Grondlage vum Laserschneiden a sengem Veraarbechtungssystem —Laserschneidausrüstung
II. Zesummesetzung vun der Laserschneidausrüstung
2.1 Komponenten a Funktionsprinzip vun der Laserschneidmaschinn
Eng Laserschneidmaschinn besteet aus engem Laseremitter, engem Schneidkapp, enger Straltransmissiounsbaugrupp, engem Maschinnenarbeitsdësch, engem numeresche Steierungssystem (NC), engem Computer (Hardware a Software), engem Killgerät, engem Schutzgaszylinder, engem Staubsammler an engem Lofttrockner.
-
Lasergenerator
De Lasergenerator ass en Apparat, deen Laserliichtquellen produzéiert. Fir Laserschneidapplikatioune benotzen déi meescht Maschinnen CO₂-Gaslaser, déi eng héich elektrooptesch Konversiounseffizienz an eng héich Leeschtung hunn, ausser a puer Fäll wou YAG-Festkierperlaser benotzt ginn. Net all Laser si gëeegent fir ze schneiden, well Laserschneiden streng Ufuerderungen un d'Stralqualitéit stellt.
-
Schneidkapp
Et besteet haaptsächlech aus Komponenten wéi eng Düs, eng Fokussierungslëns an e Fokus-Tracking-System.
Den Undriff vum Schneidkapp gëtt benotzt fir de Schneidkapp no virdefinéierte Programmer laanscht d'Z-Achs ze dreiwen. E besteet aus engem Servomotor an Transmissiounsdeeler wéi Führschrauben oder Zännrieder.
(1) Düs: Et ginn dräi Haaptzorte vun Düsen: parallel Typ, konvergent Typ a konisch Typ.
(2) Fokusséierungslëns: Fir mat Laserstralenergie ze schneiden, muss den urspréngleche Stral, deen vum Laser ausgestraalt gëtt, duerch eng Lëns fokusséiert ginn, fir e Liichtfleck mat héijer Energiedicht ze bilden. Lënsen mat mëttlerer a laanger Brennwäit si gëeegent fir d'Schneiden vun décke Placken a stellen méi niddreg Ufuerderungen un d'Ofstandsstabilitéit vum Tracking-System. Lënsen mat kuerzer Brennwäit si nëmme gëeegent fir d'Schneiden vun dënne Placken ënner 3 mm; si stellen streng Ufuerderungen un d'Ofstandsstabilitéit vum Tracking-System, kënnen awer déi erfuerderlech Laserleistung däitlech reduzéieren.
(3) Tracking-System: De Fokus-Tracking-System vun enger Laserschneidmaschinn besteet allgemeng aus engem Fokus-Schneidkapp an engem Tracking-Sensorsystem. De Schneidkapp integréiert Funktiounen vun der Stralféierung a Fokusséierung, Waasserkillung, Gasblosen a mechanescher Astellung.
De Sensor besteet aus Sensorelementer an enger Verstärkungssteierunitéit. Trackingsystemer variéiere komplett jee no der Aart vun de Sensorelementer. Et ginn zwou Haapttypen: eng ass dat kapazitivt Sensor-Tracking-System, och bekannt als kontaktlos Tracking-System; déi aner ass dat induktivt Sensor-Tracking-System, och bekannt als Kontakt-Tracking-System.
-
Strahltransmissiounsaggregat
Externen optesche Wee: Reflektéierend Spigele gi benotzt fir de Laserstral an déi gewënscht Richtung ze leeden. Fir Stéierungen am Stralewee ze vermeiden, sinn all reflektéierend Spigele mat Schëlder geschützt, an et gëtt proppert Schutzgas mat positivem Drock agefouert fir d'Spigele fräi vu Kontaminatioun ze halen. Eng héichperformant Lëns kann en net-divergenten Stral op eng onendlech kleng Plaz fokusséieren. Eng Lëns mat enger Brennwäit vu 5,0 Zoll gëtt allgemeng benotzt, während eng 7,5 Zoll Lëns nëmme fir d'Schneiden vu Materialien, déi méi déck wéi 12 mm sinn, gëeegent ass.
-
Maschinnen-Tool-Aarbechtsdësch
Haaptmaschinnekierper: Den Deel vun der MaschinnenwierksgeschirLaserschneidmaschinnass den mechaneschen Deel, deen d'Bewegung vun X-, Y- an Z-Achsen realiséiert, inklusiv der Schnëttaarbeitsplattform.
