Dasar-Dasar Motong Laser sareng Sistem Pangolahanna —Peralatan Motong Laser

II. Komposisi Peralatan Motong Laser

2.1 Komponen sareng Prinsip Kerja Mesin Motong Laser

Mesin motong laser diwangun ku emitor laser, sirah motong, rakitan transmisi sinar, méja kerja mesin, sistem kontrol numerik (NC), komputer (hardware sareng software), chiller, tabung gas pelindung, pangumpul lebu, sareng pangering hawa.

Generator Laser

Generator laser nyaéta alat anu ngahasilkeun sumber cahaya laser. Pikeun aplikasi motong laser, kaseueuran mesin nganggo laser gas CO₂ anu ngagaduhan efisiensi konversi éléktro-optik anu luhur sareng kaluaran daya anu luhur, kecuali sababaraha kasus dimana laser solid-state YAG dianggo. Henteu sadaya laser cocog pikeun motong, sabab motong laser maksa sarat anu ketat kana kualitas sinar.
Motong Hulu

Ieu utamina ngawengku komponén sapertos nozzle, lénsa fokus, sareng sistem pelacak fokus.

Alat panggerak sirah motong dianggo pikeun ngagerakkeun sirah motong supados gerak sapanjang sumbu Z numutkeun program anu tos disiapkeun. Alat ieu diwangun ku motor servo sareng bagian transmisi sapertos sekrup atanapi gir.

(1) Nozzle: Aya tilu jinis utama nozzle: tipe paralel, tipe konvergen, sareng tipe kerucut.

(2) Lénsa Fokus: Pikeun ngalakukeun motong nganggo énergi sinar laser, sinar asli anu dipancarkeun ku laser kedah difokuskeun ngaliwatan lénsa pikeun ngabentuk titik cahaya kalayan kapadetan énergi anu luhur. Lénsa panjang fokus sedeng sareng panjang cocog pikeun motong pelat kandel sareng gaduh sarat anu langkung handap pikeun stabilitas jarak sistem pelacak. Lénsa panjang fokus pondok ngan cocog pikeun motong pelat ipis di handap 3 mm; éta gaduh sarat anu ketat pikeun stabilitas jarak sistem pelacak tapi tiasa ngirangan daya kaluaran laser anu diperyogikeun sacara signifikan.

(3) Sistem Pelacak: Sistem pelacak fokus mesin motong laser umumna diwangun ku sirah motong fokus sareng sistem sénsor pelacak. Hulu motong ngahijikeun fungsi pituduh sareng fokus sinar, pendinginan cai, niup gas, sareng panyesuaian mékanis.

Sensorna diwangun ku unsur sensor sareng unit kontrol amplifikasi. Sistem pelacak rupa-rupa gumantung kana jinis unsur sensor. Aya dua jinis utama anu sayogi: hiji nyaéta sistem pelacak sensor kapasitif, ogé katelah sistem pelacak non-kontak; anu sanésna nyaéta sistem pelacak sensor induktif, ogé disebut sistem pelacak kontak.
Rakitan Transmisi Beam

Jalur Optik Éksternal: Eunteung réfléksi dianggo pikeun nungtun sinar laser ka arah anu dipikahoyong. Pikeun nyegah gangguan dina jalur sinar, sadaya eunteung réfléksi dijaga ku tameng, sareng gas tameng tekanan positif anu bersih diwanohkeun pikeun ngajaga eunteung bébas tina kontaminasi. Lénsa kinerja tinggi tiasa museurkeun sinar anu henteu divergén kana titik anu alit pisan. Lénsa kalayan panjang fokus 5,0 inci umumna dianggo, sedengkeun lénsa 7,5 inci ngan ukur tiasa dianggo pikeun motong bahan anu langkung kandel tibatan 12 mm.
Méja Kerja Pakakas Mesin

Awak Mesin Utama: Bagian pakakas mesin tinamesin motong lasernyaéta bagian mékanis anu ngawujudkeun gerakan sumbu X, Y, sareng Z, kalebet platform padamelan motong.
Sistem Kontrol Numerik

