Эксплуатация лазерных трубок с активной газовой средой

Бесконтактная лазерная обработка изделий является альтернативой «классическому» механическому способу обработки резанием. При этом обработка лазером отличается целым рядом преимуществ, среди которых:

• высокое качество и тонкость шва;
• высокая скорость обработки;
• полное отсутствие стружки, пыли и других отходов (за исключением газообразных);
• значительно меньший уровень шума и вибраций;
• меньший износ оборудования и «инструмента» (в качестве которого выступает «вечный» лазерный луч);
• простота эксплуатации станочного оборудования;
• широкая номенклатура обрабатываемых материалов, в том числе тонких и хрупких (бумага, ткань) или вязких (резина);

И так далее. Подобно фрезерному оборудованию, лазерные станки с ЧПУ обладают несколькими степенями свободы инструмента (лазерного излучателя) и работают по заранее составленной и загруженной в память ЧПУ программе. Это позволяет реализовывать сложный маршрут обработки для получения фигурных и/или объёмных изделий высокого качества.

Устройство лазерной системы

Оптическая система лазерного станка с ЧПУ устроена сравнительно просто. Источником лазерного излучения является трубка с активной (в большинстве случаев — газовой) средой. Под действием приложенного напряжения (через собственный трансформатор «розжига») активная среда трубки генерирует лазерный луч, отражаемый и направляемый системой зеркал на призму головки лазерного излучателя. Фокусирующая линза лазерной головки «собирает» лазерный луч в тонкую «иглу» непосредственно на поверхности обрабатываемой заготовки.

Лазерный излучатель располагается на подвижном инструментальном портале. Приводные электродвигатели получают управляющие импульсы от системы ЧПУ станка и посредством ременных передач с высокой точностью «ведут» головку лазерного излучателя над поверхностью заготовки согласно маршруту обработки, заложенному в управляющую программу.

Особенности газового лазера

Лазерные станки с ЧПУ отличаются высокой точностью и экономичностью обработки не только из-за прецизионной механической системы, но и благодаря использованию активной газовой среды для генерации лазера.

Газовые лазеры отличаются высокой стабильностью излучения при относительно небольших удельных затратах энергии. Однако существенной особенностью газовых лазеров является значительное тепловыделение в процессе работы. Для сохранения рабочих характеристик и экономии ресурса, газовый лазер нуждается в интенсивном охлаждении.

В лазерном станке с ЧПУ активная среда из смеси газов (углекислого, азота и гелия) запаяна в вытянутую стеклянную трубку. В зависимости от номинальной мощности, лазерные трубки выполняются длинной от 0,8 до 1,8 м. Лазерная трубка подключается к отдельному трансформатору («блоку розжига»), а также к охлаждающей системе. Для отведения излишков тепла сквозь лазерную трубку прогоняется охлаждающая жидкость, которая нагнетается водяным насосом погружного типа. Насос располагается на дне ёмкости, содержащей необходимый для функционирования системы объём охлаждающей воды.

Эксплуатация лазерной трубки

Газовая трубка имеет ограниченный ресурс работы, поэтому относится к расходным материалам лазерных станков с ЧПУ. Решающим фактором, влияющим на сокращение срока службы лазерной трубки, является чрезмерный нагрев. Именно поэтому все лазерные трубки современных станков с ЧПУ оснащаются встроенной системой охлаждения. Выделение тепла напрямую зависит от продолжительности непрерывной работы лазерного станка. Так для трубки мощностью 80 Вт при 8-ми часовом рабочем дне нормальное охлаждение требует расхода воды порядка 2-5 литров в минуту. А общий объём охлаждающей жидкости должен составлять 100 литров. При этом температура жидкости в ёмкости не должна превышать 25 °С. В противном случае необходимо либо доливать в ёмкость холодную воду, либо останавливать станок и дожидаться остывания воды естественным путём.

Альтернативой обычной системе охлаждения с внешним баком (хранящим запас жидкости) является монтируемый непосредственно на лазерную трубку куллер. Куллер требует всего 6-ти литров воды и оснащён системой автоматического контроля температуры. При её критическом увеличении лазерная трубка автоматически отключается, и подаётся предупредительный сигнал для персонала.

Ещё одной важной особенностью стеклянных лазерных трубок является их хрупкость. Следовательно, при транспортировке и монтаже необходимо соблюдать особую аккуратность. При монтаже следует обращать внимание на соблюдение полярности подключения, тщательности присоединения контактов и патрубков охлаждения.

Эксплуатировать лазерную трубку можно только с устройством розжига совпадающей мощности. Если использовать «слабенький» блок, значительно сокращается ресурс лазерной трубки. Если мощность блока выше рекомендуемой, существует риск повреждения лазерной трубки чрезмерным стартовым импульсом.

Ряд моделей лазерных станков допускают замены «базовой» лазерной трубки на более мощную. Такую замену необходимо проводить совместно с установкой другого блока розжига, соответствующего по мощности новой трубке.

Параметры обработки

Любое предприятие стремится к обеспечению высокого качества своей продукции. Применительно к лазерным станкам с ЧПУ высокое качество обработки обеспечивается характеристиками оборудования, качеством управляющей программы, материалом заготовки, а также режимом обработки (настройками станка). В зависимости от плотности обрабатываемого материала, мощность лазерного излучения следует регулировать — во избежание оплавления (подгорания) кромок шва. В то же время, для обеспечения высокой производительности выпуска изделий, скорость обработки должна быть высокой.

При оптимальном сочетании мощности излучения и скорости обработки достигается высокое качество готовых изделий. Вместе с тем, обеспечивается экономичность обработки и повышение ресурса лазерной трубки. Таким образом, в каждом конкретном случае необходимо оптимизировать параметры обработки, опираясь на информацию справочных таблиц и собственные опытные данные.