Fundamenti di u Tagliu Laser è u so Sistema di Trasfurmazione —Attrezzatura di taglio laser

II. Cumposizione di l'attrezzatura di taglio laser

2.1 Cumponenti è principiu di funziunamentu di a macchina di taglio laser

Una macchina di taglio laser hè cumposta da un emettitore laser, una testa di taglio, un assemblaggio di trasmissione di fasciu, una tavola di travagliu per macchina utensile, un sistema di cuntrollu numericu (NC), un urdinatore (hardware è software), un refrigeratore, una buttiglia di gas di prutezzione, un collettore di polvere è un essiccatore d'aria.

Generatore laser

U generatore laser hè un dispusitivu chì produce fonti di luce laser. Per l'applicazioni di tagliu laser, a maiò parte di e macchine aduttanu laser à gas CO₂ chì presentanu una alta efficienza di cunversione elettro-ottica è una alta putenza di uscita, eccettu per uni pochi di casi induve si utilizanu laser à statu solidu YAG. Micca tutti i laser sò adatti per u tagliu, postu chì u tagliu laser impone requisiti rigorosi nantu à a qualità di u fasciu.
Testa di taglio

Cumprende principalmente cumpunenti cum'è un ugellu, una lente di focalizazione è un sistema di tracciamentu di a focalizazione.

U dispusitivu di trasmissione di a testa di taglio hè utilizatu per muovere a testa di taglio longu l'asse Z secondu i prugrammi preimpostati. Hè custituitu da un servomotore è da parti di trasmissione cum'è viti di trasmissione o ingranaggi.

(1) Ugello: Ci sò trè tippi principali di ugelli: tipu parallelu, tipu convergente è tipu cunicu.

(2) Lente di Focalizazione: Per eseguisce u tagliu cù l'energia di u fasciu laser, u fasciu originale emessu da u laser deve esse focalizatu attraversu una lente per furmà un puntu luminosu cù alta densità d'energia. E lenti di lunghezza focale media è longa sò adatte per u tagliu di piastre spesse è anu esigenze più basse per a stabilità di spaziatura di u sistema di tracciamentu. E lenti di lunghezza focale corta sò adatte solu per taglià piastre sottili sottu à 3 mm; anu esigenze strette per a stabilità di spaziatura di u sistema di tracciamentu, ma ponu riduce significativamente a putenza di uscita laser necessaria.

(3) Sistema di tracciamentu: U sistema di tracciamentu di a messa à focu di una macchina di taglio laser hè generalmente custituitu da una testa di taglio focalizzata è un sistema di sensori di tracciamentu. A testa di taglio integra funzioni di guida è messa à focu di u fasciu, raffreddamentu à l'acqua, soffiu di gas è regulazione meccanica.

U sensore hè cumpostu da elementi di rilevamentu è una unità di cuntrollu di amplificazione. I sistemi di tracciamentu varianu cumpletamente secondu u tipu d'elementi di rilevamentu. Ci sò dui tipi principali dispunibili: unu hè u sistema di tracciamentu di sensori capacitivi, cunnisciutu ancu cum'è u sistema di tracciamentu senza cuntattu; l'altru hè u sistema di tracciamentu di sensori induttivi, chjamatu ancu u sistema di tracciamentu di cuntattu.
Assemblea di Trasmissione di Fascio

Percorsu Otticu Esternu: I specchi riflettenti sò usati per guidà u fasciu laser in a direzzione desiderata. Per impedisce malfunzionamenti in u percorsu di u fasciu, tutti i specchi riflettenti sò prutetti da schermi, è un gas di prutezzione pulitu à pressione pusitiva hè introduttu per mantene i specchi liberi da contaminazione. Una lente d'altu rendimentu pò fucalizà un fasciu micca divergente in un puntu infinitamente chjucu. Una lente cù una lunghezza focale di 5,0 pollici hè cumunemente aduprata, mentre chì una lente di 7,5 pollici hè applicabile solu per taglià materiali più spessi di 12 mm.
Tavula di travagliu di a macchina strumentale