-
Numerescht Kontrollsystem
Den NC-System steiert d'Maschinn fir X-, Y- an Z-Achs-Beweegungen z'erreechen an reguléiert gläichzäiteg d'Ausgangsleistung vum Laser.
-
Killsystem
Killunitéit: Si gëtt benotzt fir de Lasergenerator ze killen. E Laser ass en Apparat, deen elektresch Energie a Liichtenergie ëmwandelt. Zum Beispill ass d'Ëmwandlungseffizienz vun engem CO₂-Gaslaser am Allgemengen 20%, woubäi déi reschtlech Energie a Hëtzt ëmgewandelt gëtt. Killwaasser läscht iwwerschësseg Hëtzt ewech, fir den normale Betrib vum Lasergenerator z'erhalen. D'Killunitéit killt och déi extern optesch Weespigelen an d'Fokussierlënsen vun der Maschinn, wouduerch eng stabil Straltransmissiounsqualitéit garantéiert gëtt an eng Lënsdeformatioun oder Rëssbildung duerch Iwwerhëtzung effektiv verhënnert gëtt.
-
Gasfläschen
Zu Gasfläschen gehéieren Aarbechtsmediumfläschen an Hëllefsgasfläschen fir d'Laserschneidmaschinn, déi benotzt gi fir Industriegaser fir Laseroszillatioun ze ergänzen an Hëllefsgaser fir de Schnëttkapp ze liwweren.
-
Staubentfernungssystem
Et entfernt Damp a Stëbs, déi während der Veraarbechtung entstinn, a féiert eng Filterbehandlung duerch, fir sécherzestellen, datt d'Ofgasemissiounen den Ëmweltschutznormen entspriechen.
-
Loftkillungstrockner & Filter
Et liwwert propper, dréchen Loft un de Lasergenerator an de Strahlwee, wouduerch den normale Betrib vum Strahlwee an de reflektive Spigelen erhale bleift.
2.2 Schneidbrenner fir Laserschneiden
Den Opbaudiagramm vun enger Schneidbrenner fir Laserschneiden ass hei ënnendrënner gewisen. Si besteet haaptsächlech aus engem Brennerkierper, enger Fokuslëns, engem Reflektionsspigel an enger Hëllefsgasdüs. Beim Laserschneiden muss d'Schneidbrenner déi folgend Ufuerderungen erfëllen:
① D'Brennerei kann e genügenden Gasstroum ofginn.
② D'Ausstoussrichtung vum Gas an der Brenner muss koaxial mat der optescher Achs vum Reflektionsspigel sinn.
③ D'Brennwäit vun der Täscheluucht kann einfach agestallt ginn.
④ Beim Schnëtt däerfen Metalldamp a Sprëtzer vum geschniddene Metall de Reflektionsspigel net beschiedegen.
D'Bewegung vum Schneidbrenner gëtt vun engem NC-Beweegungssystem ugepasst. Et ginn dräi Szenarie fir déi relativ Bewegung tëscht dem Schneidbrenner an dem Werkstéck:
① D'Brennbrenner bleift stationär, während d'Wierkstéck iwwer den Aarbechtsdësch beweegt gëtt - haaptsächlech gëeegent fir kleng Werkstécker.
2 D'Wierkstéck bleift stationär, während d'Brennbrenner sech beweegt.
③ Souwuel d'Brennbrenner wéi och den Aarbechtsdësch beweege sech gläichzäiteg.
2.2.1 Schneidkapp
De Laserschneidkopf ass um Enn vum Straltransmissiounssystem placéiert a besteet aus enger Fokussierungslëns an enger Schnëttdüs.
Fokusséierungslënse ginn haaptsächlech no Brennwäit klasséiert. Déi meescht Laserschneidausrüstung ass mat verschiddene Schneidkäpp mat verschiddene Brennwäiten ausgestatt. Wann ee CO₂-Laserschneiden als Beispill hëlt, sinn déi üblech Brennwäiten 127 mm (5 Zoll) an 190 mm (7,5 Zoll). Eng Lëns mat kuerzer Brennwäit produzéiert e klenge Brennpunkt an eng kuerz Brenndéift, wat dozou bäidréit, d'Schnëttbreet ze reduzéieren an méi fein Schnëtter z'erreechen. Eng Lëns mat laanger Brennwäit ergëtt e gréissere Brennpunkt an eng méi laang Brenndéift. Am Verglach mat Lënse mat kuerzer Brennwäit kënnen Lënse mat laanger Brennwäit e fokusséierte Stral mat enger Laserenergiedicht liwweren, déi fir d'Materialveraarbechtung no beim Brennpunkt ausreicht. Dofir gi Lënse mat kuerzer Brennwäit meeschtens fir de Präzisiounsschneiden vun dënne Placke benotzt, während Lënse mat laanger Brennwäit fir méi déck Materialien erfuerderlech sinn, fir eng adäquat Brenndéift ze kréien, wat minimal Variatioun am Punktduerchmiesser an eng ausreechend Leeschtungsdicht am Schnëttdickeberäich garantéiert.