Sistem NC ngontrol mesin perkakas pikeun ngahontal gerakan sumbu X, Y, sareng Z sarta ngatur daya kaluaran laser dina waktos anu sami.
Sistem Pendingin

Unit Chiller: Ieu dianggo pikeun niiskeun generator laser. Laser nyaéta alat anu ngarobah énergi listrik jadi énergi cahaya. Contona, efisiensi konvérsi laser gas CO₂ umumna 20%, kalayan énergi sésana dirobih jadi panas. Cai pendingin miceun panas anu kaleuleuwihi pikeun ngajaga operasi normal generator laser. Unit chiller ogé niiskeun eunteung jalur optik éksternal sareng lénsa fokus tina mesin, mastikeun kualitas transmisi sinar anu stabil sareng sacara efektif nyegah deformasi lénsa atanapi retakan kusabab panas teuing.
Tabung Gas

Silinder gas kalebet silinder sedeng anu tiasa dianggo sareng silinder gas bantu pikeun mesin motong laser, anu dianggo pikeun nambihan gas industri pikeun osilasi laser sareng nyayogikeun gas bantu pikeun sirah motong.
Sistem Panghapusan Lebu

Ieu ngekstrak haseup sareng lebu anu dihasilkeun nalika diprosés sareng ngalaksanakeun pangolahan filtrasi pikeun mastikeun yén émisi gas buang nyumponan standar perlindungan lingkungan.
Pangering & Saringan Pendingin Udara

Éta nyayogikeun hawa bersih sareng garing ka generator laser sareng jalur sinar, ngajaga operasi normal jalur sinar sareng eunteung réfléksi.

2.2 Obor Motong pikeun Motong Laser

Diagram struktural obor motong pikeun motong laser dipidangkeun di handap. Ieu utamina diwangun ku awak obor, lénsa fokus, eunteung reflektif, sareng nozzle gas bantu. Salila motong laser, obor motong kedah nyumponan sarat ieu:

① Obor tiasa ngaluarkeun aliran gas anu cekap.

② Arah kaluarna gas di jero obor kudu koaksial jeung sumbu optik eunteung nu ngaréfléksikeun.

③ Panjang fokus obor tiasa gampang disaluyukeun.

④ Salila motong, uap logam sareng cipratan tina logam anu dipotong teu kenging ngaruksak eunteung anu ngaréfléksikeun.

Gerakan obor motong disaluyukeun ku sistem gerakan NC. Aya tilu skénario pikeun gerakan relatif antara obor motong sareng benda kerja:

① Obor tetep cicing nalika benda kerja obah ngaliwatan méja kerja — utamina cocog pikeun benda kerja anu ukuranana alit.

② Benda kerja tetep cicing nalika oborna obah.

③ Obor sareng méja kerja duanana obah sakaligus.

2.2.1 Hulu Motong

Hulu motong laser ayana di tungtung sistem transmisi sinar, anu diwangun ku lénsa fokus sareng nozzle motong.

Lénsa fokus utamina digolongkeun dumasar panjang fokus. Kaseueuran alat motong laser dilengkepan ku sababaraha sirah motong kalayan panjang fokus anu béda. Nganggo conto motong laser CO₂, panjang fokus umum nyaéta 127 mm (5 inci) sareng 190 mm (7,5 inci). Lénsa panjang fokus pondok ngahasilkeun titik fokus anu alit sareng jerona fokus anu pondok, anu kondusif pikeun ngirangan lébar kerf sareng ngahontal potongan anu langkung halus. Lénsa panjang fokus anu panjang ngahasilkeun titik fokus anu langkung ageung sareng jerona fokus anu langkung panjang. Dibandingkeun sareng lénsa panjang fokus pondok, lénsa panjang fokus anu panjang tiasa nyayogikeun sinar fokus kalayan kapadetan énergi laser anu cekap pikeun ngolah bahan caket titik fokus. Ku alatan éta, lénsa panjang fokus pondok biasana dianggo pikeun motong pelat ipis anu presisi, sedengkeun lénsa panjang fokus anu panjang diperyogikeun pikeun bahan anu langkung kandel pikeun kéngingkeun jerona fokus anu nyukupan, mastikeun variasi minimal dina diaméter titik sareng kapadetan kakuatan anu cekap dina rentang ketebalan motong.

