Асосҳои буриши лазерӣ ва системаи коркарди он —Таҷҳизоти буридани лазерӣ

II. Таркиби таҷҳизоти буридани лазерӣ

2.1 Ҷузъҳо ва принсипи кори мошини буридани лазерӣ

Мошини буриши лазерӣ аз эмиттери лазерӣ, сари буриш, маҷмӯи интиқоли шуоъ, мизи кории асбобҳои дастгоҳӣ, системаи идоракунии рақамӣ (NC), компютер (сахтафзор ва нармафзор), хунуккунак, баллони гази муҳофизатӣ, ҷамъкунандаи чанг ва хушккунаки ҳаво иборат аст.

Генератори лазерӣ

Генератори лазер дастгоҳест, ки манбаъҳои рӯшноии лазериро истеҳсол мекунад. Барои барномаҳои буриши лазерӣ, аксари мошинҳо лазерҳои гази CO₂-ро истифода мебаранд, ки дорои самаранокии баланди табдили электрооптикӣ ва баромади баланди қувва мебошанд, ба истиснои чанд ҳолате, ки лазерҳои YAG-и сахт истифода мешаванд. На ҳама лазерҳо барои буриш мувофиқанд, зеро буриши лазерӣ талаботи қатъиро ба сифати нур мегузорад.
Сари буридан

Он асосан аз ҷузъҳо ба монанди сопло, линзаи фокусӣ ва системаи пайгирии фокус иборат аст.

Дастгоҳи гардонандаи сари буриш барои ҳаракат додани сари буриш дар меҳвари Z мувофиқи барномаҳои пешакӣ муайяншуда истифода мешавад. Он аз муҳаррики серво ва қисмҳои интиқол ба монанди винтҳои сурб ё фишангҳо иборат аст.

(1) Сопло: Се намуди асосии соплоҳо мавҷуданд: намуди параллелӣ, намуди ҳамгирошаванда ва намуди конусӣ.

(2) Линзаи фокусӣ: Барои анҷом додани буридан бо истифода аз энергияи нури лазер, нури аслии аз ҷониби лазер баровардашуда бояд тавассути линза фокусӣ карда шавад, то нуқтаи рӯшноӣ бо зичии баланди энергияро ташкил диҳад. Линзаҳои фокусии миёна ва дароз барои буридани табақҳои ғафс мувофиқанд ва талаботи камтарро барои устувории фосилаи системаи пайгирӣ доранд. Линзаҳои фокусии кӯтоҳ танҳо барои буридани табақҳои тунуктар аз 3 мм мувофиқанд; онҳо талаботи қатъиро барои устувории фосилаи системаи пайгирӣ доранд, аммо метавонанд қувваи зарурии баромади лазерро ба таври назаррас коҳиш диҳанд.

(3) Системаи пайгирӣ: Системаи пайгирии фокуси мошини буриши лазерӣ одатан аз сари буриши фокусӣ ва системаи сенсори пайгирӣ иборат аст. Сари буриш вазифаҳои роҳнамоӣ ва фокускунии шуоъ, хунуккунии об, дамидани газ ва танзими механикиро дар бар мегирад.

Сенсор аз унсурҳои ҳассос ва як воҳиди идоракунии тақвият иборат аст. Системаҳои пайгирӣ вобаста ба намуди унсурҳои ҳассос комилан фарқ мекунанд. Ду намуди асосӣ мавҷуданд: яке системаи пайгирии сенсори сиғимдор, ки онро системаи пайгирии ғайритамос низ меноманд; дигаре системаи пайгирии сенсори индуктивӣ, ки онро системаи пайгирии тамос низ меноманд.
Маҷмӯи интиқоли шуоъ