Fokusséierungslënse gi benotzt fir de parallele Laserstrahl ze fokusséieren, deen an de Schneidbrenner fällt, wouduerch eng méi kleng Punktgréisst an eng méi héich Leeschtungsdicht erreecht ginn. Lënse si aus Materialien hiergestallt, déi d'Laserwellenlängt iwwerdroe kënnen. Optescht Glas gëtt dacks fir Festkierperlaser benotzt, während Materialien wéi ZnSe, GaAs a Ge fir CO₂-Gaslaser benotzt ginn (well gewéinlecht Glas net transparent fir CO₂-Laserstrale ass), vun deenen ZnSe am meeschte verbreet ass.
Beim Laserschneiden ass et wënschenswäert, den Duerchmiesser vum Brennpunkt ze minimiséieren, fir d'Leeschtungsdicht ze erhéijen an Héichgeschwindegkeetsschneiden z'erméiglechen. Wéi och ëmmer, eng méi kuerz Brennwäit vun der Lëns féiert zu enger méi klenger Brenndéift, wat et schwéier mécht, eng senkrecht Schnëttoberfläche beim Schneiden vun décke Placken z'erreechen. Zousätzlech reduzéiert eng méi kuerz Brennwäit den Ofstand tëscht der Lëns an dem Werkstéck, wouduerch de Risiko erhéicht gëtt, datt d'Lëns beim Schneiden duerch geschmollte Sprëtzer kontaminéiert gëtt an den normale Betrib beaflosst. Dofir soll déi passend Brennwäit ëmfaassend op Basis vu Faktoren wéi Schnëttdicke an Ufuerderunge fir d'Schnëttqualitéit bestëmmt ginn.
2.2.2 Reflektéierende Spigel
D'Funktioun vum Reflektionsspigel ass et, d'Richtung vum vum Laser ausgestraalte Stral z'änneren. Fir Strale vu Festkierperlaser kënne Reflektionsspigelen aus opteschem Glas benotzt ginn. Am Géigesaz dozou si Reflektionsspigelen a CO₂-Gas-Laserschneidgeräter normalerweis aus Koffer oder Metaller mat héijer Reflexioun gemaach. Fir Schied duerch Iwwerhëtzung duerch Laserbestrahlung während dem Betrib ze vermeiden, gi Reflektionsspigelen typescherweis mat Waasser gekillt.
2.2.3 Düse
D'Düs gëtt benotzt fir Hëllefsgas an d'Schnëttzon ze sprëtzen, an hir Struktur huet e gewëssen Afloss op d'Schnëtteffizienz an d'Qualitéit. Figur 4.11 weist üblech Düsenformen fir Laserschneiden; d'Düsenöffnungsformen enthalen zylindresch, konesch an konvergéierend-divergéierend Typen.
D'Auswiel vun der Düs gëtt allgemeng duerch Tester bestëmmt, déi op dem Material an der Déckt vum Werkstéck an dem Drock vum Hëllefsgas baséieren. Beim Laserschneiden ginn normalerweis koaxial Düsen benotzt (wou de Gasstroum koaxial mat der optescher Achs ass). Wann de Gasstroum an de Laserstrahl net koaxial sinn, ass et wahrscheinlech, datt et beim Schnëtt exzessivt Sprëtzen gëtt. Déi bannenzeg Mauer vun der Düsenöffnung soll glat sinn, fir en onbehënnerte Gasstroum ze garantéieren an Turbulenzen ze vermeiden, déi d'Schnëttqualitéit beaflosse kënnen. Fir d'Schnëttstabilitéit ze garantéieren, soll den Ofstand tëscht der Düsenendfläch an der Uewerfläch vum Werkstéck miniméiert ginn, typescherweis tëscht 0,5 mm an 2,0 mm. Den Duerchmiesser vun der Düsenöffnung muss et erlaben, datt de Laserstrahl reibungslos duerchgeet, sou datt de Stral net d'bannenzeg Mauer vun der Öffnung beréiert. Wat méi kleng den Öffnungsduerchmiesser ass, wat méi schwéier et ass, de Stral ze kolliméieren. Fir e bestëmmten Hëllefsgasdrock gëtt et en optimale Beräich vun den Duerchmiesser vun der Düsenöffnung. Eng exzessiv kleng oder grouss Öffnung behënnert d'Entfernung vu geschmollte Produkter aus der Schnëtt an beaflosst d'Schnëttgeschwindegkeet.
