Misingi ya Kukata kwa Leza na Mfumo Wake wa Usindikaji —Vifaa vya Kukata kwa Leza

II. Muundo wa Vifaa vya Kukata kwa Leza

2.1 Vipengele na Kanuni ya Utendaji wa Mashine ya Kukata Laser

Mashine ya kukata kwa leza ina kifaa cha kutoa leza, kichwa cha kukata, kifaa cha kusambaza boriti, jedwali la kazi la vifaa vya mashine, mfumo wa udhibiti wa nambari (NC), kompyuta (vifaa na programu), kifaa cha kupoza, silinda ya gesi ya kuzuia maji, kifaa cha kukusanya vumbi, na kifaa cha kukaushia hewa.

Jenereta ya Leza

Jenereta ya leza ni kifaa kinachozalisha vyanzo vya mwanga vya leza. Kwa matumizi ya kukata leza, mashine nyingi hutumia leza za gesi za CO₂ ambazo zina ufanisi mkubwa wa ubadilishaji wa umeme na nguvu nyingi, isipokuwa katika visa vichache ambapo leza za hali ngumu za YAG hutumika. Sio leza zote zinazofaa kwa kukata, kwani kukata leza huweka mahitaji makali kwenye ubora wa boriti.
Kukata Kichwa

Kimsingi inajumuisha vipengele kama vile pua, lenzi ya kulenga, na mfumo wa kufuatilia umakini.

Kifaa cha kuendeshea kichwa cha kukata hutumika kuendesha kichwa cha kukata ili kisonge kwenye mhimili wa Z kulingana na programu zilizowekwa awali. Kinajumuisha mota ya servo na sehemu za upitishaji kama vile skrubu za risasi au gia.

(1) Pua: Kuna aina tatu kuu za pua: aina sambamba, aina ya mchanganyiko, na aina ya koni.

(2) Lenzi ya Kulenga: Ili kukata kwa kutumia nishati ya miale ya leza, miale asilia inayotolewa na leza lazima ielekezwe kupitia lenzi ili kuunda sehemu ya mwanga yenye msongamano mkubwa wa nishati. Lenzi zenye urefu wa kati na mrefu zinafaa kwa kukata sahani nene na zina mahitaji ya chini kwa utulivu wa nafasi ya mfumo wa ufuatiliaji. Lenzi zenye urefu mfupi wa kulenga zinafaa tu kwa kukata sahani nyembamba chini ya milimita 3; zina mahitaji makali kwa utulivu wa nafasi ya mfumo wa ufuatiliaji lakini zinaweza kupunguza kwa kiasi kikubwa nguvu inayohitajika ya kutoa leza.

(3) Mfumo wa Ufuatiliaji: Mfumo wa ufuatiliaji wa kulenga wa mashine ya kukata leza kwa ujumla una kichwa cha kukata kinacholenga na mfumo wa kitambuzi cha kufuatilia. Kichwa cha kukata huunganisha kazi za kuongoza na kulenga boriti, kupoeza maji, kupiga gesi, na marekebisho ya kiufundi.

Kihisi kinaundwa na vipengele vya kuhisi na kitengo cha kudhibiti ukuzaji. Mifumo ya ufuatiliaji hutofautiana kabisa kulingana na aina ya vipengele vya kuhisi. Kuna aina mbili kuu zinazopatikana: moja ni mfumo wa kufuatilia vihisi vya uwezo, unaojulikana pia kama mfumo wa kufuatilia usiogusa; nyingine ni mfumo wa kufuatilia vihisi vya kufata, ambao pia hujulikana kama mfumo wa kufuatilia mguso.
Kikao cha Usambazaji wa Boriti

Njia ya Nje ya Macho: Vioo vinavyoakisi hutumika kuongoza boriti ya leza katika mwelekeo unaohitajika. Ili kuzuia hitilafu katika njia ya boriti, vioo vyote vinavyoakisi hulindwa na ngao, na gesi safi ya kinga yenye shinikizo chanya huletwa ili kuweka vioo bila uchafuzi. Lenzi yenye utendaji wa hali ya juu inaweza kulenga boriti isiyotenganisha katika sehemu ndogo sana. Lenzi yenye urefu wa fokasi wa inchi 5.0 hutumika sana, huku lenzi ya inchi 7.5 ikitumika tu kwa vifaa vya kukata vyenye unene wa zaidi ya milimita 12.
Jedwali la Kazi la Zana ya Mashine

Mwili Mkuu wa Mashine: Sehemu ya zana za mashine yamashine ya kukata kwa lezani sehemu ya kiufundi inayotambua mwendo wa shoka za X, Y, na Z, ikiwa ni pamoja na jukwaa la kazi ya kukata.
Mfumo wa Kudhibiti Nambari