Роҳи оптикии беруна: Оинаҳои инъикоскунанда барои роҳнамоии нури лазер ба самти дилхоҳ истифода мешаванд. Барои пешгирӣ аз носозиҳо дар роҳи нур, ҳамаи оинаҳои инъикоскунанда бо сипарҳо муҳофизат карда мешаванд ва гази муҳофизаткунандаи фишори мусбати тоза ворид карда мешавад, то оинаҳо аз ифлосшавӣ эмин бошанд. Линзаи баландсифат метавонад нури ғайридивергентро ба нуқтаи бениҳоят хурд равона кунад. Линзае, ки масофаи фокусии 5.0 дюйм дорад, одатан истифода мешавад, дар ҳоле ки линзаи 7.5 дюйм танҳо барои буридани маводҳои ғафси аз 12 мм мувофиқ аст.
Мизи кории асбобҳои мошинӣ

Қуттии асосии мошин: Қисми асбобҳои мошинмошини буридани лазерӣқисми механикӣ аст, ки ҳаракати меҳварҳои X, Y ва Z, аз ҷумла платформаи кории буришро амалӣ мекунад.
Системаи назорати рақамӣ

Системаи NC асбоби мошинро барои ноил шудан ба ҳаракатҳои меҳвари X, Y, Z идора мекунад ва ҳамзамон қувваи баромади лазерро танзим мекунад.
Системаи хунуккунӣ

Қисмати хунуккунӣ: Он барои хунук кардани генератори лазерӣ истифода мешавад. Лазер дастгоҳест, ки энергияи барқиро ба энергияи рӯшноӣ табдил медиҳад. Масалан, самаранокии табдили лазери газии CO₂ одатан 20% аст, ки энергияи боқимонда ба гармӣ табдил меёбад. Оби хунуккунӣ гармии зиёдатиро барои нигоҳ доштани кори муқаррарии генератори лазерӣ хориҷ мекунад. Қисмати хунуккунӣ инчунин оинаҳои берунаи оптикии масир ва линзаҳои фокусии асбоби дастгоҳро хунук мекунад ва сифати устувори интиқоли шуоъро таъмин мекунад ва самаранок аз деформатсия ё кафидани линза аз сабаби гармии аз ҳад зиёд пешгирӣ мекунад.
Баллонҳои газӣ

Силиндрҳои газӣ силиндрҳои муҳити корӣ ва силиндрҳои гази ёрирасонро барои мошини буриши лазерӣ дар бар мегиранд, ки барои пурра кардани газҳои саноатӣ барои ларзиши лазер ва таъмини газҳои ёрирасон барои сари буриш истифода мешаванд.
Системаи тозакунии чанг

Он дуд ва чангеро, ки ҳангоми коркард ба вуҷуд меояд, хориҷ мекунад ва коркарди филтратсияро анҷом медиҳад, то боварӣ ҳосил кунад, ки партовҳои гази ихроҷ ба стандартҳои ҳифзи муҳити зист мувофиқат мекунанд.
Хушккунаки хунуккунандаи ҳаво ва филтр

Он ба генератори лазер ва роҳи шуоъ ҳавои тоза ва хушк медиҳад ва кори муқаррарии роҳи шуоъ ва оинаҳои инъикоскунандаро нигоҳ медорад.

2.2 Машъали буриш барои буридани лазерӣ

Диаграммаи сохтории машъали буриш барои буридани лазер дар зер нишон дода шудааст. Он асосан аз корпуси машъал, линзаи фокускунанда, оинаи инъикоскунанда ва соплои гази ёрирасон иборат аст. Ҳангоми буридани лазер, машъали буриш бояд ба талаботи зерин ҷавобгӯ бошад:

① Машъал метавонад ҷараёни кофии газро берун кунад.

② Самти ихроҷи газ дар дохили машъал бояд бо меҳвари оптикии оинаи инъикоскунанда ҳамҷоя бошад.

③ Масофаи фокусии чароғро ба осонӣ танзим кардан мумкин аст.

④ Ҳангоми буридан, буғи металл ва пошидани он аз металли бурида набояд ба оинаи инъикоскунанда зарар расонад.

