RU1815086C - Способ управлени процесса лазерной резки - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к машиностроению и предназначено дл  лазерной резки материалов. Сущность способа: управл ют мощностью лазера в зависимости от скорости перемещени  материала. При этом задают и стабилизируют мощность накачки в диапазоне 0,87-0,92 от предельно допустимой . Исход  из технологического процесса задают и стабилизируют расходимость лазерного излучени . В процессе лазерной резки при выходе на заданный режим увеличивают на 50% давление газа в сопле. Изобретение позвол ет в несколько раз повысить эффективность процесса за счет снижени  объема удал емого материала, 2 ил.

Description

Изобретение относитс  к машиностроению и предназначено дл  резки материалов с помощью импульсного твердотельного лазера .

Целью насто щего изобретени   вл етс  увеличение эффективности процесса резки , повышение глубины резки, а также увеличение ресурса работы лазера.

Дл  этого величину мощности накачки увеличивают до 0,87-0,92 от предельно допустимой , измер ют текущую среднюю мощность накачки, сравнивают полученную величину с заданной и с помощью получен-. ного рассогласовани  стабилизируют текущую среднюю мощность накачки. Задают величину расходимости лазерного излучени , измер ют реальную расходимость и сравнивают ее с заданной, если она меньше заданной, то ввод т отрицательный оптический элемент в резонатор, если больше; положительный оптический элемент, тем

самым компенсиру  изменение расходимости , обусловленное тепловой линзой в активной среде, а при выходе на заданную расходимость луча повышают не менее чем на 50% давлени  Q газа .в сопле.

Этим достигаетс  стабилизаци  режима работы лазера при фиксированном значении мощности накачки, который обеспечивает увеличение ресурса лампы накачки по сравнению с максимально допустимым режимом , и компенсаци  клиновой и сферической аберрации резонатора лазера, что приводит к уменьшению расходимости, диаметра сфокусированного п тна и увеличению плотности мощности излучени  в зоне обработки, а также управление давлением режущего газа в сопле при изменении диаметра сфокусированного п тна, что позвол ет эффективно эвакуировать расплав и шлаки из зоны реза.

Эффективность лазерной резки определ етс  количеством мощности, приход щимс  на единицу глубины и скорости

„ h V/л ч - р v U;

где v - скорость резки;

h-толщина материала;

Р - мощность лазерного излучени .

Установлено, что ширина реза уменьшаетс  при уменьшении расходимости лазерного излучени . Расходимость излучени  определ етс  строением резонатора, т.е. длиной резонатора, кривизной зеркал и положением активного элемента в резонаторе , наличием оптических элементов, и1 величиной термолинзы, наведенной в активном элементе излучением мощности накачки,

При изменении мощности накачки мен етс  оптическа  сила наведенной в активном элементе термолинзы и, соответственно , измен етс  расходимость. Дл  повышени  ресурса, ламп накачки мощность накачки выбираетс  равной 87-92% от предельно допустимбй в соответствии с ТУ на лампу накачки..

В соответствии с за вл емым способом компенсаци  расходимости излучени  производилась с помощью введени  в резонатор , (например, отрицательного) опти-. ческого элемента - выпуклого глухого зеркала), который компенсирует сферическую аберрацию наведенной термолинзы в активном элементе. При этом юстировка. резонатора лазера осуществл етс  на этой же мощности, это приводит к компенсации клиновой аберрации резонатора. При этом расходимость излучени  компенсированного резонатора в п раз меньше, чем обычного некомпенсированного, диаметр сфокусированного п тна dn, а соответственно, и ширина реза в п раз меньше;

dn -Рл(2)

где РЛ - фокусное рассто ние линзы,

в- расходимость некомпенсированного резонатора,

что приводит к уменьшению объема удал емого материала, а плотность мощности q в сфокусированном п тне в п2.раз больше

4Р

4Рп

ч - , о -, j (3)

jrrJn2

что позвол ет увеличить глубинупрорёза- ни . или при той же мощности увеличить скорость резки.

