Mga Pangunahing Kaalaman sa Pagputol gamit ang Laser at ang Sistema ng Pagproseso Nito —Kagamitan sa Pagputol ng Laser

II. Komposisyon ng Kagamitan sa Pagputol gamit ang Laser

2.1 Mga Bahagi at Prinsipyo ng Paggana ng Laser Cutting Machine

Ang isang laser cutting machine ay binubuo ng laser emitter, cutting head, beam transmission assembly, machine tool worktable, numerical control (NC) system, computer (hardware at software), chiller, shielding gas cylinder, dust collector, at air dryer.

Tagabuo ng Laser

Ang laser generator ay isang aparato na gumagawa ng mga pinagmumulan ng liwanag ng laser. Para sa mga aplikasyon ng pagputol gamit ang laser, karamihan sa mga makina ay gumagamit ng mga CO₂ gas laser na nagtatampok ng mataas na electro-optical conversion efficiency at mataas na power output, maliban sa ilang mga kaso kung saan ginagamit ang mga YAG solid-state laser. Hindi lahat ng laser ay angkop para sa pagputol, dahil ang pagputol gamit ang laser ay nagpapataw ng mahigpit na mga kinakailangan sa kalidad ng beam.
Putol na Ulo

Pangunahin itong binubuo ng mga bahagi tulad ng nozzle, focusing lens, at focus tracking system.

Ang cutting head drive device ay ginagamit upang paandarin ang cutting head upang gumalaw sa Z-axis ayon sa mga nakatakdang programa. Binubuo ito ng servo motor at mga bahagi ng transmission tulad ng mga lead screw o gear.

(1) Nozzle: May tatlong pangunahing uri ng nozzle: parallel type, convergent type, at conical type.

(2) Lente ng Pagtutuon: Upang maisagawa ang pagputol gamit ang enerhiya ng sinag ng laser, ang orihinal na sinag na inilalabas ng laser ay dapat na ituon sa pamamagitan ng isang lente upang bumuo ng isang maliwanag na lugar na may mataas na densidad ng enerhiya. Ang mga lente na may katamtaman at mahabang focal length ay angkop para sa pagputol ng makapal na plato at may mas mababang mga kinakailangan para sa katatagan ng espasyo ng tracking system. Ang mga lente na may maiikling focal length ay angkop lamang para sa pagputol ng manipis na mga plato na wala pang 3 mm; mayroon silang mahigpit na mga kinakailangan para sa katatagan ng espasyo ng tracking system ngunit maaaring makabuluhang bawasan ang kinakailangang lakas ng output ng laser.

(3) Sistema ng Pagsubaybay: Ang sistema ng pagsubaybay sa pokus ng isang laser cutting machine sa pangkalahatan ay binubuo ng isang focusing cutting head at isang tracking sensor system. Ang cutting head ay nagsasama ng mga tungkulin ng beam guiding at focusing, water cooling, gas blowing, at mechanical adjustment.

Ang sensor ay binubuo ng mga sensing elements at isang amplification control unit. Ang mga tracking system ay lubos na nag-iiba depende sa uri ng sensing elements. Mayroong dalawang pangunahing uri na magagamit: ang isa ay ang capacitive sensor tracking system, na kilala rin bilang non-contact tracking system; ang isa pa ay ang inductive sensor tracking system, na tinutukoy din bilang contact tracking system.
Asembleya ng Transmisyon ng Sinag

Panlabas na Landas na Optikal: Ginagamit ang mga salamin na sumasalamin upang gabayan ang sinag ng laser sa nais na direksyon. Upang maiwasan ang mga aberya sa landas ng sinag, lahat ng salamin na sumasalamin ay pinoprotektahan ng mga panangga, at ipinapasok ang malinis na positive-pressure shielding gas upang mapanatiling ligtas ang mga salamin mula sa kontaminasyon. Ang isang high-performance lens ay maaaring mag-focus ng isang non-divergent beam sa isang napakaliit na lugar. Karaniwang ginagamit ang isang lens na may 5.0-pulgadang focal length, habang ang 7.5-pulgadang lens ay naaangkop lamang para sa pagputol ng mga materyales na mas makapal sa 12 mm.
Mesa ng Trabaho para sa Kagamitang Makina

Pangunahing Katawan ng Makina: Ang seksyon ng mga kagamitang makina ngmakinang pangputol ng laseray ang mekanikal na bahagi na nagsasagawa ng paggalaw ng mga X, Y, at Z axes, kabilang ang cutting work platform.
Sistema ng Kontrol na Numerikal