Ҳаракати машъали буриш аз ҷониби системаи ҳаракати NC танзим карда мешавад. Се сенария барои ҳаракати нисбӣ байни машъали буриш ва қисми корӣ мавҷуданд:

① Машъал ҳангоми ҳаракати қисми корӣ аз мизи корӣ дар ҳолати муқаррарӣ мемонад — асосан барои қисмҳои андозаи хурд мувофиқ аст.

② Ҳангоми ҳаракат кардани машъал, қисми корӣ беқарор мемонад.

③ Ҳам машъал ва ҳам мизи корӣ якбора ҳаракат мекунанд.

2.2.1 Сари буриш

Сари буриши лазерӣ дар охири системаи интиқоли шуоъ ҷойгир аст, ки аз линзаи фокусӣ ва соплои буриш иборат аст.

Линзаҳои фокусӣ асосан аз рӯи масофаи фокусӣ тасниф карда мешаванд. Аксари таҷҳизоти буриши лазерӣ бо якчанд сари буриш бо дарозиҳои фокусии гуногун муҷаҳҳаз мебошанд. Масалан, буридани лазерии CO₂, дарозиҳои фокусии маъмулӣ 127 мм (5 дюйм) ва 190 мм (7.5 дюйм) мебошанд. Линзаи фокусии кӯтоҳ нуқтаи фокусии хурд ва чуқурии фокусии кӯтоҳро ба вуҷуд меорад, ки барои кам кардани паҳнои буриш ва ба даст овардани буришҳои дақиқтар мусоидат мекунад. Линзаи фокусии дароз нуқтаи фокусии калонтар ва чуқурии фокусии дарозтарро ба вуҷуд меорад. Дар муқоиса бо линзаҳои фокусии кӯтоҳ, линзаҳои фокусии дароз метавонанд шуои фокусиро бо зичии энергияи лазерӣ, ки барои коркарди мавод дар наздикии нуқтаи фокусӣ кофӣ аст, таъмин кунанд. Аз ин рӯ, линзаҳои фокусии кӯтоҳ асосан барои буридани дақиқи табақҳои тунук истифода мешаванд, дар ҳоле ки линзаҳои фокусии дароз барои маводҳои ғафстар барои ба даст овардани чуқурии фокусӣ лозиманд, ки тағирёбии ҳадди ақали диаметри нуқта ва зичии кофии қувваро дар диапазони ғафсии буриш таъмин мекунанд.

Линзаҳои фокусӣ барои фокус кардани нури лазерии параллелӣ ба машъали буриш истифода мешаванд, ки ба андозаи хурдтари нуқта ва зичии баланди қувва ноил мегардад. Линзаҳо аз маводҳое сохта шудаанд, ки метавонанд дарозии мавҷи лазерро интиқол диҳанд. Шишаи оптикӣ одатан барои лазерҳои ҳолати сахт истифода мешавад, дар ҳоле ки маводҳое ба монанди ZnSe, GaAs ва Ge барои лазерҳои газии CO₂ қабул карда мешаванд (зеро шишаи оддӣ барои нурҳои лазерии CO₂ шаффоф нест), ки дар байни онҳо ZnSe васеътарин истифода мешавад.

Барои буриши лазерӣ, кам кардани диаметри нуқтаи фокусӣ барои афзоиши зичии қувва ва имкон додани буриши баландсуръат матлуб аст. Аммо, масофаи кӯтоҳтари фокусии линза боиси умқи хурдтари фокусӣ мегардад, ки ҳангоми буридани табақҳои ғафс ба даст овардани сатҳи буриши амудӣ душвор мегардад. Илова бар ин, масофаи кӯтоҳтари фокусӣ масофаи байни линза ва қисмати корро кам мекунад ва хатари олуда шудани линзаро аз пошидани гудохта ҳангоми буридан афзоиш медиҳад ва ба кори муқаррарӣ таъсир мерасонад. Аз ин рӯ, масофаи мувофиқи фокусӣ бояд ба таври ҳамаҷониба дар асоси омилҳо ба монанди ғафсии буриш ва талаботи сифати буриш муайян карда шавад.