Lénsa fokus dianggo pikeun museurkeun sinar laser paralel anu asup kana obor motong, pikeun ngahontal ukuran titik anu langkung alit sareng kapadetan daya anu langkung luhur. Lénsa didamel tina bahan anu tiasa ngirimkeun panjang gelombang laser. Kaca optik umumna dianggo pikeun laser solid-state, sedengkeun bahan sapertos ZnSe, GaAs, sareng Ge diadopsi pikeun laser gas CO₂ (sabab kaca biasa henteu transparan pikeun sinar laser CO₂), diantarana ZnSe anu paling seueur dianggo.

Pikeun motong laser, ngaminimalkeun diaméter titik fokus dipikahoyong pikeun ningkatkeun kapadetan kakuatan sareng ngamungkinkeun motong kecepatan tinggi. Nanging, panjang fokus lénsa anu langkung pondok ngahasilkeun jerona fokus anu langkung alit, janten hésé pikeun ngahontal permukaan potongan anu tegak lurus nalika motong pelat anu kandel. Salaku tambahan, panjang fokus anu langkung pondok ngirangan jarak antara lénsa sareng benda kerja, ningkatkeun résiko lénsa kacemar ku cipratan cair nalika motong sareng mangaruhan operasi normal. Ku alatan éta, panjang fokus anu pas kedah ditangtukeun sacara komprehensif dumasar kana faktor-faktor sapertos ketebalan motong sareng sarat kualitas motong.

2.2.2 Eunteung Pantul

Fungsi eunteung reflektif nyaéta pikeun ngarobih arah sinar anu dipancarkeun tina laser. Pikeun sinar tina laser solid-state, eunteung reflektif anu didamel tina kaca optik tiasa dianggo. Sabalikna, eunteung reflektif dina alat motong laser gas CO₂ biasana didamel tina tambaga atanapi logam kalayan reflektivitas anu luhur. Pikeun nyegah karusakan anu disababkeun ku panas teuing tina iradiasi laser nalika operasi, eunteung reflektif biasana didinginkan ku cai.

2.2.3 Nozzle

Nozzle ieu dianggo pikeun nyemprotkeun gas bantu kana zona motong, sareng strukturna gaduh dampak anu tangtu kana efisiensi sareng kualitas motong. Gambar 4.11 nunjukkeun bentuk nozzle umum pikeun motong laser; bentuk liang nozzle kalebet jinis silinder, kerucut, sareng konvergen-divergen.

Pilihan nozzle umumna ditangtukeun ngaliwatan tés dumasar kana bahan sareng ketebalan benda kerja, sareng tekanan gas bantu. Motong laser biasana nganggo nozzle koaksial (dimana aliran gas koaksial sareng sumbu optik). Upami aliran gas sareng sinar laser henteu koaksial, percikan anu kaleuleuwihi kamungkinan bakal kajantenan nalika motong. Tembok jero liang nozzle kedah lemes pikeun mastikeun aliran gas anu teu kahalangan sareng nyingkahan turbulénsi anu tiasa mangaruhan kualitas kerf. Pikeun mastikeun stabilitas motong, jarak antara beungeut tungtung nozzle sareng permukaan benda kerja kedah diminimalkeun, biasana ti 0,5 mm dugi ka 2,0 mm. Diaméter liang nozzle kedah ngamungkinkeun sinar laser nembus kalayan lancar, nyegah sinar némpél témbok jero liang. Beuki leutik diaméter liang, beuki hésé pikeun ngakolimasikeun sinar. Pikeun tekanan gas bantu anu ditangtukeun, aya rentang diaméter liang nozzle anu optimal. Lubang anu kaleuleuwihi atanapi ageung bakal ngahalangan panyabutan produk cair tina kerf sareng mangaruhan kecepatan motong.

