Bazat e Prerjes me Lazer dhe Sistemit të Përpunimit të saj —Pajisjet e prerjes me lazer

II. Përbërja e pajisjeve të prerjes me lazer

2.1 Komponentët dhe Parimi i Punës së Makinerisë së Prerjes me Lazer

Një makinë prerëse me lazer përbëhet nga një emetues lazeri, kokë prerëse, montim transmetimi të rrezes, tavolinë pune për vegla makinerie, sistem kontrolli numerik (NC), kompjuter (hardware dhe software), ftohës, cilindër gazi mbrojtës, kolektor pluhuri dhe tharëse ajri.

Gjenerator lazeri

Gjeneratori i lazerit është një pajisje që prodhon burime drite lazeri. Për aplikimet e prerjes me lazer, shumica e makinave përdorin lazerë me gaz CO₂ të cilët kanë efikasitet të lartë të konvertimit elektro-optik dhe fuqi të lartë dalëse, përveç disa rasteve kur përdoren lazerë YAG në gjendje të ngurtë. Jo të gjithë lazerët janë të përshtatshëm për prerje, pasi prerja me lazer imponon kërkesa të rrepta për cilësinë e rrezes.
Kokë prerëse

Kryesisht përfshin komponentë të tillë si një grykë, lente fokusimi dhe sistem ndjekjeje të fokusit.

Pajisja lëvizëse e kokës prerëse përdoret për ta vënë në lëvizje kokën prerëse përgjatë boshtit Z sipas programeve të paracaktuara. Ajo përbëhet nga një servomotor dhe pjesë transmisioni si vida ose ingranazhe plumbi.

(1) Gryka: Ekzistojnë tre lloje kryesore të grykave: lloji paralel, lloji konvergjent dhe lloji konik.

(2) Lente Fokusuese: Për të kryer prerje duke përdorur energjinë e rrezes lazer, rrezja origjinale e emetuar nga lazeri duhet të fokusohet përmes një lente për të formuar një pikë drite me dendësi të lartë energjie. Lentet me gjatësi fokale të mesme dhe të gjata janë të përshtatshme për prerjen e pllakave të trasha dhe kanë kërkesa më të ulëta për stabilitetin e hapësirës së sistemit të ndjekjes. Lentet me gjatësi fokale të shkurtër janë të përshtatshme vetëm për prerjen e pllakave të holla nën 3 mm; ato kanë kërkesa të rrepta për stabilitetin e hapësirës së sistemit të ndjekjes, por mund të zvogëlojnë ndjeshëm fuqinë e kërkuar të daljes së lazerit.

(3) Sistemi i Ndjekjes: Sistemi i ndjekjes së fokusit të një makine prerëse me lazer në përgjithësi përbëhet nga një kokë prerëse me fokus dhe një sistem sensorësh ndjekjeje. Koka prerëse integron funksionet e udhëzimit dhe fokusimit të rrezes, ftohjes me ujë, fryrjes së gazit dhe rregullimit mekanik.

Sensori përbëhet nga elementë ndijorë dhe një njësi kontrolli amplifikimi. Sistemet e gjurmimit ndryshojnë plotësisht në varësi të llojit të elementëve ndijorë. Ekzistojnë dy lloje kryesore në dispozicion: njëri është sistemi i gjurmimit kapacitiv të sensorëve, i njohur edhe si sistemi i gjurmimit pa kontakt; tjetri është sistemi i gjurmimit induktiv të sensorëve, i referuar edhe si sistemi i gjurmimit me kontakt.
Montimi i Transmetimit të Rrezes

Shtegu optik i jashtëm: Pasqyrat reflektuese përdoren për të drejtuar rrezen e lazerit në drejtimin e dëshiruar. Për të parandaluar keqfunksionimet në rrugën e rrezes, të gjitha pasqyrat reflektuese mbrohen nga mburoja dhe futet gaz mbrojtës me presion pozitiv i pastër për t'i mbajtur pasqyrat të lira nga ndotja. Një lente me performancë të lartë mund të fokusojë një rreze jo-divergjente në një pikë pafundësisht të vogël. Zakonisht përdoret një lente me gjatësi fokale 5.0 inç, ndërsa një lente 7.5 inç është e zbatueshme vetëm për prerjen e materialeve më të trasha se 12 mm.
Tavolinë pune për vegla makinerie