2.2.2 Оинаи инъикоскунанда

Вазифаи оинаи инъикоскунанда тағир додани самти шуоъест, ки аз лазер мебарояд. Барои шуоъҳо аз лазерҳои сахтҳол, оинаҳои инъикоскунанда аз шишаи оптикӣ истифода бурда мешаванд. Баръакс, оинаҳои инъикоскунанда дар дастгоҳҳои буридани лазери гази CO₂ одатан аз мис ё металлҳо бо инъикоси баланд сохта мешаванд. Барои пешгирӣ кардани зараре, ки аз гармии аз ҳад зиёд аз нури лазер ҳангоми кор ба вуҷуд меояд, оинаҳои инъикоскунанда одатан бо об хунук карда мешаванд.

2.2.3 Сопло

Сопло барои пошидани гази ёрирасон ба минтақаи буриш истифода мешавад ва сохтори он ба самаранокӣ ва сифати буриш таъсири муайяне мерасонад. Расми 4.11 шаклҳои маъмули соплоро барои буриши лазерӣ нишон медиҳад; шаклҳои сӯрохи сопло намудҳои силиндрӣ, конусӣ ва ҳамҷояшаванда-ҷудошавандаро дар бар мегиранд.

Интихоби сопло одатан тавассути санҷишҳо дар асоси мавод ва ғафсии қисми корӣ ва фишори гази ёрирасон муайян карда мешавад. Буридани лазерӣ одатан соплоҳои коаксиалиро истифода мебарад (ки дар он ҷараёни газ бо меҳвари оптикӣ коаксиал аст). Агар ҷараёни газ ва нури лазер коаксиалӣ набошанд, эҳтимол дорад, ки ҳангоми буридан пошидани аз ҳад зиёд ба амал ояд. Девори дарунии сӯрохи сопло бояд ҳамвор бошад, то ҷараёни бемонеаи газ таъмин карда шавад ва аз турбулентӣ, ки метавонад ба сифати буриши чӯб таъсир расонад, пешгирӣ карда шавад. Барои таъмини устувории буридан, масофа байни рӯи нӯги сопло ва сатҳи қисми корӣ бояд ба ҳадди ақал расонида шавад, ки одатан аз 0,5 мм то 2,0 мм аст. Диаметри сӯрохи сопло бояд ба шуои лазер имкон диҳад, ки ҳамвор гузарад ва аз ламс кардани шуоъ ба девори дарунии сӯрох пешгирӣ кунад. Ҳар қадар диаметри сӯрох хурдтар бошад, ҷамъ кардани шуоъ ҳамон қадар душвортар аст. Барои фишори додашудаи гази ёрирасон, диапазони оптималии диаметрҳои сӯрохи сопло мавҷуд аст. Сӯрохи аз ҳад зиёд хурд ё калон ба хориҷ кардани маҳсулоти гудохта аз буриши чӯб халал мерасонад ва ба суръати буридан таъсир мерасонад.

Таъсири диаметри сӯрохи сопло ба суръати буриш таҳти қувваи собити лазер ва фишори гази ёрирасон дар расмҳои 4.12 ва 4.13 нишон дода шудааст. Дидан мумкин аст, ки диаметри оптималии сӯрохи сопло мавҷуд аст, ки ба суръати максималии буриш ноил мегардад. Ин арзиши оптималӣ тақрибан 1,5 мм аст, новобаста аз он ки оксиген ё аргон ҳамчун гази ёрирасон истифода мешавад.

Санҷишҳо оид ба буридани лазерии хӯлаҳои сахт (ки буридани онҳо душвор аст) нишон медиҳанд, ки диаметри оптималии сӯрохии сопло ба натиҷаҳои дар боло зикршуда хеле наздик аст, чунон ки дар расми 4.14 нишон дода шудааст. Диаметри сӯрохии сопло инчунин ба паҳнои гардиш ва паҳнои минтақаи гармидиҳӣ (HAZ) таъсир мерасонад. Тавре ки дар расми 4.15 нишон дода шудааст, бо афзоиши диаметри сӯрохии сопло, паҳнои гардиш зиёд мешавад, дар ҳоле ки паҳнои HAZ танг мешавад. Сабаби асосии танг шудани HAZ афзоиши таъсири хунуккунии ҷараёни гази ёрирасон ба маводи асосӣ дар минтақаи буриш мебошад.