Corpu di a macchina principale: A sezzione di a macchina utensile di amacchina di taglio laserhè a parte meccanica chì realiza u muvimentu di l'assi X, Y è Z, cumprese a piattaforma di travagliu di taglio.
Sistema di cuntrollu numericu

U sistema NC cuntrolla a macchina utensile per ottene movimenti nantu à l'assi X, Y, Z è regula a putenza di uscita di u laser à u listessu tempu.
Sistema di raffreddamentu

Unità di raffreddamentu: Hè aduprata per rinfriscà u generatore laser. Un laser hè un dispositivu chì cunverte l'energia elettrica in energia luminosa. Per esempiu, l'efficienza di cunversione di un laser à gas CO₂ hè generalmente di 20%, cù l'energia restante cunvertita in calore. L'acqua di raffreddamentu elimina u calore in eccessu per mantene u funziunamentu nurmale di u generatore laser. L'unità di raffreddamentu rinfrisca ancu i specchi di u percorsu otticu esternu è e lenti di focalizazione di a macchina utensile, assicurendu una qualità stabile di trasmissione di u fasciu è impedendu efficacemente a deformazione o a crepatura di e lenti per via di u surriscaldamentu.
Cilindri di gasu

I cilindri di gas includenu cilindri di mediu di travagliu è cilindri di gas ausiliari per a macchina di taglio laser, chì sò aduprati per cumplementà i gasi industriali per l'oscillazione laser è furnisce gasi ausiliari per a testa di taglio.
Sistema di Rimozione di Polvere

Estrae u fumu è a polvera generati durante u trattamentu è effettua un trattamentu di filtrazione per assicurà chì l'emissioni di gas di scaricu rispettanu e norme di prutezzione ambientale.
Asciugatrice è Filtru à Raffreddamentu d'Aria

Fornisce aria pulita è secca à u generatore laser è à u percorsu di u fasciu, mantenendu u funziunamentu nurmale di u percorsu di u fasciu è di i specchi riflettenti.

2.2 Torcia di taglio per u taglio laser

U schema strutturale di una torcia di taglio per u taglio laser hè mostratu quì sottu. Hè cumposta principalmente da un corpu di torcia, una lente di focalizzazione, un specchiu riflettente è un ugello di gas ausiliariu. Durante u taglio laser, a torcia di taglio deve risponde à i seguenti requisiti:

① A torcia pò espulsà un flussu di gas sufficiente.

② A direzzione di espulsione di u gasu in a torcia deve esse coassiale cù l'asse otticu di u specchiu riflettente.

③ A lunghezza focale di a torcia pò esse facilmente aghjustata.

④ Durante u tagliu, u vapore metallicu è i spruzzi di u metallu tagliatu ùn devenu micca dannà u specchiu riflettente.

U muvimentu di a torcia di taglio hè regulatu da un sistema di muvimentu NC. Ci sò trè scenarii per u muvimentu relativu trà a torcia di taglio è a pezza di travagliu:

① A torcia ferma ferma mentre a pezza si move attraversu a tavola di travagliu - adatta principalmente per pezzi di piccule dimensioni.

② A pezza ferma ferma mentre a torcia si move.

③ Sia a torcia sia u tavulinu di travagliu si movenu simultaneamente.

2.2.1 Testa di taglio

A testa di taglio laser si trova à a fine di u sistema di trasmissione di u fasciu, custituita da una lente di focalizzazione è un ugello di taglio.

E lenti di focalizazione sò classificate principalmente per lunghezza focale. A maiò parte di l'attrezzatura di taglio laser hè dotata di parechje teste di taglio cù diverse lunghezze focali. Pigliendu u taglio laser CO₂ cum'è esempiu, e lunghezze focali cumuni sò 127 mm (5 in) è 190 mm (7,5 in). Una lente à lunghezza focale corta produce un picculu puntu focale è una corta prufundità focale, chì hè favurevule à riduce a larghezza di u kerf è à ottene tagli più fini. Una lente à lunghezza focale longa produce un puntu focale più grande è una prufundità focale più longa. In paragone cù e lenti à lunghezza focale corta, e lenti à lunghezza focale longa ponu furnisce un fasciu focalizatu cù una densità di energia laser sufficiente per a trasfurmazione di u materiale vicinu à u puntu focale. Dunque, e lenti à lunghezza focale corta sò aduprate principalmente per u tagliu di precisione di piastre sottili, mentre chì e lenti à lunghezza focale longa sò necessarie per materiali più spessi per ottene una prufundità focale adeguata, assicurendu una variazione minima di u diametru di u puntu è una densità di putenza sufficiente in a gamma di spessore di taglio.