Trupi kryesor i makinës: Seksioni i makinës veglare imakinë prerëse me lazerështë pjesa mekanike që realizon lëvizjen e boshteve X, Y dhe Z, duke përfshirë platformën e punës së prerjes.
Sistemi i Kontrollit Numerik

Sistemi NC kontrollon makinën mekanike për të arritur lëvizjet në boshtin X, Y dhe Z dhe rregullon fuqinë e daljes së lazerit në të njëjtën kohë.
Sistemi i ftohjes

Njësia e Ftohësit: Përdoret për të ftohur gjeneratorin e lazerit. Një lazer është një pajisje që shndërron energjinë elektrike në energji drite. Për shembull, efikasiteti i konvertimit të një lazeri me gaz CO₂ është përgjithësisht 20%, me energjinë e mbetur të shndërruar në nxehtësi. Uji ftohës largon nxehtësinë e tepërt për të ruajtur funksionimin normal të gjeneratorit të lazerit. Njësia e ftohësit gjithashtu ftoh pasqyrat e jashtme të rrugës optike dhe lentet e fokusimit të makinës, duke siguruar cilësi të qëndrueshme të transmetimit të rrezes dhe duke parandaluar në mënyrë efektive deformimin ose çarjen e lentes për shkak të mbinxehjes.
Cilindra gazi

Cilindrat e gazit përfshijnë cilindra të mesëm pune dhe cilindra ndihmës të gazit për makinën prerëse me lazer, të cilët përdoren për të plotësuar gazrat industrialë për lëkundjen me lazer dhe për të furnizuar gazra ndihmës për kokën prerëse.
Sistemi i Heqjes së Pluhurit

Ai nxjerr tymin dhe pluhurin e gjeneruar gjatë përpunimit dhe kryen trajtim filtrimi për të siguruar që emetimet e gazrave të shkarkuara përmbushin standardet e mbrojtjes së mjedisit.
Tharëse dhe Filtër me Ftohje Ajri

Ai furnizon ajër të pastër dhe të thatë në gjeneratorin e lazerit dhe në rrugën e rrezes, duke ruajtur funksionimin normal të rrugës së rrezes dhe pasqyrave reflektuese.

2.2 Pishtar Prerës për Prerje me Lazer

Diagrami strukturor i një pishtari prerës për prerje me lazer tregohet më poshtë. Ai përbëhet kryesisht nga një trup pishtari, lente fokusimi, pasqyrë reflektuese dhe grykë gazi ndihmës. Gjatë prerjes me lazer, pishtari prerës duhet të përmbushë kërkesat e mëposhtme:

① Pishtari mund të nxjerrë një rrjedhë të mjaftueshme gazi.

② Drejtimi i nxjerrjes së gazit brenda pishtarit duhet të jetë koaksial me boshtin optik të pasqyrës reflektuese.

③ Gjatësia fokale e pishtarit mund të rregullohet lehtësisht.

④ Gjatë prerjes, avujt e metalit dhe spërkatjet nga metali i prerë nuk duhet të dëmtojnë pasqyrën reflektuese.

Lëvizja e pishtarit prerës rregullohet nga një sistem lëvizjeje NC. Ekzistojnë tre skenarë për lëvizjen relative midis pishtarit prerës dhe pjesës së punës:

① Pishtari mbetet i palëvizshëm ndërsa pjesa e punës lëviz nëpër tryezën e punës - kryesisht i përshtatshëm për pjesë pune të vogla.

② Pjesa e punës mbetet e palëvizshme ndërsa pishtari lëviz.

③ Si pishtari ashtu edhe tavolina e punës lëvizin njëkohësisht.

2.2.1 Koka prerëse

Koka prerëse me lazer ndodhet në fund të sistemit të transmetimit të rrezes, e përbërë nga një lente fokusimi dhe një grykë prerëse.

Lentet fokusuese klasifikohen kryesisht sipas gjatësisë fokale. Shumica e pajisjeve të prerjes me lazer janë të pajisura me disa koka prerëse me gjatësi fokale të ndryshme. Duke marrë si shembull prerjen me lazer CO₂, gjatësitë fokale të zakonshme janë 127 mm (5 in) dhe 190 mm (7.5 in). Një lente me gjatësi fokale të shkurtër prodhon një pikë fokale të vogël dhe thellësi fokale të shkurtër, e cila është e favorshme për të zvogëluar gjerësinë e prerjes dhe për të arritur prerje më të imëta. Një lente me gjatësi fokale të gjatë jep një pikë fokale më të madhe dhe thellësi fokale më të gjatë. Krahasuar me lentet me gjatësi fokale të shkurtër, lentet me gjatësi fokale të gjatë mund të ofrojnë një rreze të fokusuar me dendësi energjie lazeri të mjaftueshme për përpunimin e materialit pranë pikës fokale. Prandaj, lentet me gjatësi fokale të shkurtër përdoren kryesisht për prerje precize të pllakave të holla, ndërsa lentet me gjatësi fokale të gjatë kërkohen për materiale më të trasha për të marrë thellësi fokale të mjaftueshme, duke siguruar ndryshim minimal në diametrin e pikës dhe dendësi të mjaftueshme të fuqisë brenda diapazonit të trashësisë së prerjes.