2.3 Параметрҳои таҷҳизоти буридани лазерӣ

2.3.1 Таҷҳизоти буриши бо машъал коркунанда

Дар таҷҳизоти буриши бо машъал коркунанда, машъал буранда ба як гантрии ҳаракаткунанда насб карда мешавад ва ба таври уфуқӣ дар баробари чӯби гантри (меҳвари Y) ҳаракат мекунад. Гантри машъалро ба ҳаракат дар баробари меҳвари X меронад, дар ҳоле ки қисми корӣ дар мизи корӣ мустаҳкам карда шудааст. Азбаски лазер ва машъал буранда алоҳида ҷойгир шудаанд, хусусиятҳои интиқоли лазер, параллелизм дар самти сканкунии шуоъ ва устувории оинаҳои инъикоскунанда дар раванди буриш таъсир мерасонанд.

Таҷҳизоти буриши бо машъал коркунанда метавонад қисмҳои калонҳаҷмро коркард кунад. Он майдони нисбатан хурди минтақаи истеҳсолии буришро ишғол мекунад ва метавонад ба осонӣ бо дигар таҷҳизот барои ташкили хатти истеҳсолӣ муттаҳид карда шавад. Аммо, дақиқии ҷойгиркунии он танҳо ±0.04 мм аст.

Сохтори маъмулии таҷҳизоти буриши бо машъал коркунанда дар расми 4.19 нишон дода шудааст. Мошини буриши лазерии CO₂ бо мавҷи пайваста истифода шудааст, ки масофа аз лазер то машъал буриш 18 м аст. Барои он ки тағирёбии диаметри шуоъ дар ин масофаи интиқол ба амалиёти буриш халал нарасонад, маҷмӯи оинаҳои осциллятор бояд бодиққат тарҳрезӣ карда шавад.

Параметрҳои асосии техникии таҷҳизоти буридани бо машъал коркунанда инҳоянд:

Қувваи баромади лазер: 1.5 кВт (якмода), 3 кВт (бисёрмода)
Зарбаи машъал: меҳвари X 6.2 м, меҳвари Y 2.6 м
Суръати ронандагӣ: 0–10 м/дақ (танзимшаванда)
Зарбаи шинокунандаи меҳвари Z-и чароғ: 150 мм
Суръати танзими меҳвари Z-и чароғ: 300 мм/дақ
Андозаи максималии табақаи пӯлоди коркардшуда: 12 мм × 2400 мм × 6000 мм
Системаи идоракунӣ: Реҷаи идоракунии ҳамгирошудаи NC

2.3.2 Таҷҳизоти буриши XY бо миз

Дар таҷҳизоти буриши бо мизи XY идорашаванда, машъали буриш ба чаҳорчӯба мустаҳкам карда мешавад ва қисми корӣ дар мизи буриш ҷойгир карда мешавад. Мизи буриш мувофиқи фармонҳои NC дар баробари меҳварҳои X ва Y ҳаракат мекунад ва суръати танзимшавандаи рондан одатан аз 0-1 м/дақ ё 0-5 м/дақ аст. Азбаски машъали буриш нисбат ба қисми корӣ устувор боқӣ мемонад, он таъсирро ба ҳамоҳангсозӣ ва марказонидани нури лазер ҳангоми раванди буриш кам мекунад ва иҷрои якхела ва устувори буришро таъмин мекунад. Вақте ки бо мизи буриши андозаи хурд бо дақиқии баланди механикӣ муҷаҳҳаз аст, дастгоҳ дақиқии ҷойгиркунии ±0.01 мм вадақиқии аълои буриш, ки онро махсусан барои буридани дақиқи ҷузъҳои хурд мувофиқ мегардонад. Илова бар ин, мизҳои калонтари буриш бо гардиши меҳвари X 2300–2400 мм ва гардиши меҳвари Y 1200–1300 мм барои коркарди қисмҳои калонҳаҷм дастрасанд.

