Các Thành Phần Hệ Thống của Máy Cắt Laser: Phân Tích Chi Tiết và Chức Năng Chính

Là một thiết bị quan trọng trong sản xuất công nghiệp hiện đại, máy cắt laser được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như gia công kim loại, sản xuất ô tô và hàng không vũ trụ. Độ chính xác cắt tuyệt vời và khả năng cắt tốc độ cao của chúng dựa trên nhiều hệ thống chính xác và phối hợp. Các hệ thống này cùng nhau tạo thành khung cốt lõi của máy cắt laser, đảm bảo hoạt động ổn định và chính xác của nó. Sau đây sẽ trình bày chi tiết các thành phần hệ thống chính của máy cắt laser và chức năng của chúng.

1. Hệ thống tạo laser

• Máy phát laser: Tùy thuộc vào vật liệu làm việc, các loại phổ biến bao gồm máy phát laser carbon dioxide (CO₂) và máy phát laser sợi quang. Máy phát laser CO₂ có dải công suất đầu ra rộng và phù hợp để cắt nhiều loại vật liệu phi kim loại và một số vật liệu kim loại. Mặt khác, máy phát laser sợi quang có hiệu suất chuyển đổi điện quang cao hơn và chất lượng chùm tia tốt, thể hiện những ưu điểm đáng kể trong lĩnh vực cắt kim loại. Ví dụ, trong việc cắt kim loại các bộ phận ô tô, máy phát laser sợi quang có thể đạt được khả năng cắt với độ chính xác cao và hiệu quả cao, trong khi trong việc sản xuất biển quảng cáo bằng vật liệu phi kim loại như acrylic, máy phát laser CO₂ thường được sử dụng hơn.
• Bộ cấp nguồn: Nó cung cấp năng lượng điện ổn định cho máy phát laser và độ ổn định của nó ảnh hưởng trực tiếp đến độ ổn định của công suất đầu ra laser. Cắt độ chính xác cao đòi hỏi độ ổn định cực cao của công suất laser. Bộ cấp nguồn cần có khả năng kiểm soát dòng điện và điện áp chính xác để đảm bảo dao động tối thiểu trong công suất đầu ra laser.
• Thiết bị làm mát: Một lượng lớn nhiệt được tạo ra trong quá trình hoạt động của máy phát laser. Thiết bị làm mát loại bỏ nhiệt bằng cách tuần hoàn chất làm mát, đảm bảo rằng máy phát laser hoạt động ổn định trong phạm vi nhiệt độ thích hợp. Nếu hệ thống làm mát bị lỗi và nhiệt độ của máy phát laser quá cao, nó sẽ dẫn đến giảm công suất đầu ra, suy giảm chất lượng chùm tia và thậm chí làm hỏng thiết bị.

2. Hệ thống truyền dẫn đường quang

• Gương: Chúng thay đổi hướng truyền của chùm tia laser thông qua phản xạ. Độ phẳng bề mặt và độ phản xạ của gương có tác động đáng kể đến tổn thất và độ chính xác của việc truyền laser. Gương có độ chính xác cao có thể giảm thiểu tổn thất phản xạ laser và đảm bảo rằng chùm tia laser được truyền chính xác dọc theo đường dẫn đã định trước.
• Thấu kính hội tụ: Chúng tập trung chùm tia laser song song lên bề mặt vật liệu để tạo thành một điểm rất nhỏ, làm tăng mật độ năng lượng để cắt hiệu quả. Thấu kính hội tụ với các tiêu cự khác nhau phù hợp để cắt các vật liệu có độ dày khác nhau và cần được chọn theo yêu cầu cắt thực tế. Ví dụ, khi cắt vật liệu tấm mỏng, thấu kính hội tụ tiêu cự ngắn thường được sử dụng để có được một điểm nhỏ hơn và mật độ năng lượng cao hơn.
• Bộ tạo hình chùm tia: Chúng điều chỉnh sự phân bố năng lượng của chùm tia laser để làm cho nó đồng đều hơn hoặc đáp ứng các yêu cầu cụ thể của quá trình cắt, cải thiện chất lượng cắt và giảm độ nhám bề mặt và vùng bị ảnh hưởng nhiệt của vết cắt.

