Лазерные технологические системы

Для реализации лазерной технологии созданы различные лазерно-технологические системы (комплексы) с твердотельным и газовыми лазерами.

Лазерные системы могут работать в импульсном (одиночными импульсами), импульсно-периодическом (непрерывными сериями импульсов) и непрерывном режимах и представляют собой комплекс, включающий лазер, формирующий рабочий инструмент пригодный для обработки различных материалов и осуществления разнородных процессов и устройства для программного перемещения луча и заготовки.

Структурная схема лазерно-технологической системы показана на рис. 2.

 

Рис. 2. Структурная схема лазерной технологической системы, предназначенной для обработки материалов: 1 – излучатель; 2 – отклоняющее зеркало; 3 – энер-гетический канал; 4 – средства наблюдения; 5 – оп-тическая фокусирующая система; 6 – вспомога-тельный технологический газ; 7 – обрабатываемая заготовка; 8 – предметный стол; 9 – узел управле-ния; 10 – источник энергетического питания.

Принцип работы оптического квантового генератора – ОКГ (лазера) рассмотрен: в методических указаниях «Физические основы лазерной обработки материалов». В настоящем пособии следует отметить некоторые особенности лазерного излучения. Так, лазерное излучение отличается от обычных источников света своей направленностью (коллимированностью, от лат. сollimo – «направляю по прямой линии»), рис. 3.

Рис. 3. Направленность излучения света электрической лампочкой (а) и лазерным генератором-излучателем (б)

В отличие от электрической лампочки, излучающей свет во всех направлениях, лазер излучает свет, лучи которого почти параллельны друг другу и незначительно расходятся с увеличением расстояния от источника под углом q.

Для обеспечения определенного распределения положения лучей в пространстве в излучателях устанавливают специальные диафрагмы, а также фокусируют лучи с помощью стеклянных линз и линз из KCl, NaCl, ZnSe, AsGa.

Световой поток электромагнитной энергии, испускаемой излучателем лазерно-технологических систем (см. рис. 2), проходя по энергетическому каналу 3, фокусируется линзой 5, превращаясь в рабочей технологический инструмент.

Он формируется и работает на основе принципиально иных закономерностей, чем известные металлорежущие инструменты (резцы, фрезы, сверла, протяжки, абразивный инструмент и т.п.). Лазерный луч отличается от металлорежущего инструмента тем, что не образует стружку; а в поперечном сечении он имеет, как правило, круглую форму.

Для превращения лазерного излучения в технологический инструмент его необходимо сфокусировать (сжать) до очень малых размеров пятна (не более 0,01 мм). Кроме этого, примененяя специальные цилиндрические линзы луч можно растянуть в тонкую линию (для обработки, например, узких пазов).

Сфокусированный пучок лазерного излучения обладает следующими основными преимуществами перед традиционными металлорежущими инструментами:

- им можно обрабатывать мягкие, твердые и сверхтвердые материалы;

- он не изнашивается, как обычный инструмент, не требует СОТС; отсутствует стружка, вибрация и т.п.;

- создается очень малая тепловая нагрузка на обрабатываемую деталь.

Лазерные технологические системы (комплексы) разнообразны и зависят от области их применения. Например, для резки плоских листовых материалов применяют двухкоординатные системы, а для вырезки сложных изделий – многокоординатные.

Системы могут обеспечить: перемещение луча относительно неподвижной заготовки; перемещение заготовки относительно неподвижного луча; заданное перемещение заготовки и луча одновременно.

На рис. 4 показан лазерный технологический комплекс, включающий все устройства, необходимые для лазерной обработки изделий.

 

 

Рис. 4.Лазерный технологический комплекс:

1 – устройство ЧПУ; 2 – система транспортировки излучения; 3 – координатный стол; 4 – лазерная СО₂-установка; 5 – шкаф для баллонов с газом; 6 – устройство перекрытия луча; 7 – обрабатываемая загатовка.

 

В таблице 1 приведены характеристики некоторых лазерных технологических систем для обработки материалов.

Таблица 1

Лазерные технологические системы для обработки материалов [1]

 

Модель	Тип лазера	Длина волны, мкм	Средняя мощность, Вт	Потребляемая мощность, кВт	Назначение	Разработчик, изготовитель
«Комета-2»	СО2	9,2…10,8	200…800		Термообработка стали, меди, алюминия и т.д., резка и сварка стали	Завод «Агат»
«Алькросс-400»	СО2	10,6	40…350	3,4	Контурная резка (сталь, мрамор, оргстекло, дерево, фанера, картон, шпон, кожа, ткань), сварка стали; наплавка; легирование; лазерное упрочнение	АО «Алькросс»
«Кварц»	СО2	10,6	100 (непр.), 3000 (комбинир.)		Прецизионная обработка диэлектрических материалов толщиной до 1 мм (сапфир, керамика, поликор и др.)	НПО «Исток»
«Лазурит-2»	СО2	10,6			Комплекс с ЧПУ для раскроя крупногабаритных листов различных материалов	НПЦ «Лазерной технологии»
МА95ФЗ	АИГ, Nd	1,06			Трехкоординатный лазерный станок с ЧПУ для обработки заданного контура металлов и диэлектриков толщиной 0,3…0,5 мм	АО «ЭНИМС»
МЛТ-200	АИГ, Nd	1,06		7,5	Точная резка и гравировка тонколистовых материалов, сплавов и цветных металлов	АО «ТУЛА-МАШЗАВОД»
«Гранат»	АИГ, Nd	1,06			Автоматизированное изготовление деталей сложной формы	НИИ Комплектного электропривода
Лазерный обрабатывающий центр	АИГ, Nd	1,06		-	Комбинированная обработка плоских заготовок методами листовой штамповки и лазерной резки	АО «ЭНИКМАШ»

 

На рис. 5 показан лазер на стекле с Nd модели «Лут-2М»

 

 

Рис. 5 Импульсный лазер на стекле с Nd модели «Лут-2М»