Как удерживать фокус при обработке волнистых заготовок

Лазерное оборудование с ЧПУ очень быстро завоевало популярность в самых разных областях производства. В отличие от механической обработки резанием, лазерные станки не производят шума и не образуют стружку и пыли (и вообще какие-либо твёрдые отходы — только газообразный остаток). В то же время, резание лазером позволяет добиться непревзойдённого качества — минимальной толщины швов и максимальной сохранности краёв реза. Немаловажным плюсом является и удельная стоимость обработки — её величина при работе на лазерном станке наименьшая среди прочих способов получения готовых изделий.

Эти факторы, безусловно, являются положительной характеристикой лазерных станков с ЧПУ. Однако большому распространению «лазерников» (не только в промышленности, но и на малых частных предприятиях) способствует их очень привлекательная стоимость. Всё это даёт возможность проникновения автоматических станков в такие области, где раньше было трудно представить себе станочный парк в принципе (а уж тем более высокотехнологичные станки с программным управлением!).

Наибольшей универсальностью отличаются лазерные станки с большим рабочим полем. Они позволяют осуществлять комплексную обработку заготовок, заменяя собой целую линию специализированных автоматов. В частности большеформатные лазерные станки применяются для эффективной обработки листовых заготовок из фанеры.

Особенности обработки фанеры

Как хорошо известно, в обработке фанера достаточно «капризный» материал. В зависимости от влажности, листы фанеры склонны коробиться, принимая непредсказуемую форму (часто уже в виде готового изделия!). Проблема усугубляется тем, что коробление вполне нормальной заготовки может возникнуть «само собой» (если фанера будет поглощать влажность окружающего воздуха). Поэтому даже качественные листы фанеры при укладке на рабочую плоскость станка могут иметь «волну» в любом месте поверхности.

Здесь следует остановиться на особенностях устройства оптической системы станка. Для генерации лазерного излучения требуется активная среда и внешняя энергия (энергия накачки). В лазерных станках с ЧПУ широко применяется газовая среда для инициации излучения (при подаче внешнего напряжения). Специальный агрегат — лазерная трубка, в виде продолговатого стеклянного цилиндра — заполнена смесью СО2, азота и гелия и подключена к питающему трансформатору.

Бьющий из торцевого среза трубки луч лазера необходимо сосредоточить на поверхности заготовки. Для этого станок имеет систему подвижных зеркал, которые несколько раз отражают луч, направляя его в конус головки излучателя, где фокусирующая линза формирует «пятно» нужного размера непосредственно на теле обрабатываемой заготовки (расположенной на рабочем столе). Благодаря подвижности зеркал головка излучателя может занимать любое положение над заготовкой, не теряя «лазерной подпитки». Перемещением головки излучателя «руководит» система ЧПУ, чем и обеспечивается возможность реализации траектории движения режущего лазера в соответствии с заложенной программной моделью.

Фокусировка лазерного луча

Для обработки заготовок лазерный луч нагревает поверхность до испарения материала. Чтобы осуществить резку или гравировку с возможно большим качеством, толщина режущей «иглы» должна быть минимальной. В существующих конструкциях лазерных станков площадь «пятна» на поверхности заготовки не превышает 0,1 мм2. Для получения нужной площади лазера и служит фокусирующая линза. Однако её толщина (а, следовательно, и фокусное расстояние) фиксированы и не могут изменяться в процессе работы (разве что при замене линз на длиннофокусные или обратно — см. далее). В то время как толщина обрабатываемых заготовок, а значит и расстояние от конуса излучателя до поверхности материала будет разным. Как же «прицеливаться» в таком случае?

Для этого в лазерном станке предусмотрена регулировка фокуса. Некоторые модели снабжены «автофокусом», что облегчает настройку параметров при подготовке к обработке. Однако ни ручной, ни автоматический фокус не корректируют луч «в реальном времени» (только в статичном положении перед началом обработки). Это означает, что при наличии «волн» на материале (к примеру, местной выпуклости на листе фанеры большого формата) фокусировка луча будет сбита и качество обработки ухудшится (вплоть до полной невозможности обработки отдельных участков «волнистой» заготовки!).

Способы улучшения фокусировки

Первый способ улучшить ситуацию — настраивать фокусировку по «средней линии» (то есть в том месте, где наблюдается середина от «перепада высот» заготовки). В этом случае уход фокуса как бы ослабляется вдвое (чем если «пристреливаться» по вершине, или по впадине). И при грамотном выборе параметров обработки такой уход фокуса не будет критичным для качества обработки.

Второй способ — применение длиннофокусной линзы. Фокусирующая линза устанавливается в головке излучателя — и прижимается к рабочему срезу конусом на резьбе. Аккуратно открутив конус можно снять линзу (этим пользуются для очистки её поверхности от нагара и копоти) или заменить её. При обращении с линзами требуется соблюдать крайнюю осторожность! Не затягивать конус слишком сильно — чтобы линза не лопнула. И брать линзу руками только за края — чтобы не повредить тончайшую плёнку покрытия.

Как осуществляется автоматическая смена инструмента на станке с ЧПУ

Длиннофокусная линза обеспечивает более «толстое» лазерное «пятно», чем компенсирует (по крайней мере, частично) взаимное приближение/удаление материала и излучателя в случае неровной поверхности заготовки. По этой же причине длиннофокусные линзы применяются для обработки тел вращения (совместно с применением специального патрона — поворотного устройства), где кривизна боковой образующей заготовки является неотъемлемым условием.

Третий, довольно эффективный, способ уверенно обрабатывать «волнистые» листы фанеры — это обеспечиват местный прижим заготовки (к примеру, тяжёлым грузиком) и разбивать в программе обработки маршрут движения излучателя так, чтобы он был по максимуму расположен внутри этих зон. Естественно, не в ущерб самой структуре рабочего эскиза.

Этот способ достаточно трудоёмкий (как при подготовке программы, так и непосредственно в процессе обработки — из-за неоптимального маршрута движения излучателя), но даёт хорошие результаты. Необходимо только внимательно следить, чтобы прижим на заготовке не был препятствием для движения инструментального портала!

Свежее:

Побывали в гостях на производстве предприятия «АЛЬТАИР», которое успешно занимается производством деревянных игрушек и сувенирной продукции.
Видео с производства компании Пластфактория — наш уже постоянный клиент, который занимается POS-материалами и работает с крупными косметическими брендами.