Mfumo wa NC hudhibiti kifaa cha mashine ili kufikia mienendo ya mhimili wa X, Y, Z na hudhibiti nguvu ya kutoa ya leza kwa wakati mmoja.
Mfumo wa Kupoeza

Kitengo cha Chiller: Hutumika kupoeza jenereta ya leza. Leza ni kifaa kinachobadilisha nishati ya umeme kuwa nishati nyepesi. Kwa mfano, ufanisi wa ubadilishaji wa leza ya gesi ya CO₂ kwa ujumla ni 20%, huku nishati iliyobaki ikibadilishwa kuwa joto. Maji ya kupoeza huondoa joto la ziada ili kudumisha utendaji wa kawaida wa jenereta ya leza. Kitengo cha chiller pia hupoeza vioo vya njia ya nje ya macho na lenzi zinazolenga za kifaa cha mashine, kuhakikisha ubora thabiti wa upitishaji wa boriti na kuzuia kwa ufanisi mabadiliko au kupasuka kwa lenzi kutokana na joto kali.
Silinda za Gesi

Silinda za gesi zinajumuisha silinda za kati zinazofanya kazi na silinda za gesi saidizi kwa mashine ya kukata leza, ambazo hutumika kuongeza gesi za viwandani kwa ajili ya mtetemo wa leza na kutoa gesi saidizi kwa kichwa cha kukata.
Mfumo wa Kuondoa Vumbi

Hutoa moshi na vumbi linalozalishwa wakati wa usindikaji na hufanya matibabu ya kuchuja ili kuhakikisha kwamba uzalishaji wa gesi za kutolea moshi unakidhi viwango vya ulinzi wa mazingira.
Kikaushia na Kichujio cha Kupoeza Hewa

Hutoa hewa safi na kavu kwa jenereta ya leza na njia ya boriti, ikidumisha utendakazi wa kawaida wa njia ya boriti na vioo vinavyoakisi mwanga.

2.2 Mwenge wa Kukata kwa Kukata kwa Leza

Mchoro wa kimuundo wa tochi ya kukata kwa ajili ya kukata kwa leza unaonyeshwa hapa chini. Imeundwa zaidi na mwili wa tochi, lenzi inayolenga, kioo kinachoakisi, na pua saidizi ya gesi. Wakati wa kukata kwa leza, tochi ya kukata lazima ikidhi mahitaji yafuatayo:

① Tochi inaweza kutoa mtiririko wa gesi wa kutosha.

② Mwelekeo wa kutoa gesi ndani ya tochi lazima uwe wa koaxial na mhimili wa mwanga wa kioo kinachoakisi.

③ Urefu wa kitochi cha tochi unaweza kurekebishwa kwa urahisi.

④ Wakati wa kukata, mvuke wa chuma na matone kutoka kwa chuma kilichokatwa hayapaswi kuharibu kioo kinachoakisi.

Mwendo wa tochi ya kukata hurekebishwa na mfumo wa mwendo wa NC. Kuna hali tatu za mwendo wa jamaa kati ya tochi ya kukata na kipande cha kazi:

① Tochi hubaki bila kusimama huku kipande cha kazi kikipita kwenye meza ya kazi — hasa kinafaa kwa vipande vidogo vya kazi.

② Kifaa cha kazi hubaki kimetulia wakati tochi inasogea.

③ Tochi na meza ya kazi vyote husogea kwa wakati mmoja.

2.2.1 Kichwa cha Kukata

Kichwa cha kukata kwa leza kiko mwishoni mwa mfumo wa upitishaji wa boriti, kinachojumuisha lenzi inayolenga na pua ya kukata.

Lenzi za kulenga huainishwa zaidi kwa urefu wa fokasi. Vifaa vingi vya kukata kwa leza vina vifaa vya vichwa kadhaa vya kukata vyenye urefu tofauti wa fokasi. Kwa mfano, urefu wa fokasi wa kawaida ni 127 mm (inchi 5) na 190 mm (inchi 7.5). Lenzi fupi ya urefu wa fokasi hutoa sehemu ndogo ya fokasi na kina kifupi cha fokasi, ambacho kinafaa kupunguza upana wa kerf na kufikia mikato midogo zaidi. Lenzi ndefu ya urefu wa fokasi hutoa sehemu kubwa ya fokasi na kina kirefu cha fokasi. Ikilinganishwa na lenzi fupi za urefu wa fokasi, lenzi ndefu za urefu wa fokasi zinaweza kutoa boriti iliyolenga yenye msongamano wa nishati ya leza wa kutosha kwa ajili ya usindikaji wa nyenzo karibu na sehemu ya fokasi. Kwa hivyo, lenzi fupi za urefu wa fokasi hutumika zaidi kwa kukata kwa usahihi sahani nyembamba, huku lenzi ndefu za urefu wa fokasi zinahitajika kwa nyenzo nene ili kupata kina cha kutosha cha fokasi, kuhakikisha tofauti ndogo katika kipenyo cha doa na msongamano wa kutosha wa nguvu ndani ya safu ya unene wa kukata.