Kinokontrol ng sistemang NC ang makinang pangkamay upang makamit ang mga galaw na X, Y, at Z-axis at kinokontrol ang lakas ng output ng laser nang sabay.
Sistema ng Pagpapalamig

Chiller Unit: Ginagamit ito upang palamigin ang laser generator. Ang laser ay isang aparato na nag-convert ng enerhiyang elektrikal sa enerhiyang liwanag. Halimbawa, ang conversion efficiency ng isang CO₂ gas laser ay karaniwang 20%, kung saan ang natitirang enerhiya ay na-convert sa init. Ang tubig na nagpapalamig ay nag-aalis ng labis na init upang mapanatili ang normal na operasyon ng laser generator. Pinapalamig din ng chiller unit ang mga panlabas na optical path mirror at mga focusing lens ng machine tool, na tinitiyak ang matatag na kalidad ng beam transmission at epektibong pinipigilan ang deformation o pagbibitak ng lens dahil sa sobrang pag-init.
Mga Silindro ng Gas

Kasama sa mga gas cylinder ang mga gumaganang medium cylinder at auxiliary gas cylinder para sa laser cutting machine, na ginagamit upang madagdagan ang mga industrial gas para sa laser oscillation at magsuplay ng mga auxiliary gas para sa cutting head.
Sistema ng Pag-alis ng Alikabok

Kinukuha nito ang usok at alikabok na nalilikha habang pinoproseso at nagsasagawa ng pagsasala upang matiyak na ang mga emisyon ng tambutso ay nakakatugon sa mga pamantayan ng pangangalaga sa kapaligiran.
Air Cooling Dryer at Filter

Nagbibigay ito ng malinis at tuyong hangin sa laser generator at beam path, pinapanatili ang normal na operasyon ng beam path at mga replektibong salamin.

2.2 Tanglaw sa Pagputol para sa Pagputol gamit ang Laser

Ang istrukturang diagram ng isang cutting torch para sa laser cutting ay ipinapakita sa ibaba. Ito ay pangunahing binubuo ng isang torch body, focusing lens, reflective mirror, at auxiliary gas nozzle. Sa panahon ng laser cutting, ang cutting torch ay dapat matugunan ang mga sumusunod na kinakailangan:

① Ang sulo ay kayang maglabas ng sapat na daloy ng gas.

② Ang direksyon ng pagbuga ng gas sa loob ng sulo ay dapat na coaxial sa optical axis ng reflective mirror.

③ Madaling isaayos ang focal length ng tanglaw.

④ Habang pinuputol, ang singaw ng metal at mga tilamsik mula sa pinutol na metal ay hindi dapat makapinsala sa repleksyon ng salamin.

Ang paggalaw ng cutting torch ay inaayos ng isang NC motion system. Mayroong tatlong senaryo para sa relatibong paggalaw sa pagitan ng cutting torch at ng workpiece:

① Ang tanglaw ay nananatiling nakatigil habang ang workpiece ay gumagalaw sa mesa ng trabaho — pangunahing angkop para sa maliliit na workpiece.

② Ang workpiece ay nananatiling hindi gumagalaw habang gumagalaw ang flashlight.

③ Parehong sabay na gumagalaw ang tanglaw at ang mesa ng trabaho.

2.2.1 Ulo ng Pagputol

Ang laser cutting head ay matatagpuan sa dulo ng beam transmission system, na binubuo ng isang focusing lens at isang cutting nozzle.

Ang mga focusing lens ay pangunahing inuuri ayon sa focal length. Karamihan sa mga kagamitan sa laser cutting ay may ilang cutting head na may iba't ibang focal length. Kung gagamitin ang CO₂ laser cutting bilang halimbawa, ang karaniwang focal length ay 127 mm (5 in) at 190 mm (7.5 in). Ang isang maikling focal length lens ay lumilikha ng maliit na focal spot at maikling focal depth, na nakakatulong sa pagbabawas ng kerf width at pagkamit ng mas pinong mga hiwa. Ang isang mahabang focal length lens ay nagreresulta sa mas malaking focal spot at mas mahabang focal depth. Kung ikukumpara sa mga maikling focal lens, ang mga mahabang focal length lens ay maaaring magbigay ng focused beam na may laser energy density na sapat para sa pagproseso ng materyal malapit sa focal point. Samakatuwid, ang mga short focal length lens ay kadalasang ginagamit para sa precision cutting ng mga manipis na plato, habang ang mga mahabang focal length lens ay kinakailangan para sa mas makapal na mga materyales upang makakuha ng sapat na focal depth, na tinitiyak ang kaunting pagkakaiba-iba sa spot diameter at sapat na power density sa loob ng cutting thickness range.