E lenti di focalizazione sò aduprate per focalizà u fasciu laser parallelu chì incidente in a torcia di taglio, ottenendu una dimensione di spot più chjuca è una densità di putenza più alta. E lenti sò fatte di materiali chì ponu trasmette a lunghezza d'onda di u laser. U vetru otticu hè cumunemente adupratu per i laser à statu solidu, mentre chì materiali cum'è ZnSe, GaAs è Ge sò aduttati per i laser à gas CO₂ (postu chì u vetru ordinariu ùn hè micca trasparente à i fasci laser CO₂), frà i quali ZnSe hè u più adupratu.

Per u tagliu laser, minimizà u diametru di u puntu focale hè desiderabile per aumentà a densità di putenza è permette u tagliu à alta velocità. Tuttavia, una lunghezza focale di a lente più corta si traduce in una prufundità focale più chjuca, rendendu difficiule ottene una superficia di tagliu perpendiculare quandu si taglianu piastre spesse. Inoltre, una lunghezza focale più corta riduce a distanza trà a lente è u pezzu di travagliu, aumentendu u risicu chì a lente sia contaminata da schizzi fusi durante u tagliu è affettendu u funziunamentu nurmale. Dunque, a lunghezza focale adatta deve esse determinata in modu cumpletu in basa à fattori cum'è u spessore di u tagliu è i requisiti di qualità di u tagliu.

2.2.2 Specchiu Riflettente

A funzione di u specchiu riflettente hè di cambià a direzzione di u fasciu emessu da u laser. Per i fasci di i laser à statu solidu, si ponu aduprà specchi riflettenti fatti di vetru otticu. In cuntrastu, i specchi riflettenti in i dispositivi di taglio laser à gas CO₂ sò generalmente fatti di rame o metalli cù alta riflettività. Per prevene i danni causati da u surriscaldamentu da l'irradiazione laser durante u funziunamentu, i specchi riflettenti sò tipicamente raffreddati cù acqua.

2.2.3 Ugello

L'ugellu hè adupratu per spruzzà u gasu ausiliariu in a zona di tagliu, è a so struttura hà un certu impattu nantu à l'efficienza è a qualità di u tagliu. A figura 4.11 mostra e forme cumuni di l'ugellu per u tagliu laser; e forme di l'orifiziu di l'ugellu includenu tipi cilindrici, cunici è convergenti-divergenti.

A selezzione di l'ugellu hè generalmente determinata per mezu di testi basati annantu à u materiale è u spessore di a pezza, è a pressione di u gasu ausiliariu. U tagliu laser adotta di solitu ugelli coaxiali (induve u flussu di gasu hè coaxiale cù l'asse otticu). Se u flussu di gasu è u raghju laser ùn sò micca coaxiali, hè prubabile chì si verifichinu spruzzi eccessivi durante u tagliu. A parete interna di l'orifiziu di l'ugellu deve esse liscia per assicurà un flussu di gasu senza ostaculi è evità turbulenza chì pò influenzà a qualità di u kerf. Per assicurà a stabilità di u tagliu, a distanza trà a faccia finale di l'ugellu è a superficia di a pezza deve esse minimizzata, tipicamente da 0,5 mm à 2,0 mm. U diametru di l'orifiziu di l'ugellu deve permette à u raghju laser di passà lisciamente, impedendu à u raghju di toccà a parete interna di l'orifiziu. Più chjucu hè u diametru di l'orifiziu, più difficiule hè di collimà u raghju. Per una data pressione di gasu ausiliariu, ci hè una gamma ottima di diametri di l'orifiziu di l'ugellu. Un orifiziu eccessivamente chjucu o grande impedirà a rimozione di i prudutti fusi da u kerf è influenzerà a velocità di tagliu.