Lenzi za kulenga hutumika kulenga tukio la miale ya leza sambamba kwenye tochi ya kukata, na kufikia ukubwa mdogo wa doa na msongamano mkubwa wa nguvu. Lenzi hutengenezwa kwa nyenzo zinazoweza kupitisha urefu wa wimbi la leza. Kioo cha macho hutumika sana kwa leza za hali ngumu, huku nyenzo kama vile ZnSe, GaAs, na Ge zikitumika kwa leza za gesi ya CO₂ (kwa kuwa kioo cha kawaida hakiwezi kung'aa kwa miale ya leza ya CO₂), miongoni mwa hizo ZnSe ndiyo inayotumika sana.

Kwa kukata kwa leza, kupunguza kipenyo cha sehemu ya kulenga ni jambo linalohitajika ili kuongeza msongamano wa nguvu na kuwezesha kukata kwa kasi ya juu. Hata hivyo, urefu mfupi wa lenzi husababisha kina kidogo cha kulenga, na kufanya iwe vigumu kufikia uso uliokatwa kwa njia ya mkato wakati wa kukata sahani nene. Kwa kuongezea, urefu mfupi wa kulenga hupunguza umbali kati ya lenzi na kipini cha kazi, na kuongeza hatari ya lenzi kuchafuliwa na matone yaliyoyeyuka wakati wa kukata na kuathiri utendaji wa kawaida. Kwa hivyo, urefu unaofaa wa kulenga unapaswa kuamuliwa kwa kina kulingana na mambo kama vile unene wa kukata na mahitaji ya ubora wa kukata.

2.2.2 Kioo Kinachoakisi

Kazi ya kioo kinachoakisi ni kubadilisha mwelekeo wa boriti inayotolewa kutoka kwa leza. Kwa mihimili kutoka kwa leza za hali ngumu, vioo vinavyoakisi vilivyotengenezwa kwa glasi ya macho vinaweza kutumika. Kwa upande mwingine, vioo vinavyoakisi katika vifaa vya kukata leza ya gesi ya CO₂ kwa kawaida hutengenezwa kwa shaba au metali zenye uakisi mkubwa. Ili kuzuia uharibifu unaosababishwa na joto kali kutokana na mionzi ya leza wakati wa operesheni, vioo vinavyoakisi kwa kawaida hupozwa na maji.

2.2.3 Pua

Pua hutumika kunyunyizia gesi saidizi kwenye eneo la kukata, na muundo wake una athari fulani kwenye ufanisi na ubora wa kukata. Mchoro 4.11 unaonyesha maumbo ya pua ya kawaida kwa ajili ya kukata kwa leza; maumbo ya pua yanajumuisha aina za silinda, koni, na zinazobadilika-badilika.

Uchaguzi wa pua kwa ujumla huamuliwa kupitia majaribio kulingana na nyenzo na unene wa kipande cha kazi, na shinikizo la gesi saidizi. Kukata kwa leza kwa kawaida hutumia pua za koaxial (ambapo mtiririko wa gesi ni koaxial na mhimili wa macho). Ikiwa mtiririko wa gesi na boriti ya leza si koaxial, kuna uwezekano wa kumwagika kupita kiasi wakati wa kukata. Ukuta wa ndani wa kitundu cha pua unapaswa kuwa laini ili kuhakikisha mtiririko wa gesi usiozuiliwa na kuepuka msukosuko ambao unaweza kuathiri ubora wa kerf. Ili kuhakikisha uthabiti wa kukata, umbali kati ya uso wa mwisho wa pua na uso wa kipande cha kazi unapaswa kupunguzwa, kwa kawaida kuanzia 0.5 mm hadi 2.0 mm. Kipenyo cha kitundu cha pua lazima kiruhusu boriti ya leza kupita vizuri, kuzuia boriti kugusa ukuta wa ndani wa kitundu. Kadiri kipenyo cha kitundu kinavyokuwa kidogo, ndivyo inavyokuwa vigumu zaidi kuiunganisha boriti. Kwa shinikizo la gesi saidizi fulani, kuna aina bora zaidi ya kipenyo cha kitundu cha pua. Kitundu kidogo au kikubwa sana kitazuia kuondolewa kwa bidhaa zilizoyeyuka kutoka kwenye kerf na kuathiri kasi ya kukata.