Lentet fokusuese përdoren për të fokusuar rrezen paralele lazer që bie në pishtarin prerës, duke arritur një madhësi më të vogël të pikës dhe një dendësi më të lartë të fuqisë. Lentet janë bërë nga materiale që mund të transmetojnë gjatësinë e valës së lazerit. Qelqi optik përdoret zakonisht për lazerët në gjendje të ngurtë, ndërsa materiale të tilla si ZnSe, GaAs dhe Ge përdoren për lazerët e gazit CO₂ (meqenëse qelqi i zakonshëm nuk është transparent ndaj rrezeve lazer CO₂), ndër të cilët ZnSe është më i përdoruri.

Për prerjen me lazer, minimizimi i diametrit të pikës fokale është i dëshirueshëm për të rritur dendësinë e fuqisë dhe për të mundësuar prerje me shpejtësi të lartë. Megjithatë, një gjatësi fokale më e shkurtër e lentes rezulton në një thellësi fokale më të vogël, duke e bërë të vështirë arritjen e një sipërfaqeje prerjeje pingule gjatë prerjes së pllakave të trasha. Përveç kësaj, një gjatësi fokale më e shkurtër zvogëlon distancën midis lentes dhe pjesës së punës, duke rritur rrezikun e kontaminimit të lentes nga spërkatjet e shkrira gjatë prerjes dhe duke ndikuar në funksionimin normal. Prandaj, gjatësia fokale e përshtatshme duhet të përcaktohet në mënyrë gjithëpërfshirëse bazuar në faktorë të tillë si trashësia e prerjes dhe kërkesat e cilësisë së prerjes.

2.2.2 Pasqyrë reflektuese

Funksioni i pasqyrës reflektuese është të ndryshojë drejtimin e rrezes së emetuar nga lazeri. Për rrezet nga lazerët në gjendje të ngurtë, mund të përdoren pasqyra reflektuese të bëra prej qelqi optik. Në të kundërt, pasqyrat reflektuese në pajisjet e prerjes me lazer me gaz CO₂ zakonisht janë bërë prej bakri ose metalesh me reflektivitet të lartë. Për të parandaluar dëmtimet e shkaktuara nga mbinxehja nga rrezatimi i lazerit gjatë funksionimit, pasqyrat reflektuese zakonisht ftohen me ujë.

2.2.3 Grykë

Gryka përdoret për të spërkatur gaz ndihmës në zonën e prerjes dhe struktura e saj ka një ndikim të caktuar në efikasitetin dhe cilësinë e prerjes. Figura 4.11 tregon format e zakonshme të grykave për prerjen me lazer; format e grykave të grykave përfshijnë llojet cilindrike, konike dhe konvergjente-divergjente.

Përzgjedhja e grykës përcaktohet përgjithësisht nëpërmjet testeve bazuar në materialin dhe trashësinë e copës së punës, si dhe presionin e gazit ndihmës. Prerja me lazer zakonisht përdor gryka koaksiale (ku rrjedha e gazit është koaksiale me boshtin optik). Nëse rrjedha e gazit dhe rrezja e lazerit nuk janë koaksiale, ka të ngjarë të ndodhë spërkatje e tepërt gjatë prerjes. Muri i brendshëm i grykës së grykës duhet të jetë i lëmuar për të siguruar rrjedhje të pakufizuar të gazit dhe për të shmangur turbulencat që mund të ndikojnë në cilësinë e prerjes. Për të siguruar stabilitetin e prerjes, distanca midis sipërfaqes së fundit të grykës dhe sipërfaqes së copës së punës duhet të minimizohet, zakonisht duke filluar nga 0.5 mm deri në 2.0 mm. Diametri i grykës së grykës duhet të lejojë që rrezja e lazerit të kalojë pa probleme, duke parandaluar që rrezja të prekë murin e brendshëm të grykës. Sa më i vogël të jetë diametri i grykës, aq më e vështirë është të kolimohet rrezja. Për një presion të caktuar të gazit ndihmës, ekziston një gamë optimale e diametrave të grykës së grykës. Një grykë tepër e vogël ose tepër e madhe do të pengojë heqjen e produkteve të shkrirë nga prerja dhe do të ndikojë në shpejtësinë e prerjes.