3. Hệ thống chuyển động cơ học

• Bàn làm việc: Nó chịu vật liệu cần cắt và yêu cầu độ phẳng chính xác cao và độ cứng tốt để ngăn vật liệu bị biến dạng trong quá trình cắt, điều này sẽ ảnh hưởng đến độ chính xác cắt. Một số bàn làm việc cao cấp cũng được trang bị các thiết bị nạp và dỡ tự động để cải thiện hiệu quả sản xuất.
• Thanh ray dẫn hướng và vít me: Thanh ray dẫn hướng cung cấp hướng dẫn chuyển động tuyến tính chính xác cho đầu cắt và vít me chuyển đổi chuyển động quay của động cơ thành chuyển động tuyến tính của đầu cắt. Độ chính xác của chúng xác định độ chính xác chuyển động của đầu cắt. Thanh ray dẫn hướng và vít me có độ chính xác cao có thể kiểm soát độ chính xác định vị của đầu cắt trong một phạm vi rất nhỏ, đảm bảo độ chính xác của các đường cắt.
• Động cơ và thiết bị truyền động: Động cơ servo thường được sử dụng để cung cấp năng lượng cho chuyển động của đầu cắt. Công suất của động cơ được truyền đến vít me và thanh ray dẫn hướng thông qua các thiết bị truyền động (chẳng hạn như dây đai, xích, v.v.). Động cơ servo có tốc độ phản hồi nhanh và độ chính xác điều khiển cao, đồng thời có thể kiểm soát chính xác tốc độ và gia tốc chuyển động của đầu cắt theo chương trình cắt.

4. Hệ thống điều khiển

• Máy tính điều khiển: Nó chạy chương trình điều khiển cắt, nhận và xử lý các hướng dẫn từ phần mềm vận hành và gửi tín hiệu điều khiển đến các hệ thống khác nhau để đạt được sự kiểm soát chính xác các thông số như công suất laser, tốc độ cắt và quỹ đạo chuyển động của đầu cắt.
• Phần mềm vận hành: Nó cung cấp giao diện người-máy cho người vận hành. Thông qua giao diện đồ họa, người vận hành có thể dễ dàng nhập đồ họa cắt, đặt thông số cắt và theo dõi quá trình cắt. Phần mềm vận hành tiên tiến cũng có các chức năng như lập trình tự động và mô phỏng cắt, cải thiện hiệu quả và độ chính xác cắt.
• Cảm biến: Chúng bao gồm cảm biến vị trí, cảm biến công suất, cảm biến nhiệt độ, v.v. Cảm biến vị trí theo dõi vị trí của đầu cắt trong thời gian thực để đảm bảo rằng nó di chuyển dọc theo quỹ đạo đã định trước; cảm biến công suất theo dõi công suất laser và phản hồi nó cho hệ thống điều khiển để điều chỉnh theo thời gian thực; cảm biến nhiệt độ theo dõi nhiệt độ của các thành phần chính như máy phát laser và động cơ để ngăn ngừa quá nhiệt và hư hỏng.

5. Hệ thống khí phụ trợ

• Nguồn khí: Các loại khí khác nhau được chọn theo vật liệu và quy trình cắt. Ví dụ, oxy được sử dụng để cắt thép carbon. Nó có thể phản ứng với kim loại nhiệt độ cao thông qua quá trình oxy hóa, giải phóng năng lượng bổ sung và tăng tốc độ cắt. Nitơ thường được sử dụng để cắt thép không gỉ để ngăn bề mặt cắt bị oxy hóa và có được bề mặt cắt chất lượng cao.
• Đường ống dẫn khí: Chúng vận chuyển khí từ nguồn khí đến đầu cắt. Các đường ống phải có hiệu suất bịt kín tốt để ngăn rò rỉ khí ảnh hưởng đến hiệu quả cắt.
• Bộ điều khiển lưu lượng khí: Nó kiểm soát chính xác tốc độ và áp suất dòng khí để đảm bảo rằng một lượng khí thích hợp được cung cấp cho khu vực cắt trong các điều kiện cắt khác nhau. Tốc độ và áp suất dòng khí phù hợp có thể loại bỏ xỉ một cách hiệu quả, làm mát khu vực cắt, cải thiện chất lượng bề mặt cắt và giảm độ bám dính xỉ và vùng bị ảnh hưởng nhiệt.

  
  

  
  

• Kết luận

  
  
  Máy cắt laser bao gồm nhiều hệ thống chính, bao gồm hệ thống tạo laser, hệ thống truyền dẫn đường quang, hệ thống chuyển động cơ học, hệ thống điều khiển và hệ thống khí phụ trợ. Các hệ thống này phối hợp với nhau và không thể thiếu, cùng nhau đảm bảo rằng máy cắt laser đạt được khả năng cắt với độ chính xác cao và hiệu quả cao. Với sự tiến bộ liên tục của công nghệ, hiệu suất của từng hệ thống cũng liên tục được cải thiện, thúc đẩy sự phát triển của máy cắt laser theo hướng thông minh hơn, hiệu quả hơn và chính xác hơn, cung cấp sự hỗ trợ kỹ thuật mạnh mẽ cho sản xuất hiện đại.