Стратегія визначення оптимальної потужності і швидкості обробки на лазерному верстаті з ЧПУ
Як підібрати оптимальну потужність і швидкість обробки на лазерному верстаті з ЧПУ.
Михайлов Сергій Володимирович
Лазерний верстат з ЧПУ є дуже зручним, високоуніверсальним обладнанням. З його допомогою можна обробляти як «традиційні» матеріали - дерево, пластик, скло, камінь. Так і тонкі, тендітні - подібно папері, тканині, шкірі, гумі. Деякі з цих матеріалів можуть бути оброблені тільки за допомогою лазерного верстата з ЧПУ. Іншого способу швидкої і якісної машинної обробки (та ще й в автоматичному режимі) просто не існує!
Крім широкого спектру оброблюваних матеріалів, лазерні верстати з ЧПУ забезпечують дуже високу якість різу. При цьому тонкість шва становить усього лише кілька міліметрів. Подібні характеристики досягаються не тільки завдяки самому принципу лазерної обробки (як відомо, лазерний промінь характерний дуже малим розбіжністю пучка - навіть на значній відстані), але і за рахунок прецизійної механічної частини. Застосування спеціальних підшипників і крокових електродвигунів, що забезпечують рух лазерної головки, дозволяє звести до мінімуму похибку позиціонування випромінювача над поверхнею заготовки. В результаті точність обробки навіть «настільного» лазерно-гравіювального верстата з ЧПУ становить не менше 0,1 мм.
Однак, щоб досягти таких показників в конкретних умовах обробки, необхідна грамотна настройка обладнання. Плюс до цього, будь-які характеристики лазерного верстата з ЧПУ можуть нівелюватися при використанні неякісної керуючої програми. Щоб оптимальним чином поєднувати всі фактори, що впливають на якість обробки, необхідно мати чітке уявлення про загальний функціонуванні лазерного верстата з ЧПУ.
Принцип обробки лазером
Обробка заготовок лазером полягає в безконтактному впливі променя високої енергії на поверхню заготовки. Під дією лазера поверхня нагрівається і матеріал в «засвічений» області випаровується. В результаті заготівля змінює свою форму. Головка лазерного випромінювача переміщається над заготівлею відповідно до маршруту обробки, заданим керуючої програмою. Залежно від налаштувань (перш за все, потужності) лазерний верстат з ЧПУ може прорізати заготовки наскрізь (в тому числі здійснюючи фігурне різання), або гравірувати поверхню заготовки - в цьому випадку лазер занурюється в матеріал на незначну глибину.
Послідовно проходячи над заготівлею, лазер «рядок за рядком» здійснює потрібне вплив, завдяки чому заготівля перетворюється в готовий виріб. За точність обробки, а також за розміри готового виробу відповідає система ЧПУ верстата. Мікроконтролер ЧПУ зчитує коди керуючої програми (побудованої на базі комп'ютерної графічної моделі готового виробу) і формує імпульси для виконавчих елементів - крокових електродвигунів. Крокові електродвигуни через ремінні передачі приводять в рух інструментальний портал з встановленої на ньому головкою лазерного випромінювача. Інструментальний портал має кілька ступенів свободи, завдяки чому може здійснювати складне просторове рух над заготівлею і вести 3D-обробку.
У більшості представлених на ринку «бюджетних» моделей лазерно-гравірувальних верстатів з ЧПУ джерелом випромінювання є газове середовище, запаяна в скляну трубку. Активне середовище з суміші газів (СО2, азоту і гелію) володіє високою стабільністю випромінювання при малих енерговитратах. А притаманна газовим лазерів схильність до підвищеного тепловиділення компенсується вбудованої в лазерну трубку системою примусового рідинного охолодження.
Характеристики лазерних верстатів з ЧПУ
Виробники лазерного обладнання випускають широку гаму моделей, що відрізняються, перш за все розмірами робочого відсіку і площею столу для розміщення заготовок. А також потужністю лазерної трубки (як в базовій комплектації, так і для опціонального збільшення). Для зручності роботи всі лазерні верстати допускають підключення до персонального комп'ютера. При цьому ПК грає роль не тільки «командного центру» настройки параметрів лазерного верстата, але і служить для завантаження керуючих програм в пам'ять системи ЧПУ.
Щоб обробити заготовку, необхідна керуюча програма. Її основою є графічний ескіз (або точніше - математична модель майбутнього виробу), на базі якого будується маршрут обробки. Тут же вказуються параметри різання або гравіювання - потужність випромінювання і швидкість руху лазерної головки. Ці параметри є основними і в значній мірі впливають на якість обробки.
Рекомендована потужність і швидкість обробки
Залежно від типу оброблюваного матеріалу, потужність лазерного випромінювання вимагає коректування. Зрозуміло, що для наскрізної різання, наприклад, акрилової плити, потрібна потужність лазера, близька до максимуму. Однак без відповідного коригування, така надмірна потужність геть спалить паперову заготовку або розплавить гумову!
Крім того, потужність випромінювання нерозривно пов'язана зі швидкістю руху випромінювача уздовж маршруту обробки. Так при фіксованій потужності і підвищеної швидкості руху випромінювача заготовка може не прорізатися наскрізь. Навпаки, при малій швидкості, але високої потужності є ризик розплавлення країв різу і погіршення якості обробки. Конкретні величини потужність і швидкості для кожного випадку слід підбирати експериментально. Однак базові рекомендації для різних видів оброблюваних заготовок наведені нижче.
Так для наскрізної різання фанери необхідні:
• потужність - 73%
• швидкість руху лазерного випромінювача - 12 мм / с.
Гравірування фанери здійснюється при:
• потужності 23-25%
• швидкості 60-80 мм / с. При хорошій якості гравірування швидкість можна підвищувати до 100 мм / с - аж до появи видимого погіршення якості малюнка.
* Значення потужності і швидкості вказані для верстата з лазерної трубкою потужністю 60 Вт.
Плексиглас ріжеться при:
• потужності - 73%
• швидкості - 17 мм / с
(Для трубки потужністю 80 Вт)
• або при потужності - 88%
• і швидкості - про 17 мм / с
(Для трубки потужністю 50 Вт).
Акрил ріжеться при:
• потужності - 73%
• швидкості руху лазерного випромінювача - 12-14 мм / с.
Гравірування гуми (для печаток і штампів) здійснюється на режимах:
• потужність - 28-35%
• швидкість руху лазерного випромінювача - 60 мм / с.
Пластик товщиною 3 мм ріжеться при:
• потужності - 87-90%
• швидкості - 15-60 мм / с.
При товщині 1,5 мм параметри будуть рівні:
• потужність - 87-90%
• швидкість - 20-25 мм / с.
У разі неможливості обробити заготовки на режимах, близьких до рекомендованих, слід перевірити настройку (зробити т.зв. юстировку) фокусує лінзи в голівці лазерного випромінювача.