Параметрҳои асосии техникии таҷҳизоти буриши бо мизи XY идорашаванда чунинанд:

Манбаи лазер: лазери газии CO₂ (навъи найчаи рости нимпӯшида)
Манбаи барқи лазерӣ: шиддати вурудӣ 200 VAC; шиддати баромад 0–30 кВ; ҷараёни баромади максималӣ 100 мА
Қувваи баромади лазер: 550 Вт
Зарбаи мизи буриш: меҳвари X 2300 мм, меҳвари Y 1300 мм
Суръати рондани мизи буриш (қадам ба қадам танзимшаванда): 0.4–5.0 м/дақ, 0.2–2.5 м/дақ, 0.1–1.3 м/дақ, 0.05–0.6 м/дақ
Зарбаи шинокунандаи меҳвари Z-и чароғ: 180 мм
Андозаи максималии табақи коркардшуда: 6 мм × 1300 мм × 2300 мм
Системаи идоракунӣ: Ҳолати идоракунии рақамӣ (NC)

2.3.3 Таҷҳизоти буриши дуҷониба (Чароғ ва миз)

Таҷҳизоти буриши дуҷониба (машъал ва миз) аз рӯи тарҳ байни мошинҳои буриши бо машъал ва бо мизи XY ҷойгир аст. Машъал буриш ба як гантри насб карда шудааст ва ба таври уфуқӣ дар баробари чӯби гантри (меҳвари Y) ҳаракат мекунад, дар ҳоле ки мизи буриш ба таври тӯлонӣ ҳаракат мекунад. Ин тарҳи гибридӣ бартариҳои дақиқии баланди буриш ва самаранокии сарфаи фазо муттаҳид мекунад. Бо дақиқии ҷойгиркунии ±0.01 мм ва диапазони танзимшавандаи суръати буриши 0-20 м/дақ, он яке аз мошинҳои буриши васеъ истифодашаванда дар бозор мебошад. Моделҳои калонтари ин мошин зарбаи меҳвари Y-и 2000 мм ва зарбаи меҳвари X-и 6000 мм-ро пешниҳод мекунанд, ки имкон медиҳад қисмҳои калонҳаҷм бурида шаванд.

Осциллятори лазерӣ дар гантри дар паҳлӯи машъали буриш насб карда шудааст. Ин конфигуратсия ҳангоми буридани сӯрохиҳои даврашакл дақиқии истисноиро таъмин мекунад. Мошин инчунин самаранокии баланди истеҳсолӣ дорад: он метавонад дар як дақиқа 46 сӯрохи даврашакл (диаметри 10 мм)-ро дар лавҳаи пӯлоди ғафсии 1 мм бурад.

2.3.4 Таҷҳизоти буриши муттаҳидшуда

Дармошини буриши муттаҳидшуда, манбаи лазер дар чаҳорчӯба насб карда шудааст ва бо он ба таври тӯлонӣ ҳаракат мекунад, дар ҳоле ки машъали буриш бо механизми гардонандаи он муттаҳид карда шудааст, то ба таври уфуқӣ дар баробари чӯби чаҳорчӯба ҳаракат кунад. Мошин барои буридани ҷузъҳои шаклдори гуногун аз идоракунии рақамӣ истифода мебарад. Барои ҷуброн кардани тағирёбии дарозии роҳи оптикӣ, ки дар натиҷаи ҳаракати уфуқии машъали буриш ба вуҷуд омадааст, одатан модули танзими дарозии роҳи оптикӣ муҷаҳҳаз карда мешавад. Ин модул якхела будани нури лазерро дар дохили минтақаи буриш таъмин мекунад ва сифати мунтазами сатҳи буришро нигоҳ медорад.

Вақти нашр: 17 декабри соли 2025