Pangaruh diaméter liang nozzle kana laju motong dina kakuatan laser anu tetep sareng tekanan gas bantu dipidangkeun dina Gambar 4.12 sareng 4.13. Éta tiasa katingali yén aya diaméter liang nozzle optimal anu ngahontal laju motong maksimum. Nilai optimal ieu sakitar 1,5 mm henteu paduli naha oksigén atanapi argon anu dianggo salaku gas bantu.

Tés dina motong laser tina logam campuran teuas (anu hésé dipotong) nunjukkeun yén diaméter liang nozzle anu optimal caket pisan sareng hasil di luhur, sapertos anu dipidangkeun dina Gambar 4.14. Diaméter liang nozzle ogé mangaruhan lébar kerf sareng lébar zona anu kapangaruhan panas (HAZ). Sakumaha anu dipidangkeun dina Gambar 4.15, kalayan ningkatna diaméter liang nozzle, lébar kerf ningkat sedengkeun lébar HAZ nyempit. Alesan utama pikeun nyempitna HAZ nyaéta pangaruh pendinginan anu ningkat tina aliran gas bantu dina bahan dasar dina zona motong.

2.3 Parameter Peralatan Motong Laser

2.3.1 Peralatan Motong anu Digerakkeun ku Obor

Dina alat motong anu digerakkeun ku obor, obor motong dipasang dina gantry anu tiasa dipindahkeun sareng gerak sacara horizontal sapanjang balok gantry (sumbu Y). Gantry ngadorong obor pikeun gerak sapanjang sumbu X, sedengkeun benda kerja dipasang dina méja kerja. Kusabab laser sareng obor motong disusun misah, karakteristik transmisi laser, paralelisme sapanjang arah scanning balok, sareng stabilitas eunteung reflektif sadayana kapangaruhan salami prosés motong.

Alat motong anu digerakkeun ku obor tiasa ngolah benda kerja anu ukuranana ageung. Alat ieu nempatan area lanté anu relatif alit pikeun zona produksi motong sareng tiasa gampang diintegrasikeun sareng alat sanés pikeun ngabentuk jalur produksi. Nanging, akurasi posisina ngan ukur ±0,04 mm.

Struktur has alat motong anu digerakkeun ku obor dipidangkeun dina Gambar 4.19. Mesin motong laser CO₂ gelombang kontinyu dianggo, kalayan jarak ti laser ka obor motong nyaéta 18 m. Pikeun mastikeun yén parobahan diaméter sinar dina jarak transmisi ieu henteu ngaganggu operasi motong, kombinasi eunteung osilator kedah dirancang sacara saksama.

Parameter téknis utama alat motong anu didorong ku obor nyaéta sapertos kieu:

Kakuatan Kaluaran Laser: 1,5 kW (mode tunggal), 3 kW (multi-mode)
Kagancangan Obor: Sumbu-X 6,2 m, Sumbu-Y 2,6 m
Kagancangan Nyetir: 0–10 m/mnt (tiasa disaluyukeun)
Obor Sumbu Z Ngambang Stroke: 150 mm
Laju Pangaturan Sumbu-Z Obor: 300 mm/mnt
Ukuran Maksimum Pelat Baja Olahan: 12 mm × 2400 mm × 6000 mm
Sistem Kontrol: Modeu Kontrol NC Terpadu

