

Trong một số thiết kế, bộ dao động laser cũng được gắn trên cổng cùng với ngọn đuốc. Độ chính xác để cắt lỗ tròn với thiết bị hai động cơ khá tốt.Hiệu quả sản xuất cũng caoVí dụ, nó có thể cắt 46 lỗ đường kính 10mm mỗi phút trong tấm thép dày 1mm.

**2.3.4 Thiết bị cắt tích hợp**

Trong thiết bị cắt tích hợp, nguồn laser được lắp đặt trên khung máy và di chuyển theo chiều dọc với nó,trong khi ngọn đuốc và cơ chế điều khiển của nó tạo thành một đơn vị di chuyển ngang trên chùm khungSử dụng CNC, các bộ phận có hình dạng khác nhau có thể được cắt. Để bù đắp sự thay đổi chiều dài đường quang gây ra bởi chuyển động ngang của ngọn đuốc,một thành phần điều chỉnh chiều dài đường dẫn quang thường được trang bị, đảm bảo một chùm đồng nhất trên khu vực cắt và duy trì chất lượng bề mặt cắt nhất quán.