Ndikimi i diametrit të grykës së hundës në shpejtësinë e prerjes nën fuqi fikse lazeri dhe presion të gazit ndihmës tregohet në Figurat 4.12 dhe 4.13. Mund të shihet se ekziston një diametër optimal i grykës së hundës që arrin shpejtësinë maksimale të prerjes. Kjo vlerë optimale është afërsisht 1.5 mm pavarësisht nëse oksigjeni apo argoni përdoret si gaz ndihmës.

Testet mbi prerjen me lazer të lidhjeve të forta (të cilat janë të vështira për t'u prerë) tregojnë se diametri optimal i grykës së hundës është shumë afër rezultateve të mësipërme, siç ilustrohet në Figurën 4.14. Diametri i grykës së hundës ndikon gjithashtu në gjerësinë e prerjes dhe gjerësinë e zonës së prekur nga nxehtësia (HAZ). Siç tregohet në Figurën 4.15, me rritjen e diametrit të grykës së hundës, gjerësia e prerjes rritet ndërsa gjerësia e HAZ ngushtohet. Arsyeja kryesore për ngushtimin e HAZ është efekti i rritur i ftohjes së rrjedhës ndihmëse të gazit në materialin bazë në zonën e prerjes.

2.3 Parametrat e Pajisjeve të Prerjes me Lazer

2.3.1 Pajisje prerjeje me pishtar

Në pajisjet e prerjes me pishtar, pishtari i prerjes është i montuar në një portal të lëvizshëm dhe lëviz horizontalisht përgjatë trarit të portalit (boshti Y). Porta e shtyn pishtarin të lëvizë përgjatë boshtit X, ndërsa pjesa e punës është e fiksuar në tryezën e punës. Meqenëse lazeri dhe pishtari i prerjes janë të vendosur veçmas, karakteristikat e transmetimit të lazerit, paralelizmi përgjatë drejtimit të skanimit të rrezes dhe stabiliteti i pasqyrave reflektuese ndikohen të gjitha gjatë procesit të prerjes.

Pajisjet prerëse me pishtar mund të përpunojnë copa pune me përmasa të mëdha. Ato zënë një sipërfaqe relativisht të vogël dyshemeje për zonën e prodhimit të prerjes dhe mund të integrohen lehtësisht me pajisje të tjera për të formuar një linjë prodhimi. Megjithatë, saktësia e tyre e pozicionimit është vetëm ±0.04 mm.

Struktura tipike e pajisjeve të prerjes me pishtar tregohet në Figurën 4.19. Është përdorur një makinë prerëse me lazer CO₂ me valë të vazhdueshme, me distancë nga lazeri në pishtarin prerës prej 18 m. Për të siguruar që ndryshimi në diametrin e rrezes mbi këtë distancë transmetimi të mos ndërhyjë në operacionet e prerjes, kombinimi i pasqyrave oscilatore duhet të projektohet me kujdes.

Parametrat kryesorë teknikë të pajisjeve të prerjes me pishtar janë si më poshtë:

Fuqia e daljes së lazerit: 1.5 kW (me një modalitet), 3 kW (me shumë modalitete)
Goditja e pishtarit: Boshti X 6.2 m, boshti Y 2.6 m
Shpejtësia e drejtimit: 0–10 m/min (e rregullueshme)
Goditja lundruese e boshtit Z të pishtarit: 150 mm
Shpejtësia e rregullimit të boshtit Z të pishtarit: 300 mm/min
Madhësia Maksimale e Pllakës së Çelikut të Përpunuar: 12 mm × 2400 mm × 6000 mm
Sistemi i Kontrollit: Modaliteti i Kontrollit NC i Integruar