Ginagamit ang mga focusing lens upang itutok ang parallel laser beam na tumatama sa cutting torch, na nakakamit ng mas maliit na laki ng spot at mas mataas na power density. Ang mga lens ay gawa sa mga materyales na maaaring magpadala ng laser wavelength. Karaniwang ginagamit ang optical glass para sa mga solid-state laser, habang ang mga materyales tulad ng ZnSe, GaAs, at Ge ay ginagamit para sa mga CO₂ gas laser (dahil ang ordinaryong salamin ay hindi transparent sa mga CO₂ laser beam), kung saan ang ZnSe ang pinakamalawak na ginagamit.

Para sa pagputol gamit ang laser, mainam na bawasan ang diameter ng focal spot upang mapataas ang power density at mapabilis ang pagputol. Gayunpaman, ang mas maikling focal length ng lente ay nagreresulta sa mas maliit na focal depth, na nagpapahirap sa pagkamit ng perpendicular cut surface kapag pinuputol ang makapal na plate. Bukod pa rito, ang mas maikling focal length ay nakakabawas sa distansya sa pagitan ng lente at ng workpiece, na nagpapataas ng panganib na mahawahan ang lente ng mga tunaw na tilamsik habang pinuputol at nakakaapekto sa normal na operasyon. Samakatuwid, ang naaangkop na focal length ay dapat na komprehensibong matukoy batay sa mga salik tulad ng kapal ng pagputol at mga kinakailangan sa kalidad ng pagputol.

2.2.2 Repleksyon ng Salamin

Ang tungkulin ng replektibong salamin ay baguhin ang direksyon ng sinag na inilalabas mula sa laser. Para sa mga sinag mula sa mga solid-state laser, maaaring gamitin ang mga replektibong salamin na gawa sa optical glass. Sa kabaligtaran, ang mga replektibong salamin sa mga CO₂ gas laser cutting device ay karaniwang gawa sa tanso o mga metal na may mataas na repleksyon. Upang maiwasan ang pinsalang dulot ng sobrang pag-init mula sa laser irradiation habang ginagamit, ang mga replektibong salamin ay karaniwang pinapalamig ng tubig.

2.2.3 Nozzle

Ang nozzle ay ginagamit upang mag-spray ng auxiliary gas sa cutting zone, at ang istraktura nito ay may tiyak na epekto sa kahusayan at kalidad ng pagputol. Ipinapakita ng Figure 4.11 ang mga karaniwang hugis ng nozzle para sa laser cutting; ang mga hugis ng butas ng nozzle ay kinabibilangan ng cylindrical, conical, at converging-diverging na mga uri.

Ang pagpili ng nozzle ay karaniwang tinutukoy sa pamamagitan ng mga pagsubok batay sa materyal at kapal ng workpiece, at ang presyon ng auxiliary gas. Ang laser cutting ay karaniwang gumagamit ng coaxial nozzles (kung saan ang daloy ng gas ay coaxial sa optical axis). Kung ang daloy ng gas at ang laser beam ay hindi coaxial, malamang na mangyari ang labis na pagtalsik habang nagpuputol. Ang panloob na dingding ng nozzle orifice ay dapat na makinis upang matiyak ang walang sagabal na daloy ng gas at maiwasan ang turbulence na maaaring makaapekto sa kalidad ng kerf. Upang matiyak ang katatagan ng paggupit, ang distansya sa pagitan ng dulo ng nozzle at ng ibabaw ng workpiece ay dapat na mabawasan, karaniwang mula 0.5 mm hanggang 2.0 mm. Ang diameter ng nozzle orifice ay dapat na nagpapahintulot sa laser beam na dumaan nang maayos, na pumipigil sa beam na madikit sa panloob na dingding ng orifice. Kung mas maliit ang diameter ng orifice, mas mahirap i-collimate ang beam. Para sa isang partikular na auxiliary gas pressure, mayroong pinakamainam na saklaw ng mga diameter ng nozzle orifice. Ang isang napakaliit o napakalaki na orifice ay makakahadlang sa pag-alis ng mga tinunaw na produkto mula sa kerf at makakaapekto sa bilis ng paggupit.