Ushawishi wa kipenyo cha nozeli kwenye kasi ya kukata chini ya nguvu ya leza isiyobadilika na shinikizo la gesi saidizi unaonyeshwa kwenye Mchoro 4.12 na 4.13. Inaweza kuonekana kwamba kuna kipenyo bora cha nozeli kinachofikia kasi ya juu zaidi ya kukata. Thamani hii bora ni takriban 1.5 mm bila kujali kama oksijeni au argon hutumika kama gesi saidizi.

Majaribio ya kukata kwa leza aloi ngumu (ambazo ni vigumu kukata) yanaonyesha kuwa kipenyo bora cha shimo la pua ni karibu sana na matokeo yaliyo hapo juu, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 4.14. Kipenyo cha shimo la pua pia huathiri upana wa shimo na upana wa eneo lililoathiriwa na joto (HAZ). Kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 4.15, kwa kuongezeka kwa kipenyo cha shimo la pua, upana wa shimo huongezeka huku upana wa HAZ ukipungua. Sababu kuu ya kupungua kwa HAZ ni athari iliyoimarishwa ya upoevu wa mtiririko wa gesi saidizi kwenye nyenzo ya msingi katika eneo la kukata.

2.3 Vigezo vya Vifaa vya Kukata kwa Leza

2.3.1 Vifaa vya Kukata Vinavyoendeshwa na Mwenge

Katika vifaa vya kukata vinavyoendeshwa na tochi, tochi ya kukata imewekwa kwenye gentry inayoweza kusogea na kusogea mlalo kando ya boriti ya gentry (mhimili wa Y). Gentry huendesha tochi ili isogee kando ya mhimili wa X, huku kipande cha kazi kikiwa kimebanwa kwenye meza ya kazi. Kwa kuwa leza na tochi ya kukata zimepangwa kando, sifa za upitishaji wa leza, ulinganifu kando ya mwelekeo wa kuchanganua boriti, na uthabiti wa vioo vinavyoakisi vyote huathiriwa wakati wa mchakato wa kukata.

Vifaa vya kukata vinavyoendeshwa na tochi vinaweza kusindika vipande vikubwa vya kazi. Vinachukua eneo dogo la sakafu kwa ajili ya eneo la uzalishaji wa kukata na vinaweza kuunganishwa kwa urahisi na vifaa vingine ili kuunda mstari wa uzalishaji. Hata hivyo, usahihi wake wa kuweka ni ± 0.04 mm pekee.

Muundo wa kawaida wa vifaa vya kukata vinavyoendeshwa na tochi unaonyeshwa kwenye Mchoro 4.19. Mashine ya kukata leza ya CO₂ yenye wimbi endelevu inatumika, huku umbali kutoka kwa leza hadi tochi ya kukata ukiwa mita 18. Ili kuhakikisha kwamba mabadiliko ya kipenyo cha boriti juu ya umbali huu wa upitishaji hayaingiliani na shughuli za kukata, mchanganyiko wa vioo vya oscillator lazima uundwe kwa uangalifu.

Vigezo vikuu vya kiufundi vya vifaa vya kukata vinavyoendeshwa na tochi ni kama ifuatavyo:

Nguvu ya Kutoa Leza: 1.5 kW (hali moja), 3 kW (hali nyingi)
Kiharusi cha Mwenge: Mhimili wa X 6.2 m, Mhimili wa Y 2.6 m
Kasi ya Kuendesha: 0–10 m/dakika (inaweza kurekebishwa)
Mwenge Kiharusi cha Kuelea cha Mhimili wa Z: 150 mm
Mwenge wa Z-axis Kasi ya Marekebisho: 300 mm/dakika
Ukubwa wa Juu wa Bamba la Chuma Lililosindikwa: 12 mm × 2400 mm × 6000 mm
Mfumo wa Udhibiti: Hali ya Udhibiti wa NC Iliyounganishwa