Den Afloss vum Düsenöffnungsdurchmesser op d'Schnëttgeschwindegkeet ënner fester Laserleistung an dem Hëllefsgasdrock gëtt an de Figuren 4.12 an 4.13 gewisen. Et ass ze gesinn, datt et en optimalen Düsenöffnungsdurchmesser gëtt, deen déi maximal Schnëttgeschwindegkeet erreecht. Dësen optimale Wäert ass ongeféier 1,5 mm, onofhängeg dovun, ob Sauerstoff oder Argon als Hëllefsgas benotzt gëtt.
Tester zum Laserschneiden vun haarde Legierungen (déi schwéier ze schneiden sinn) weisen datt den optimalen Duerchmiesser vun der Düsenöffnung ganz no bei den uewe genannten Resultater läit, wéi an der Figur 4.14 illustréiert. Den Duerchmiesser vun der Düsenöffnung beaflosst och d'Schnëttbreet an d'Breet vun der hëtzebeaflosster Zon (HAZ). Wéi an der Figur 4.15 gewisen, klëmmt mat der Erhéijung vum Duerchmiesser vun der Düsenöffnung d'Schnëttbreet, während d'HAZ-Breet sech verengt. Den Haaptgrond fir d'Verengung vun der HAZ ass de verstäerkten Ofkillungseffekt vum Hëllefsgasstroum op d'Basismaterial an der Schnëttzon.
2.3 Parameter vun der Laserschneidausrüstung
2.3.1 Brennergedriwwe Schneidapparater
Bei engem Brenner-ugedriwwenen Schneidapparat ass de Schneidbrenner op engem beweegleche Portal montéiert a beweegt sech horizontal laanscht de Portalbalk (Y-Achs). De Portal dréit de Brenner laanscht d'X-Achs, während d'Wierkstéck um Aarbechtsdësch fixéiert ass. Well de Laser an de Schneidbrenner separat arrangéiert sinn, ginn d'Lasertransmissiounseigenschaften, de Parallelismus laanscht d'Scanrichtung vum Stral an d'Stabilitéit vun de reflektive Spigelen während dem Schnëttprozess beaflosst.
Schneidapparater mat Brenner kënnen grouss Werkstécker veraarbechten. Si huelen eng relativ kleng Fläch fir d'Schneidproduktiounszon an a kënnen einfach mat aneren Apparater integréiert ginn, fir eng Produktiounslinn ze bilden. Seng Positionéierungsgenauegkeet ass awer nëmmen ±0,04 mm.
Déi typesch Struktur vun enger Schneidmaschinn mat Brenner gëtt an der Figur 4.19 gewisen. Et gëtt eng CO₂-Laserschneidmaschinn mat kontinuéierlecher Well benotzt, mat enger Distanz vum Laser zum Schneidbrenner vun 18 m. Fir sécherzestellen, datt d'Ännerung vum Stralduerchmiesser iwwer dës Transmissiounsdistanz d'Schneidoperatiounen net stéiert, muss d'Kombinatioun vun Oszillatorspigelen suergfälteg entworf ginn.
Déi wichtegst technesch Parameter vun der Brenner-ugedriwwener Schneidgeräter sinn wéi follegt:
- Laserausgangsleistung: 1,5 kW (Single-Modus), 3 kW (Multi-Modus)
- Brennerhöhe: X-Achs 6,2 m, Y-Achs 2,6 m
- Fuergeschwindegkeet: 0–10 m/min (justierbar)
- Schweiwenden Hub vun der Z-Achs vun der Brenner: 150 mm
- Brenner Z-Achs Astellungsgeschwindegkeet: 300 mm/min
- Maximal Gréisst vun der veraarbechter Stolplack: 12 mm × 2400 mm × 6000 mm
- Kontrollsystem: Integréierten NC-Kontrollmodus
2.3.2 XY Dëschgedriwwe Schneidgeräter
An der XY-Dësch-gedriwwener Schneidgeräter ass d'Schneidbrenner um Frame fixéiert, an d'Wierkstéck gëtt um Schneiddësch placéiert. Den Schneiddësch beweegt sech laanscht d'X- an Y-Achsen no NC-Kommandoen, mat enger justierbarer Fuergeschwindegkeet, déi typescherweis tëscht 0–1 m/min oder 0–5 m/min läit. Well d'Schneidbrenner relativ zum Werkstéck stationär bleift, miniméiert se den Impakt op d'Laserstrahlausriichtung an d'Zentréierung während dem Schnëttprozess, wat eng eenheetlech a stabil Schnëttleistung garantéiert. Wann d'Maschinn mat engem klenge Schneiddësch mat héijer mechanescher Präzisioun ausgestatt ass, erreecht se eng Positionéierungsgenauegkeet vun ±0,01 mm anexzellent Schnëttpräzisioun, wouduerch en besonnesch gëeegent ass fir d'Prezisiounsschneiden vu klenge Komponenten. Zousätzlech si méi grouss Schnëttdëscher mat engem X-Achs-Hub vun 2300–2400 mm an engem Y-Achs-Hub vun 1200–1300 mm fir d'Veraarbechtung vu groussen Aarbechtsstécker verfügbar.