Ang impluwensya ng diyametro ng butas ng nozzle sa bilis ng paggupit sa ilalim ng nakapirming lakas ng laser at presyon ng auxiliary gas ay ipinapakita sa Mga Larawan 4.12 at 4.13. Makikita na mayroong pinakamainam na diyametro ng butas ng nozzle na nakakamit ng pinakamataas na bilis ng paggupit. Ang pinakamainam na halagang ito ay humigit-kumulang 1.5 mm kahit na oxygen o argon ang ginagamit bilang auxiliary gas.

Ang mga pagsubok sa pagputol gamit ang laser ng matitigas na haluang metal (na mahirap putulin) ay nagpapakita na ang pinakamainam na diyametro ng butas ng nozzle ay napakalapit sa mga resultang nabanggit, gaya ng inilalarawan sa Figure 4.14. Ang diyametro ng butas ng nozzle ay nakakaapekto rin sa lapad ng kerf at lapad ng heat-affected zone (HAZ). Gaya ng ipinapakita sa Figure 4.15, sa pagtaas ng diyametro ng butas ng nozzle, tumataas ang lapad ng kerf habang lumiliit ang lapad ng HAZ. Ang pangunahing dahilan ng pagliit ng HAZ ay ang pinahusay na epekto ng paglamig ng auxiliary gas flow sa base material sa cutting zone.

2.3 Mga Parameter ng Kagamitan sa Pagputol ng Laser

2.3.1 Kagamitan sa Pagputol na Pinapatakbo ng Tanglaw

Sa mga kagamitan sa pagputol na pinapagana ng torch, ang cutting torch ay nakakabit sa isang naaalis na gantry at gumagalaw nang pahalang sa gantry beam (Y-axis). Ang gantry ang nagpapaandar sa torch upang gumalaw sa X-axis, habang ang workpiece ay nakapirmi sa worktable. Dahil ang laser at ang cutting torch ay nakaayos nang magkahiwalay, ang mga katangian ng transmisyon ng laser, parallelism sa direksyon ng beam scanning, at katatagan ng mga reflective mirror ay apektado lahat sa proseso ng pagputol.

Ang mga kagamitan sa pagputol na pinapagana ng sulo ay kayang magproseso ng malalaking piraso. Maliit lang ang sakop ng lugar ng produksyon ng pagputol at madaling maisama sa iba pang kagamitan upang bumuo ng isang linya ng produksyon. Gayunpaman, ang katumpakan ng pagpoposisyon nito ay ±0.04 mm lamang.

Ang karaniwang istruktura ng mga kagamitan sa pagputol na pinapagana ng torch ay ipinapakita sa Figure 4.19. Isang continuous-wave CO₂ laser cutting machine ang ginagamit, na ang distansya mula sa laser hanggang sa cutting torch ay 18 m. Upang matiyak na ang pagbabago sa diameter ng beam sa distansya ng transmission na ito ay hindi makakasagabal sa mga operasyon ng pagputol, ang kombinasyon ng mga oscillator mirror ay dapat na maingat na idinisenyo.

Ang mga pangunahing teknikal na parameter ng kagamitan sa pagputol na pinapagana ng torch ay ang mga sumusunod:

Lakas ng Output ng Laser: 1.5 kW (single-mode), 3 kW (multi-mode)
Hampas ng Tanglaw: X-axis 6.2 m, Y-axis 2.6 m
Bilis ng Pagmamaneho: 0–10 m/min (maaaring isaayos)
Sulo na may Lumulutang na Stroke sa Z-axis: 150 mm
Bilis ng Pagsasaayos ng Torch Z-axis: 300 mm/min
Pinakamataas na Sukat ng Naprosesong Platong Bakal: 12 mm × 2400 mm × 6000 mm
Sistema ng Kontrol: Pinagsamang Mode ng Kontrol ng NC