2.3.2 Pajisje prerëse me tavolinë XY

Në pajisjet e prerjes me tavolinë XY, pishtari i prerjes fiksohet në kornizë dhe pjesa e punës vendoset në tavolinën e prerjes. Tavolina e prerjes lëviz përgjatë boshteve X dhe Y sipas komandave NC, me një shpejtësi të rregullueshme lëvizjeje që zakonisht varion nga 0–1 m/min ose 0–5 m/min. Meqenëse pishtari i prerjes mbetet i palëvizshëm në lidhje me pjesën e punës, ai minimizon ndikimin në shtrirjen dhe centrimin e rrezes së lazerit gjatë procesit të prerjes, duke siguruar performancë uniforme dhe të qëndrueshme të prerjes. Kur është e pajisur me një tavolinë prerëse me madhësi të vogël që paraqet saktësi të lartë mekanike, makina arrin një saktësi pozicionimi prej ±0.01 mm dhesaktësi e shkëlqyer e prerjes, duke e bërë atë veçanërisht të përshtatshëm për prerjen precize të komponentëve të vegjël. Përveç kësaj, për përpunimin e copave të mëdha të punës janë në dispozicion tavolina prerëse më të mëdha me një lëvizje në boshtin X prej 2300–2400 mm dhe një lëvizje në boshtin Y prej 1200–1300 mm.

Parametrat kryesorë teknikë të pajisjeve prerëse me tavolinë XY janë si më poshtë:

Burimi i lazerit: lazer me gaz CO₂ (tip gjysmë i mbyllur me tub të drejtë)
Furnizim me energji lazeri: Tensioni i hyrjes 200 VAC; Tensioni i daljes 0–30 kV; Rryma maksimale e daljes 100 mA
Fuqia e daljes së lazerit: 550 W
Gjatësia e Tavolinës së Prerjes: Boshti X 2300 mm, Boshti Y 1300 mm
Shpejtësia e drejtimit të tavolinës së prerjes (e rregullueshme në hapa): 0.4–5.0 m/min, 0.2–2.5 m/min, 0.1–1.3 m/min, 0.05–0.6 m/min
Goditja lundruese e boshtit Z të pishtarit: 180 mm
Madhësia Maksimale e Pllakës së Përpunuar: 6 mm × 1300 mm × 2300 mm
Sistemi i Kontrollit: Modaliteti i Kontrollit Numerik (NC)

2.3.3 Pajisje prerëse me dy drejtime (Pishtar dhe Tavolinë)

Pajisjet e prerjes me dy drejtime (pishtar dhe tavolinë) për nga dizajni bien midis makinave prerëse me drejtim pishtar dhe atyre me drejtim tavoline XY. Pishtari prerës është i montuar në një gantri dhe lëviz horizontalisht përgjatë trarit të gantri-t (boshti Y), ndërsa tavolina e prerjes drejtohet gjatësisht. Ky dizajn hibrid kombinon avantazhet e precizitetit të lartë të prerjes dhe efikasitetit të kursimit të hapësirës. Me një saktësi pozicionimi prej ±0.01 mm dhe një diapazon shpejtësie prerjeje të rregullueshme prej 0–20 m/min, është një nga makinat prerëse më të përdorura gjerësisht në treg. Modelet më të mëdha të kësaj makine ofrojnë një goditje në boshtin Y prej 2000 mm dhe një goditje në boshtin X prej 6000 mm, duke mundësuar prerjen e copave të mëdha të punës.

Oscilatori lazer është montuar në portalin përgjatë pishtarit prerës. Ky konfigurim ofron saktësi të jashtëzakonshme gjatë prerjes së vrimave rrethore. Makina gjithashtu krenohet me efikasitet të lartë prodhimi: mund të presë 46 vrima rrethore (10 mm në diametër) në minutë në një pllakë çeliku me trashësi 1 mm.

2.3.4 Pajisje të Integruara të Prerjes

Në njëmakinë prerëse e integruar, burimi i lazerit është i instaluar në kornizë dhe lëviz gjatësisht me të, ndërsa pishtari prerës është i integruar me mekanizmin e tij të lëvizjes për të lëvizur horizontalisht përgjatë rrezes së kornizës. Makina përdor kontroll numerik për të prerë komponentë të ndryshëm të formuar. Për të kompensuar ndryshimin e gjatësisë së shtegut optik të shkaktuar nga lëvizja horizontale e pishtarit prerës, zakonisht është i pajisur me një modul rregullimi të gjatësisë së shtegut optik. Ky modul siguron një rreze lazeri homogjene brenda zonës së prerjes dhe ruan cilësi të qëndrueshme të sipërfaqes së prerjes.

Koha e postimit: 17 dhjetor 2025

Bazat e Prerjes me Lazer dhe Sistemit të Përpunimit të saj — Pajisjet e Prerjes me Lazer