Déi wichtegst technesch Parameter vun der XY-Dësch-gedriwwener Schneidmaschinn sinn wéi follegt:
- Laserquell: CO₂ Gaslaser (hallef zouenen Geriichdrohr-Typ)
- Laser-Stroumversuergung: Inputspannung 200 VAC; Ausgangsspannung 0–30 kV; Maximalen Ausgangsstroum 100 mA
- Laserleistung: 550 W
- Schneidtisch-Highway: X-Achs 2300 mm, Y-Achs 1300 mm
- D'Undriffsgeschwindegkeet vum Schneiddësch (stufenweis astellbar): 0,4–5,0 m/min, 0,2–2,5 m/min, 0,1–1,3 m/min, 0,05–0,6 m/min
- Schweiende Schlag vun der Z-Achs vun der Brenner: 180 mm
- Maximal Gréisst vun der veraarbechter Plack: 6 mm × 1300 mm × 2300 mm
- Kontrollsystem: Numeresche Kontrollmodus (NC)
2.3.3 Duebel ugedriwwe Schneidgeräter (Brennbrenner & Dësch)
Déi duebel ugedriwwe Schnëttmaschinn (Brennbrenner & Dësch) läit am Design tëscht de Brenner-gedriwwenen an XY-Dësch-gedriwwenen Schnëttmaschinnen. D'Schnëttbrenner ass op engem Portal montéiert a beweegt sech horizontal laanscht de Portalbalke (Y-Achs), während den Schnëttdësch an der Längsrichtung ugedriwwe gëtt. Dësen Hybriddesign kombinéiert d'Virdeeler vun héijer Schnëttpräzisioun a platzsparender Effizienz. Mat enger Positionéierungsgenauegkeet vun ±0,01 mm an engem justierbare Schnëttgeschwindegkeetsberäich vun 0–20 m/min ass et eng vun de meescht benotzte Schnëttmaschinnen um Maart. Gréisser Modeller vun dëser Maschinn bidden en Y-Achs-Hub vun 2000 mm an en X-Achs-Hub vun 6000 mm, wat d'Schneiden vu groussen Aarbechtsstécker erméiglecht.
De Laseroscillator ass um Gantry nieft dem Schneidbrenner montéiert. Dës Konfiguratioun garantéiert aussergewéinlech Präzisioun beim Schneiden vu kreesfërmege Lächer. D'Maschinn besticht och mat enger héijer Produktiounseffizienz: si kann 46 kreesfërmeg Lächer (10 mm Duerchmiesser) pro Minutt op enger 1 mm décker Stahlplack schneiden.
2.3.4 Integréiert Schneidausrüstung
An engemintegréiert Schneidmaschinn, d'Laserquell ass um Frame installéiert a beweegt sech longitudinal mat him, während de Schneidbrenner mat sengem Undriffsmechanismus integréiert ass, fir sech horizontal laanscht de Framebalk ze beweegen. D'Maschinn benotzt numeresch Steierung fir verschidde geformt Komponenten ze schneiden. Fir d'Variatioun vun der optescher Weelängt ze kompenséieren, déi duerch déi horizontal Bewegung vum Schneidbrenner verursaacht gëtt, ass normalerweis en Astellungsmodul fir d'optesch Weelängt ausgestatt. Dëse Modul garantéiert e homogenen Laserstral am Schnëttberäich a behält eng konsequent Schnëttoberflächequalitéit.
Zäitpunkt vun der Verëffentlechung: 17. Dezember 2025 