L'influenza di u diametru di l'orifiziu di l'ugellu nantu à a velocità di taglio sottu à una putenza laser fissa è una pressione di gas ausiliariu hè mostrata in e Figure 4.12 è 4.13. Si pò vede chì ci hè un diametru di l'orifiziu di l'ugellu ottimale chì righjunghje a velocità massima di taglio. Stu valore ottimale hè di circa 1,5 mm indipendentemente da s'ellu si usa ossigenu o argon cum'è gas ausiliariu.

I testi nantu à u tagliu laser di leghe dure (chì sò difficiuli da taglià) mostranu chì u diametru ottimale di l'orifiziu di l'ugellu hè assai vicinu à i risultati sopra, cum'è illustratu in a Figura 4.14. U diametru di l'orifiziu di l'ugellu influenza ancu a larghezza di u kerf è a larghezza di a zona affettata da u calore (HAZ). Cum'è mostratu in a Figura 4.15, cù l'aumentu di u diametru di l'orifiziu di l'ugellu, a larghezza di u kerf aumenta mentre a larghezza di a HAZ si restringe. A ragione principale di u restringimentu di a HAZ hè l'effettu di raffreddamentu miglioratu di u flussu di gas ausiliariu nantu à u materiale di basa in a zona di tagliu.

2.3 Parametri di l'attrezzatura di taglio laser

2.3.1 Attrezzatura di taglio azionata da torcia

In l'attrezzatura di taglio azionata da torcia, a torcia di taglio hè muntata nantu à un gantry mobile è si move orizzontalmente longu u fasciu di u gantry (asse Y). U gantry spinge a torcia à spustassi longu l'asse X, mentre chì a pezza hè fissata nantu à u tavulinu di travagliu. Siccomu u laser è a torcia di taglio sò disposti separatamente, e caratteristiche di trasmissione laser, u parallelismu longu a direzzione di scansione di u fasciu è a stabilità di i specchi riflettenti sò tutti affettati durante u prucessu di taglio.

L'attrezzatura di taglio azionata da torcia pò trattà pezzi di grande dimensione. Occupa una superficia relativamente chjuca per a zona di pruduzzione di taglio è pò esse facilmente integrata cù altre attrezzature per furmà una linea di pruduzzione. Tuttavia, a so precisione di pusizionamentu hè solu ± 0,04 mm.

A struttura tipica di l'attrezzatura di taglio azionata da torcia hè mostrata in a Figura 4.19. Hè aduttata una macchina di taglio laser CO₂ à onda cuntinua, cù a distanza da u laser à a torcia di taglio di 18 m. Per assicurà chì u cambiamentu di u diametru di u fasciu annantu à sta distanza di trasmissione ùn interferisca micca cù l'operazioni di taglio, a cumminazione di specchi oscillatori deve esse cuncipita cù cura.

I principali parametri tecnichi di l'attrezzatura di taglio azionata da torcia sò i seguenti:

Putenza di uscita laser: 1,5 kW (monomodale), 3 kW (multimodale)
Corsa di a torcia: asse X 6,2 m, asse Y 2,6 m
Velocità di guida: 0–10 m/min (regolabile)
Corsa flottante di l'asse Z di a torcia: 150 mm
Velocità di regulazione di l'asse Z di a torcia: 300 mm/min
Dimensione massima di a piastra d'acciaio trasfurmata: 12 mm × 2400 mm × 6000 mm
Sistema di cuntrollu: Modu di cuntrollu NC integratu