2.3.2 Alat Motong anu Digerakkeun ku Méja XY

Dina alat motong anu digerakkeun ku méja XY, obor motong dipasang dina pigura, sareng benda kerja disimpen dina méja motong. Méja motong gerak sapanjang sumbu X sareng Y numutkeun paréntah NC, kalayan kecepatan nyetir anu tiasa disaluyukeun biasana ti 0–1 m/mnt atanapi 0–5 m/mnt. Kusabab obor motong tetep cicing relatif ka benda kerja, éta ngaminimalkeun dampak kana panyelarasan sinar laser sareng puseuran salami prosés motong, mastikeun kinerja motong anu seragam sareng stabil. Nalika dilengkepan méja motong ukuran alit anu ngagaduhan presisi mékanis anu luhur, mesin ngahontal akurasi posisi ± 0,01 mm sarengpresisi motong anu saé, jantenkeun éta cocog pisan pikeun motong komponén alit kalayan presisi. Salaku tambahan, méja motong anu langkung ageung kalayan stroke sumbu-X 2300–2400 mm sareng stroke sumbu-Y 1200–1300 mm sayogi pikeun ngolah benda kerja ukuran ageung.

Parameter téknis utama tina alat motong anu didorong ku méja XY nyaéta sapertos kieu:

Sumber Laser: Laser gas CO₂ (tipe tabung lempeng semi-katutup)
Catu Daya Laser: Tegangan input 200 VAC; Tegangan output 0–30 kV; Arus output maksimum 100 mA
Daya Kaluaran Laser: 550 W
Stroke Méja Motong: Sumbu-X 2300 mm, Sumbu-Y 1300 mm
Kagancangan Nyetir Méja Motong (Léngkah-léngkahna tiasa disaluyukeun): 0,4–5,0 m/mnt, 0,2–2,5 m/mnt, 0,1–1,3 m/mnt, 0,05–0,6 m/mnt
Obor Sumbu Z Ngambang Stroke: 180 mm
Ukuran Maksimum Pelat Olahan: 6 mm × 1300 mm × 2300 mm
Sistem Kontrol: Modeu Kontrol Numerik (NC)

2.3.3 Alat Motong Dua Pacu (Obor & Méja)

Alat motong anu digerakkeun ku dua mesin (obor & méja) dina desainna aya di antara mesin motong anu digerakkeun ku obor sareng anu digerakkeun ku méja XY. Obor motong dipasang dina gantry sareng gerak sacara horizontal sapanjang balok gantry (sumbu Y), sedengkeun méja motong digerakkeun sacara longitudinal. Desain hibrida ieu ngagabungkeun kaunggulan presisi motong anu luhur sareng efisiensi anu ngahémat rohangan. Kalayan akurasi posisi ±0,01 mm sareng rentang kecepatan motong anu tiasa disaluyukeun 0–20 m/mnt, éta mangrupikeun salah sahiji mesin motong anu paling seueur dianggo di pasar. Modél anu langkung ageung tina mesin ieu nawiskeun stroke sumbu Y 2000 mm sareng stroke sumbu X 6000 mm, anu ngamungkinkeun motong benda kerja ukuran ageung.

Osilator laser dipasang dina gantry gigireun obor motong. Konfigurasi ieu ngahasilkeun presisi anu luar biasa nalika motong liang bunderan. Mesin ieu ogé ngagaduhan efisiensi produksi anu luhur: éta tiasa motong 46 liang bunderan (diaméter 10 mm) per menit dina pelat baja kandel 1 mm.

2.3.4 Peralatan Motong Terpadu

Dina hijimesin motong terpadu, sumber laser dipasang dina pigura sareng gerak sacara longitudinal sareng éta, sedengkeun obor motong diintegrasikeun sareng mékanisme panggerakna pikeun gerak sacara horizontal sapanjang sinar pigura. Mesin ieu nganggo kontrol numerik pikeun motong rupa-rupa komponén anu bentukna. Pikeun ngimbangan variasi panjang jalur optik anu disababkeun ku gerakan horizontal obor motong, modul pangaturan panjang jalur optik biasana dilengkepan. Modul ieu mastikeun sinar laser anu homogen dina daérah motong sareng ngajaga kualitas permukaan motong anu konsisten.

Waktos posting: 17-Des-2025

Dasar-Dasar Motong Laser sareng Sistem Pangolahanna — Peralatan Motong Laser