2.3.2 XY Kagamitan sa Pagputol na Pinapatakbo ng Mesa

Sa kagamitan sa pagputol na pinapagana ng XY table, ang cutting torch ay nakakabit sa frame, at ang workpiece ay inilalagay sa cutting table. Ang cutting table ay gumagalaw sa X at Y axes ayon sa mga utos ng NC, na may adjustable na bilis ng pagmamaneho na karaniwang mula 0–1 m/min o 0–5 m/min. Dahil ang cutting torch ay nananatiling nakatigil kaugnay ng workpiece, binabawasan nito ang epekto sa pagkakahanay at pagsentro ng laser beam habang nasa proseso ng pagputol, na tinitiyak ang pare-pareho at matatag na pagganap sa pagputol. Kapag nilagyan ng maliit na cutting table na may mataas na mekanikal na katumpakan, nakakamit ng makina ang katumpakan sa pagpoposisyon na ±0.01 mm atmahusay na katumpakan ng pagputol, kaya't partikular itong angkop para sa tumpak na pagputol ng maliliit na bahagi. Bukod pa rito, mayroon ding mas malalaking cutting table na may X-axis stroke na 2300–2400 mm at Y-axis stroke na 1200–1300 mm para sa pagproseso ng malalaking workpiece.

Ang mga pangunahing teknikal na parametro ng kagamitan sa pagputol na pinapagana ng mesa ng XY ay ang mga sumusunod:

Pinagmumulan ng Laser: CO₂ gas laser (semi-closed straight-tube type)
Suplay ng Kuryenteng Laser: Boltahe ng input 200 VAC; Boltahe ng output 0–30 kV; Pinakamataas na kasalukuyang output 100 mA
Lakas ng Output ng Laser: 550 W
Stroke ng Mesa ng Pagputol: X-axis 2300 mm, Y-axis 1300 mm
Bilis ng Pagmamaneho sa Cutting Table (Maaaring isaayos ang hakbang): 0.4–5.0 m/min, 0.2–2.5 m/min, 0.1–1.3 m/min, 0.05–0.6 m/min
Sulo na may Z-axis na Lumulutang na Stroke: 180 mm
Pinakamataas na Sukat ng Naprosesong Plato: 6 mm × 1300 mm × 2300 mm
Sistema ng Kontrol: Mode ng Numerikal na Kontrol (NC)

2.3.3 Kagamitan sa Pagputol na May Dalawahang Direksyon (Sulo at Mesa)

Ang dual-driven cutting equipment (torch at table) ay nasa pagitan ng torch-driven at XY table-driven cutting machines sa disenyo. Ang cutting torch ay nakakabit sa isang gantry at gumagalaw nang pahalang sa gantry beam (Y-axis), habang ang cutting table ay pinapaandar nang pahaba. Pinagsasama ng hybrid na disenyo na ito ang mga bentahe ng mataas na katumpakan ng pagputol at kahusayan sa pagtitipid ng espasyo. Dahil sa katumpakan ng pagpoposisyon na ±0.01 mm at adjustable na saklaw ng bilis ng pagputol na 0–20 m/min, ito ay isa sa mga pinakamalawak na ginagamit na cutting machine sa merkado. Ang mas malalaking modelo ng makinang ito ay nag-aalok ng Y-axis stroke na 2000 mm at X-axis stroke na 6000 mm, na nagbibigay-daan sa pagputol ng malalaking workpiece.

Ang laser oscillator ay nakakabit sa gantry sa tabi ng cutting torch. Ang konpigurasyong ito ay naghahatid ng pambihirang katumpakan kapag nagpuputol ng mga pabilog na butas. Ipinagmamalaki rin ng makina ang mataas na kahusayan sa produksyon: maaari itong magputol ng 46 na pabilog na butas (10 mm ang diyametro) bawat minuto sa isang 1 mm-kapal na bakal na plato.

2.3.4 Pinagsamang Kagamitan sa Pagputol

Sa isangpinagsamang makinang pangputol, ang pinagmumulan ng laser ay naka-install sa frame at gumagalaw nang pahaba kasama nito, habang ang cutting torch ay isinama sa drive mechanism nito upang gumalaw nang pahalang sa frame beam. Gumagamit ang makina ng numerical control upang putulin ang iba't ibang hugis ng mga bahagi. Upang mabawi ang pagkakaiba-iba ng haba ng optical path na dulot ng pahalang na paggalaw ng cutting torch, karaniwang nilagyan ng optical path length adjustment module. Tinitiyak ng modyul na ito ang isang homogenous na laser beam sa loob ng cutting area at pinapanatili ang pare-parehong kalidad ng cutting surface.

Oras ng pag-post: Disyembre 17, 2025

Mga Pangunahing Kaalaman sa Pagputol Gamit ang Laser at ang Sistema ng Pagproseso Nito — Kagamitan sa Pagputol Gamit ang Laser