- Что такое числовое программное управление (ЧПУ)
- Что такое лазерная резка с ЧПУ?
- Принцип работы лазерной установки с ЧПУ
- Почему стоит использовать лазерную резку с ЧПУ?
- Устройство лазерного станка с ЧПУ
- Какие материалы подходят для обработки ЧПУ лазером
Что такое числовое программное управление (ЧПУ)
Числовое программное управление (ЧПУ) — это технология автоматизации процессов для различного оборудования, в том числе для фрезерных и лазерных станков, а также для плазменных и токарных установок. Работа начинается с создания оператором чертежа детали в специализированном программном обеспечении с указанием размеров, расположением отверстий, углов и вырезов. Затем чертеж передается на контроллер ЧПУ, который преобразует эти параметры в программный код. Код передается на двигатели станка, приводя в действие рабочие узлы. Этот процесс позволяет повторять операции с сохранением точных параметров.
Контроллер ЧПУ выполняет множество функций в зависимости от назначения станка, включая:
- контроль и управление частотой вращения осей станка и инструмента;
- смену инструмента через шпиндели;
- управление позиционированием рабочего стола;
- зажимом заготовки;
- калибровку измерительных систем;
- проверку и настройку точности станка;
- коррекцию траектории движения инструмента в режиме реального времени;
- управление глубиной и скоростью резания.
Рис. 1. Контроллер лазерного станка Ruida
Что такое лазерная резка с ЧПУ?
Лазерная резка с ЧПУ — это автоматизированный производственный процесс, используемый в различных отраслях промышленности для обработки таких материалов, как металл, пластик, дерево и др. Эта передовая технология позволяет создавать сложные фигуры с исключительной точностью.
В лазерном станке с ЧПУ обычно используется оптика, вспомогательный газ и система наведения для направления и фокусировки лазерного луча на заготовке.
Лазерная резка активно используется в промышленности с 1970-х годов, сейчас все более востребованными становятся модели именно с числовым программным управлением.
Лазерная резка с ЧПУ применяется в различных областях, включая производство компонентов для аэрокосмической, автомобильной и электронной промышленности, создание ювелирных изделий и вывесок, а также изготовление нестандартных деталей для архитектурных и художественных проектов.
Принцип работы лазерной установки с ЧПУ
В качестве источника энергии в станке с ЧПУ используется сфокусированный лазерный луч. Луч имеет высокую концентрацию и обладает энергией, достаточной для резки материала насквозь.
В отличие от традиционных механических методов резки, при которых образуется стружка, лазерная обработка действует за счет изменения структуры материала, что приводит к его испарению. Если мощность лазера достаточна, а материал тонкий, то лазерный луч может полностью пройти через материал, в результате чего получается чистый сквозной разрез.
Для облегчения процесса резки и эффективного удаления материала в рабочую зону подаются такие газы, как азот, гелий, аргон или кислород. Выбор газа влияет на скорость и глубину реза.
Рис. 2. Лазерная резка кожи
Технология ЧПУ интегрирована в лазерную систему, что позволяет автоматизировать производственные процессы.
Оператор создает программу резки, вводя определенные параметры в программное обеспечение системы ЧПУ. Контроллер ЧПУ получает сигналы от программного обеспечения и активирует механизмы для перемещения лазерной головки по заданной траектории.
Одним из ключевых преимуществ технологии ЧПУ является ее способность повторять одну и ту же операцию резки с высокой точностью без ручных настроек. Это устраняет необходимость в ручной повторной калибровке при смене заготовки.
Для лазерной резки с ЧПУ используются три основных типа лазеров:
- углекислотный (CO2);
- лазер на иттрий-алюминиевом гранате, легированном неодимом (Nd:YAG, или YAG);
- волоконный.
CO2 и YAG-лазеры схожи по конструкции, но используются по-разному. CO2-лазеры с меньшей мощностью используются для гравировки, а лазеры с большей мощностью — в промышленности для сварки и резки. YAG-лазеры, обладая более высокой пиковой мощностью, дают качественные результаты при маркировке и резке металлов.
Почему стоит использовать лазерную резку с ЧПУ?
- Более быстрые сроки обработки и производства;
- Минимальное коробление;
- Более высокая точность по сравнению с газовой или плазменной резкой;
- Минимальный диаметр реза (пропила).
