Мощность и скорость обработки на лазерном станке с ЧПУ

Лазерный станок с ЧПУ является очень удобным, высокоуниверсальным оборудованием. С его помощью можно обрабатывать как «традиционные» материалы — дерево, пластик, стекло, камень. Так и тонкие, хрупкие — подобно бумаге, ткани, коже, резине. Некоторые из этих материалов могут быть обработаны только с помощью лазерного станка с ЧПУ. Иного способа быстрой и качественной машинной обработки (да ещё и в автоматическом режиме) просто не существует!

Помимо широкого спектра обрабатываемых материалов, лазерные станки с ЧПУ обеспечивают очень высокое качество реза. При этом тонкость шва составляет всего лишь несколько миллиметров. Подобные характеристики достигаются не только благодаря самому принципу лазерной обработки (как известно, лазерный луч характерен очень малым расхождением пучка — даже на значительном расстоянии), но и за счёт прецизионной механической части. Применение специальных подшипников и шаговых электродвигателей, обеспечивающих движение лазерной головки, позволяет свести к минимуму погрешность позиционирования излучателя над поверхностью заготовки. В результате точность обработки даже «настольного» лазерно-гравировального станка с ЧПУ составляет не менее 0,1 мм.

Однако чтобы добиться таких показателей в конкретных условиях обработки, необходима грамотная настройка оборудования. Плюс к этому, любые характеристики лазерного станка с ЧПУ могут нивелироваться при использовании некачественной управляющей программы. Чтобы оптимальным образом сочетать все факторы, влияющие на качество обработки, необходимо иметь чёткое представление об общем функционировании лазерного станка с ЧПУ.

Принцип обработки лазером

Обработка заготовок лазером заключается в бесконтактном воздействии луча высокой энергии на поверхность заготовки. Под действием лазера поверхность нагревается и материал в «засвеченной» области испаряется. В результате заготовка изменяет свою форму. Головка лазерного излучателя перемещается над заготовкой в соответствии с маршрутом обработки, заданным управляющей программой. В зависимости от настроек (прежде всего, мощности) лазерный станок с ЧПУ может прорезать заготовки насквозь (в том числе осуществляя фигурную резку), или гравировать поверхность заготовки — в этом случае лазер погружается в материал на незначительную глубину.

Последовательно проходя над заготовкой, лазер «строка за строкой» осуществляет нужное воздействие, благодаря чему заготовка превращается в готовое изделие. За точность обработки, а также за размеры готового изделия отвечает система ЧПУ станка. Микроконтроллер ЧПУ считывает коды управляющей программы (построенной на базе компьютерной графической модели готового изделия) и формирует импульсы для исполнительных элементов — шаговых электродвигателей. Шаговые электродвигатели через ременные передачи приводят в движение инструментальный портал с установленной на нём головкой лазерного излучателя. Инструментальный портал имеет несколько степеней свободы, благодаря чему может совершать сложное пространственное движение над заготовкой и вести 3D-обработку.

В большинстве представленных на рынке «бюджетных» моделей лазерно-гравировальных станков с ЧПУ источником излучения является газовая среда, запаянная в стеклянную трубку. Активная среда из смеси газов (СО2, азота и гелия) обладает высокой стабильностью излучения при малых энергозатратах. А присущая газовым лазерам склонность к повышенному тепловыделению компенсируется встроенной в лазерную трубку системой принудительного жидкостного охлаждения.

Характеристики лазерных станков с ЧПУ

Производители лазерного оборудования выпускают широкую гамму моделей, отличающихся, прежде всего размерами рабочего отсека и площадью стола для размещения заготовок. А также мощностью лазерной трубки (как в базовой комплектации, так и для опционального увеличения). Для удобства работы все лазерные станки допускают подключение к персональному компьютеру. При этом ПК играет роль не только «командного центра» настройки параметров лазерного станка, но и служит для загрузки управляющих программ в память системы ЧПУ.

Чтобы обработать заготовку, необходима управляющая программа. Её основой является графический эскиз (или точнее — математическая модель будущего изделия), на базе которого строится маршрут обработки. Здесь же указываются параметры резки или гравировки — мощность излучения и скорость движения лазерной головки. Эти параметры являются основными и в значительной степени влияют на качество обработки.

Рекомендуемая мощность и скорость обработки

В зависимости от типа обрабатываемого материала, мощность лазерного излучения требует корректировки. Понятно, что для сквозной резки, к примеру, акриловой плиты, нужна мощность лазера, близкая к максимуму. Однако без соответствующей корректировки, такая избыточная мощность напрочь сожжёт бумажную заготовку или расплавит резиновую!

Кроме того, мощность излучения неразрывно связана со скоростью движения излучателя вдоль маршрута обработки. Так при фиксированной мощности и повышенной скорости движения излучателя заготовка может не прорезаться насквозь. Напротив, при малой скорости, но высокой мощности есть риск расплавления краёв реза и ухудшения качества обработки. Конкретные величины мощность и скорости для каждого случая следует подбирать экспериментально. Однако базовые рекомендации для различных видов обрабатываемых заготовок приведены ниже.

Так для сквозной резки фанеры необходимы:

• мощность – 73%
• скорость движения лазерного излучателя – 12 мм/с.

Гравировка фанеры осуществляется при:

• мощности 23-25%
• скорости 60-80 мм/с. При хорошем качестве гравировки скорость можно повышать до 100 мм/с – вплоть до появления видимого ухудшения качества рисунка.

* Значения мощности и скорости указаны для станка с лазерной трубкой мощностью 60 Вт.

Плексиглас режется при:

• мощности – 73-88%
• скорости – до 17 мм/с

В случае невозможности обработать заготовки на режимах, близких к рекомендованным, следует проверить настройку (произвести т. н. юстировку) фокусирующей линзы в головке лазерного излучателя.