2.3.2 Attrezzatura di taglio azionata da tavola XY

In l'equipaggiu di taglio cù tavola XY, a torcia di taglio hè fissata nantu à u quadru, è a pezza hè piazzata nantu à a tavola di taglio. A tavola di taglio si move longu l'assi X è Y secondu i cumandamenti NC, cù una velocità di guida regulabile chì varieghja tipicamente da 0 à 1 m/min o 0 à 5 m/min. Siccomu a torcia di taglio ferma ferma in relazione à a pezza, minimizza l'impattu nantu à l'allineamentu è u centramentu di u raghju laser durante u prucessu di taglio, assicurendu prestazioni di taglio uniformi è stabili. Quandu hè dotata di una tavola di taglio di piccule dimensioni cù alta precisione meccanica, a macchina ottiene una precisione di pusizionamentu di ± 0,01 mm èeccellente precisione di taglio, rendendulu particularmente adattatu per u tagliu di precisione di picculi cumpunenti. Inoltre, sò dispunibili tavule di tagliu più grande cù una corsa di l'asse X di 2300-2400 mm è una corsa di l'asse Y di 1200-1300 mm per a trasfurmazione di pezzi di grande dimensione.

I principali parametri tecnichi di l'attrezzatura di taglio azionata da tavola XY sò i seguenti:

Fonte Laser: Laser à gas CO₂ (tipu à tubu drittu semi-chjusu)
Alimentazione laser: Tensione d'entrata 200 VAC; Tensione di uscita 0–30 kV; Corrente di uscita massima 100 mA
Putenza di uscita laser: 550 W
Corsa di a tavola di taglio: asse X 2300 mm, asse Y 1300 mm
Velocità di guida di a tavola di taglio (regolabile in passi): 0,4–5,0 m/min, 0,2–2,5 m/min, 0,1–1,3 m/min, 0,05–0,6 m/min
Corsa flottante di l'asse Z di a torcia: 180 mm
Dimensione massima di a piastra trasfurmata: 6 mm × 1300 mm × 2300 mm
Sistema di cuntrollu: Modu di cuntrollu numericu (NC)

2.3.3 Attrezzatura di taglio à doppia azionamento (torcia è tavola)

L'equipaggiu di taglio à doppia azionamentu (torcia è tavola) si trova trà e macchine di taglio azionate da torcia è da tavola XY in termini di cuncepimentu. A torcia di taglio hè muntata nantu à un gantry è si move orizzontalmente longu a trave di u gantry (asse Y), mentre chì a tavola di taglio hè azionata longitudinalmente. Stu cuncepimentu ibridu combina i vantaghji di l'alta precisione di taglio è di l'efficienza di risparmiu di spaziu. Cù una precisione di pusizionamentu di ± 0,01 mm è una gamma di velocità di taglio regulabile da 0 à 20 m/min, hè una di e macchine di taglio più aduprate nantu à u mercatu. I mudelli più grandi di sta macchina offrenu una corsa di l'asse Y di 2000 mm è una corsa di l'asse X di 6000 mm, chì permettenu u tagliu di pezzi di grande dimensione.

L'oscillatore laser hè muntatu nantu à u gantry accantu à a torcia di taglio. Sta cunfigurazione offre una precisione eccezziunale quandu si taglianu fori circulari. A macchina vanta ancu una alta efficienza di pruduzzione: pò taglià 46 fori circulari (10 mm di diametru) per minutu nantu à una piastra d'acciaio di 1 mm di spessore.

2.3.4 Attrezzatura di taglio integrata

In unmacchina di taglio integrata, a fonte laser hè stallata nantu à u quadru è si move longitudinalmente cun ellu, mentre chì a torcia di taglio hè integrata cù u so mecanismu di trasmissione per spustassi orizzontalmente longu u fasciu di u quadru. A macchina usa u cuntrollu numericu per taglià cumpunenti di diverse forme. Per cumpensà a variazione di a lunghezza di u percorsu otticu causata da u muvimentu urizzuntale di a torcia di taglio, di solitu hè equipatu un modulu di regulazione di a lunghezza di u percorsu otticu. Stu modulu assicura un fasciu laser omogeneu in l'area di taglio è mantene una qualità di superficia di taglio consistente.

Data di publicazione: 17 dicembre 2025

Fundamenti di u Tagliu Laser è u so Sistema di Trasfurmazione — Attrezzatura di Tagliu Laser