Эффективно обрабатывает тонкие материалы, для более толстых и плотных можно заменить коллимирующую линзу, чтобы изменить фокусную точку лазера.
Рис. 3. Расстояние между фокусом лазера и поверхностью заготовки
Лазерная резка с ЧПУ имеет много преимуществ перед плазменными и гидроабразивными методами резки. Поскольку тепловое излучение лазера точно сфокусировано, требуется меньшая мощность и уменьшается зона термического влияния (ЗТВ) материала. Лазеры с ЧПУ могут резать самые разнообразные материалы, в том числе и неметаллы, которые не поддаются плазменной резке.
Устройство лазерного станка с ЧПУ
Лазерный станок состоит из нескольких компонентов, обеспечивающих его точную и эффективную работу:
Координатный стол: Необходим для точного позиционирования фокусирующего элемента относительно изделия.
Корпус станка или станина: На станине устанавливаются направляющие, обеспечивающие плавное и точное перемещение деталей станка. Качество этих направляющих влияет на долговечность и производительность оборудования.
Система привода: Для передачи усилия от мотора к движущимся частям могут использоваться различные механизмы, например зубчатые ремни или шарико-винтовые пары. Выбор системы привода зависит от конкретного применения лазера, при этом для каждой оси координатного стола могут использоваться отдельные двигатели.
Рис. 4. Устройство лазерного станка с ЧПУ
Контроллер: Основной управляющий элемент лазера это контроллер. Контроллер получает программные инструкции от компьютера. Затем с помощью координатного стола он перемещает зеркала летающей оптики для точного направления лазерного луча.
Летающая оптика: Система зеркал, установленная на координатном столе, обеспечивает точное попадание лазерного луча на материал. Зеркала обрабатываются специальными составами и полируются для сохранения энергии луча при изменении его направления. Луч проходит через ряд зеркал, прежде чем попасть в линзу, где он фокусируется в пятно.
Лазерная трубка: Излучающим элементом в лазерных установках обычно является стеклянная трубка, заполненная газовой смесью, чаще всего углекислым газом. При включении лазера высокое напряжение, подаваемое на электроды, создает разряд, генерирующий лазерный луч.
Фотоны инерционно пролетают электрод и отражаются в полупрозрачном зеркале. Между зеркалами устанавливается такое расстояние, чтобы добиться резонанса системы, в ходе которого энергия фотонов возрастает настолько, что зеркало не способно их удержать. Этот поток энергии приводит к излучению лазера. Находящиеся в этой точке фотоны двигаются в одном направлении и не сталкиваются друг с другом. Возникающее при этом излучение приводит к горению и появлению дыма, который необходимо устранять.
Рис. 5. Настройка лазерного гравера
Вспомогательные устройства
Охлаждающее устройство: Системы охлаждения нужны для отвода тепла, выделяемого при работе лазера, и предотвращения повреждения лазерной трубки.
Воздушный компрессор: Компрессор необходим для удаления продуктов сгорания из линзы и продувки зоны резки.
Система управления: Система управления является «мозгом» машины. Она обрабатывает файлы, загруженные в память устройства, управляет двигателем, лазером и периферийными устройствами. Оператор должен контролировать и обслуживать систему управления, чтобы предотвратить поломки и обеспечить бесперебойную работу.
Какие материалы подходят для обработки ЧПУ лазером
Металл: Такие металлы, как нержавеющая сталь, отлично подходят для лазерной обработки с ЧПУ благодаря своей высокой теплопроводности и прочности. Сфокусированный лазерный луч позволяет с высокой точностью резать и гравировать сложные рисунки на различных металлах.
Акрил (PMMA — полиметилметакрилат): При лазерной резке акрила получаются гладкие и ровные края, что позволяет использовать его для изготовления вывесок, торговых витрин и художественных проектов.
Древесина: Лазерная резка дерева позволяет создавать сложные узоры, декоративные орнаменты и точные срезы, что делает лазер эффективным инструментом при изготовлении мебели, вывесок и ремесленных изделий.
Пластмассы: Вырезанные лазером пластиковые детали находят применение в электронной промышленности, включая корпуса и компоненты для различных устройств.
Рис. 6. Лазерная резка пластика
Стекло: Лазерное оборудование с ЧПУ может использоваться для гравировки стекла с высокой точностью. Лазер наносит изображения на стеклянную посуду, декоративные стеклянные панели и сложные художественные изделия из стекла.