Это означает, что при посто нной мощности генерации Рг можно увеличить глубину или скорость резки, что ведет к увеличению эффективности процесса.

Авторами установлено, что снижение диаметр п тна, которое обеспечивает уменьшение ширины реза, приводит к увеличению сопротивлени  канала реза при

5 продувке его режущим газом, и затрудн ет . удаление шлаков и окислов.

Сущность за вл емого способа можно у снить, рассмотрев работу устройства дл  лазерной резки, функциональна  схема которой изображена на фиг. 1,2 представлена зависимость диаметра п тна в зоне обработки и давлени  Q в резаке от заданной . „мощности Рзад.

Устройство содержит последовательно

5 соединенные блок 1 управлени , сравнивающее устройство 2, источник 3 питани , датчик 4 тока, излучатель 5, а также датчик 6 напр жени , умножитель 7, управл емый

вентиль 8 газовой системы, резак 9, систему

0 ю перемещени  издели , позицией 11 обозначено изделие.

В соответствии со способом при установлении заданного режима работы лазера по расходимости поднимаетс  давление ре5 жущего газа в сопле на 40-50%. .

Дл  поддержани  фиксированного режима работы лазера ввод т умножитель 7 (рис. 1), который осуществл ет стабилизацию уровн  мощности накачки.

0 Данна  схема работает следующим образом . Блок управлени  (БУ) 1 на выходе 1 вырабатывает уставку Рзад.., которое пропорционально 0,87-0,92 Рмах, Оно поступа- ет на сравнивающее устройство 2 и затем на

5 источник 3 питани , с выхода источника питани  3 с помощью датчиков 4 и 6 снимаетс  сигнал, пропорциональный средней мощности накачки и поступает на умножитель 7, который вырабатывает сигнал расеогласо0 в.ани  и посылает его на сравнивающее устройство 2. Таким способом осуществл етс  стабилизаци  мощности накачки. Блок 1 управлени  на втором выходе вырабатывает сигнал/который поступает на вентиль 8 и

5 управл ет давлением газа в резаке 9.

В блоке управлени  перед началом работы задают род и толщину разрезаемого материала. В соответствии с этой информацией и выдаетс  уровень сигнала на втором

0 выходе, определ ющем давление газа в резаке . В случае необходимости изменить режим в блоке 1 управлени  допускаетс  изменение Рзад., что приводит к изменению диаметра п тна и плотности мощности в

55 зоне обработки. В соответствии с Рзад, величина сигнала, управл ющего давлением в резаке измен етс  в соответствии с зависимостью , изображенной на фиг, 2..

П р и,м ё р (реализаци  способа). Испытани  были проведены на АИГ-лазере с максимальной выходной мощностью 250 Вт в частотном режиме с использованием ЧПУ- АП-400.

Данные, полученные при резке алюмини  по приведенному прототипу и предлагаемому способу, приведены в таблице.

Повышение эффективности на 93% обусловлено уменьшением диаметра п тна и соответственно снижением объема удал емого материала.

Ф о р м у л а и з о б р е т е и и   Способ управлени  процессом лазерной резки, заключающийс  в том, что изме- н ют, мощность накачки лазера в зависимости от скорости перемещени  материала , о т л и чающийс  тем, что, с

целью увеличени  эффективности процесса резки, повышени  глубины и увеличени  ресурса работы лазера, величину мощности накачки лазера измен ют дЬ величины, не

превышающей 0,87-0,92 предельно допустимой , измер ют текущее значение-мощности , сравнивают измеренное значение с заданным и по полученному результату стабилизируют мощность накачки лазера, а

также в зависимости от параметров издели  задают расходимость лазерного излучени , измер ют реальную расходимость, сравнивают ее с заданной и по полученному рассогласованию компенсируют изменение

расходимости, а в момент достижени  за- .данной расходимости увеличивают давление газа в сопле.