Типові труднощі при налаштуванні і юстирування оптичної системи лазерного верстата з ЧПУ

Лазерні верстати з ЧПУ відмінно справляються з обробкою заготовок з різних матеріалів. Висока швидкість і точність обробки, а також низька питома вартість отримання готових виробів, зробили лазерне обладнання з ЧПУ популярним інструментом в самих різних галузях виробництва. Доступна ціна лазерно-гравірувальних верстатів, їх висока універсальність, простота експлуатації і обслуговування робить це обладнання привабливим в першу чергу для невеликих підприємств і приватних майстерень.

Високі показники якості виробів обумовлені фізичними особливостями процесу обробки на лазерному обладнанні. При різання й гравірування матеріалу на поверхню заготовок впливає найтонша «голка» високоенергетичного променя. При цьому матеріал в зоні різу моментально випаровується - результатом чого є повна відсутність твердих відходів (тільки газоподібний залишок). Оскільки товщина лазерної «голки» становить частки квадратного міліметра, шов різу виходить виняткової тонкий. Завдяки швидкому впливу лазера все тепло витрачається на випаровування матеріалу - не поширене в сусідні шари заготовки. Цим забезпечується відмінна якість країв різу - практично недосяжне для інших способів обробки / різання заготовок. Відсутність відходів і висока акуратність країв шва підвищують загальну якість і зручність роботи з заготовками (відсутня необхідність фінальної доведення виробів).

Для досягнення показників якості, закладених в конструкцію лазерного верстата з ЧПУ, його оптична і механічна системи повинні працювати чітко і злагоджено. В процесі експлуатації ці системи вимагають періодичного обслуговування та догляду. Так механічна система верстата потребує мастилі (рідше - регулюванню для усунення люфтів). А оптична система вимагає більш ретельного догляду, бо дим і газоподібний осад від обробки покривають поверхню, що відбиває дзеркал і погіршують / порушують вивірену геометрію ходу променів (тим самим знижуючи якість обробки).

Як влаштована оптична система?

Лазерні верстати з ЧПУ можуть комплектуватися різними джерелами випромінювання - на базі газових трубок або твердотільних лазерів. Конструкція оптичної системи при цьому не однакові, але принципова схема залишається колишньою: лазерний промінь від джерела випромінювання проходить через систему дзеркал (частиною рухливих - для забезпечення переміщення випромінювача уздовж маршруту обробки по командам системи ЧПУ). У даній статті розглянута оптична система лазерного верстата з ЧПУ на базі газової трубки.

Активне середовище для генерації лазера являє собою суміш вуглекислого газу, азоту і невеликої порції гелію. При підведенні зовнішньої напруги в такій суміші ініціюється процес виділення фотонів певної довжини хвилі, які посилюються вбудованим оптичним резонатором. В результаті з відкритого кінця лазерної трубки (конструктивно вона являє собою довгастий скляний циліндр) виходить лазерний промінь і відразу ж потрапляє на перше дзеркало. Воно відхиляє промінь в сторону робочого поля лазерного верстата. Друге (яка набирає) дзеркало є рухомим - воно забезпечує нерозривність променя при будь-якому положенні головки випромінювача щодо поздовжньої координати Y. Друге дзеркало відображає промінь в сторону третього - теж рухомого, призначеного для «утримання» променя при будь-якій позиції поперечного руху випромінювача (уздовж координати Х) . Таким чином, два рухомих дзеркала дозволяють випромінювача займати будь-яке положення щодо площини робочого столу. Третє дзеркало встановлено під кутом в 45 град. до горизонталі - воно відображає лазерний промінь вниз, всередину головки випромінювача. Сама головка містить фокусуються лінзу (для створення «плями» випромінювання потрібної площі) і вбудовану систему обдування повітрям (для захисту лінзи від кіптяви і відпрацьованих газів).

В цілому, оптична система верстата влаштована досить просто. Однак для правильного ходу променів необхідно встановити взаємного розташування дзеркал. В іншому випадку «голка» лазера на поверхні заготовки буде зміщуватися, що погіршить якість і точність обробки виробів.

Типові помилки настройки дзеркал і їх діагностика

Ознакою помилковою налаштування (часто говорять «дефектів юстування») дзеркал оптичної системи лазерного верстата з ЧПУ є порушення якості обробки. Наприклад, «ступінчастий» вид кривих ліній при гравірування, «овальність» невеликих точок (замість круглої форми), похилий (нерівний) профіль різу по осі Х, спотворення вихідних розмірів (діаметра) світлової плями, порушень фокусування променя і т.п.

Більшість цих (і інших подібних) проблем вирішуються правильної налаштуванням дзеркал. Багато новачків лякаються цієї процедури і намагаються знайти «оптимальне рішення» (щоб точно знати, яке дзеркало і як повернути при тих чи інших дефектах обробки). Однак такий метод досить часто призводить до погіршення ситуації, а не її вирішення. Для гарантованого усунення дефектів обробки рекомендується завжди слідувати «канонічного» алгоритму юстирування. А саме - налаштовувати дзеркала, починаючи з першого (від лазерної трубки), а потім по черзі друге і третє. При цьому не обов'язково домагатися попадання променя строго в центр дзеркал (навпаки, досвідчені користувачі лазерних верстатів з ЧПУ радять «пристрілювати» промінь в одну половину дзеркала - а через деякий час експлуатації дзеркало можна перевернути «чистої» стороною під промінь). Головне щоб промінь не йшов з відображає площині дзеркала. І не «повзав» по ​​ній при будь-якому переміщенні дзеркала вздовж робочої координати!

Під час налаштування останнього дзеркала (третього, розташованого безпосередньо на голівці випромінювача) необхідно домогтися строго вертикального відображення лазерного променя. Щоб в фокусуються лінзу він «входив» тільки по центру! Інакше неперпендікулярность променя робочого столу веде не тільки до «витягуванню» всіх ліній на заготівлі, а й «биття» лазера в бічну стінку конічної насадки випромінювача - з ризиком її розплавлення.

Слід зазначити, що юстирування оптичної системи призначена для отримання певної геометрії ходу лазерних променів щодо заготовки. Однак сама заготівля розташовується на робочому столі. Значить, форма його площині і паралельність фізичній горизонту також істотно впливають на якість обробки. Тому перед першим запуском лазерного верстата його слід виставляти строго за рівнем, регулюючи рухливі опори. А також періодично контролювати стан робочої площини (також за допомогою рівня) - особливо коли стіл оснащений механізмом автоподё'ма.