2.3.2 Vifaa vya Kukata Vinavyoendeshwa na Meza vya XY

Katika vifaa vya kukata vinavyoendeshwa na meza ya XY, tochi ya kukata imewekwa kwenye fremu, na kipande cha kazi huwekwa kwenye meza ya kukata. Jedwali la kukata husogea kando ya shoka za X na Y kulingana na amri za NC, huku kasi ya kuendesha inayoweza kurekebishwa kwa kawaida ikiwa kati ya 0–1 m/dakika au 0–5 m/dakika. Kwa kuwa tochi ya kukata hubaki bila kusimama ikilinganishwa na kipande cha kazi, hupunguza athari kwenye mpangilio wa boriti ya leza na katikati wakati wa mchakato wa kukata, na kuhakikisha utendaji sawa na thabiti wa kukata. Ikiwa imewekwa na meza ndogo ya kukata yenye usahihi wa hali ya juu wa kiufundi, mashine hufikia usahihi wa uwekaji wa ± 0.01 mm nausahihi bora wa kukata, na kuifanya iweze kufaa hasa kwa ukataji sahihi wa vipengele vidogo. Zaidi ya hayo, meza kubwa za kukatia zenye mhimili wa X wa milimita 2300–2400 na mhimili wa Y wa milimita 1200–1300 zinapatikana kwa ajili ya kusindika vipande vikubwa vya kazi.

Vigezo vikuu vya kiufundi vya vifaa vya kukata vinavyoendeshwa na meza ya XY ni kama ifuatavyo:

Chanzo cha Leza: Leza ya gesi ya CO₂ (aina ya bomba lililonyooka lililofungwa nusu)
Ugavi wa Nguvu wa Leza: Volti ya kuingiza 200 VAC; Volti ya kutoa 0–30 kV; Mkondo wa juu zaidi wa kutoa 100 mA
Nguvu ya Kutoa Leza: 550 W
Kiharusi cha Jedwali la Kukata: Mhimili wa X 2300 mm, Mhimili wa Y 1300 mm
Kasi ya Kuendesha Meza ya Kukata (Inaweza kurekebishwa kwa hatua): 0.4–5.0 m/dakika, 0.2–2.5 m/dakika, 0.1–1.3 m/dakika, 0.05–0.6 m/dakika
Mwenge Kiharusi cha Kuelea cha Mhimili wa Z: 180 mm
Ukubwa wa Juu wa Bamba Lililosindikwa: 6 mm × 1300 mm × 2300 mm
Mfumo wa Udhibiti: Hali ya Udhibiti wa Nambari (NC)

2.3.3 Vifaa vya Kukata Vinavyoendeshwa kwa Njia Mbili (Tochi na Meza)

Vifaa vya kukata vinavyoendeshwa pande mbili (mwenge na meza) huangukia kati ya mashine za kukata zinazoendeshwa na mwenge na mashine za kukata zinazoendeshwa na meza za XY katika muundo. Mwenge wa kukata umewekwa kwenye gantry na husogea mlalo kando ya boriti ya gantry (mhimili wa Y), huku meza ya kukata ikiendeshwa kwa urefu. Muundo huu mseto unachanganya faida za usahihi wa juu wa kukata na ufanisi wa kuokoa nafasi. Kwa usahihi wa kuweka nafasi wa ±0.01 mm na kiwango cha kasi ya kukata kinachoweza kurekebishwa cha 0–20 m/min, ni mojawapo ya mashine za kukata zinazotumika sana sokoni. Mifumo mikubwa ya mashine hii hutoa kiharusi cha mhimili wa Y cha 2000 mm na kiharusi cha mhimili wa X cha 6000 mm, na kuwezesha kukata vipande vikubwa vya kazi.

Kitetemeshi cha leza kimewekwa kwenye gantry kando ya tochi ya kukata. Usanidi huu hutoa usahihi wa kipekee wakati wa kukata mashimo ya mviringo. Mashine pia inajivunia ufanisi mkubwa wa uzalishaji: inaweza kukata mashimo 46 ya mviringo (kipenyo cha mm 10) kwa dakika kwenye bamba la chuma lenye unene wa mm 1.

2.3.4 Vifaa vya Kukata Vilivyounganishwa

Katikamashine ya kukata iliyojumuishwa, chanzo cha leza kimewekwa kwenye fremu na husogea kwa urefu pamoja nacho, huku tochi ya kukata ikiwa imeunganishwa na utaratibu wake wa kuendesha ili kusogea mlalo kando ya boriti ya fremu. Mashine hutumia udhibiti wa nambari kukata vipengele mbalimbali vyenye umbo. Ili kufidia tofauti ya urefu wa njia ya macho inayosababishwa na mwendo mlalo wa tochi ya kukata, moduli ya kurekebisha urefu wa njia ya macho kwa kawaida huwa na vifaa. Moduli hii inahakikisha boriti ya leza inayofanana ndani ya eneo la kukata na inadumisha ubora thabiti wa uso wa kukata.

Muda wa chapisho: Desemba 17-2025

Misingi ya Kukata Laser na Mfumo Wake wa Usindikaji — Vifaa vya Kukata Laser