Лазерный резак на газовой смеси часть 1

Перевел 92 для mozgochiny.ru

Перед вами статья, которая описывает процесс изготовления режущего лазера своими руками. Часть системы установлена на платформе с компьютерным управлением, которая перемещает лист металла во время резки под неподвижным лазерным лучом. Газ через сопло попадает в камеру за фокусирующей линзой. Лазерный луч в комбинации с газом проводит резку стали, путем испарения металла.

Предположим, что у вас есть лазер, дополним его необходимыми компонентами для самоделки:

• Режущая головка и блок питания;
• Оптика;
• Блок управления;
• ЧПУ стол и блок питания;
• Компьютер;
• Система охлаждения.

Какие же системы следует использовать для выполнения резки?

Электрическая система:

• 2 БП ~100 В/20 А для питания вспомогательного оборудования;
• БП для лазера 220В/20А;
• БП 220В/20А для охлаждения;
• 110В/15А для освещения комнаты.

Вентиляция:

К сожалению, система вентиляции до сих пор не установлена в рабочей зоне. Она необходима для удаления паров и уменьшения влияния дыма на оптику световой системы. Лазер позволяет резать различные материалы, такие как дерево и пластик, поэтому система вентиляции крайне необходима.

Баллоны с газом:

В качестве ионизирующего газа можно использовать, как кислород, так и азот. Все зависит от материала, который подлежит резке. Установим пару баллонов у стены, при этом надежно их зафиксируем. Согласно правилам техники безопасности, баллоны с кислородом запрещено использовать, когда они находятся в горизонтальном положении.

Система поддержки:

Лазерная пушка должна быть установлена не ближе, чем за 122 см от ближайшей стены. Другим важным критерием является изменение высоты лазера вдоль оси Z. Было приобретено большое количество металлических труб, уголков, пластин.

Прикрепим металлические уголки к стенам и к полу с помощью саморезов.

Блок диаграмма.

Шаг 1: Излучатель

Лазерная система состоит из 100 Вт лазерного резонатора и твердотельного радиочастотного усилителя, что интегрирован в алюминиевый корпус. Усилитель обеспечивает импульсную высокочастотную мощность, что ионизирует газовую смесь в трубке. Сигнал модуляции, контролирует ширину выходного импульса и его период. Усилитель производит 3 кВт мощности высокой частоты.

• Средний диапазон мощностей 10-100 Вт;
• Пик эффективной мощности 250 Вт;
• Потребляемая энергия: 48 В/50 А пост.;
• Вес: 15 кг;
• Требование к охлаждению: теплоотвод на 2500 Вт, водяное охлаждение;
• Документация;
• Первоначальная цена: $27,000.

Блок питания с цифровым управлением и воздушным охлаждением был специально разработан для лазера. На выходе БП выдает 48 В постоянного тока и 50 А, а питается от 220 В.

Система управления.

Лазер G-100 имеет разъем DB25, что контролирует подключение и модуляцию входного сигнала от радиочастотного усилителя. Это позволяет проводить мониторинг температуры, рабочих циклов, а также поддерживает цифровое управление общей выходной мощности лазера.

Шаг 2: Роботизированный ЧПУ стол

ЧПУ стол вероятней всего был изготовлен в 90-тые. В общей сложности запас по перемещению 45 см по осям X и Y. Шаг ходовых винтов составлял 0,6 см. Двигатели, что шли вместе со столом были слишком старыми для того, чтобы использовать их в проекте. Поэтому были установлены новые сервоприводы. Их характеристики:

• Максимальное напряжение на клеммах 60В;
• Максимальная скорость вращения 2100 оборотов в минуту (без нагрузки);
• Максимальный крутящий момент 108 килограмм на см;
• Максимальный пиковый ток5A.

Цифровые датчики определяют количество оборотов вала, относительно первоначального положения.

На сайте есть чертежи в которых представлены описание шкивов, ремней, систем прямой связи. Нужно было сделать математический расчет длины ремня с учетом геометрии двигателей, шкивов, винтовых передач. При помощи программы autocad было определено количество зубьев шестерёнок необходимых для подбора ремня правильной длины.

После того, как определено предполагаемое положение установки двигателя, изготовим рамы из 0,9 см алюминиевых пластин.

Была разработана версия стола, которая будет поддерживать части, что порезаны лазером более эффективно. Основа построена с 12 полотен для пилки по металлу. В длину полотна 61 см, в ширину 5 см и 0,15 см в толщину. Стол был построен с использование стержней 60 см в длину с резьбой, что установлены в отверстиях полотен.

Шаг 3: Блок питания для двигателя

Стол такого размера и массы для перемещения по осям требует сервоприводы с большим запасом мощности.

Производитель Plitron продает тороидальные трансформаторы. На их сайте приводятся полезные технические примечания technical notes. Для расчета требуемого напряжения трансформатора воспользуемся формулой (68 В постоянного тока + 2) * 0.8 = 56 В переменного тока.

Используя полученное значение напряжения, внесем изменение в конструкции трансформатора. Для тороида с переменным напряжением 55 В номинальная мощность трансформатора составляет 13.4A * 55 В = 743 Вт.

Для определения значения ёмкости конденсатора для фильтрации воспользуемся формулой ((80000 * I) / V)= ((80000 * 18) / 68) = 21167 uF. Приобретем 5 конденсаторов (3VTLM153M80V, 15000uF, 80 В) и 4 мостовых выпрямителя 25 А, 200 В.

Внимание: Конденсаторы после подключения накапливают смертельный заряд. Подключать их в цепь следует в последнюю очередь. Это связано с тем, что БП не подключён к нагрузке. Выходные клеммы БП следует шунтировать, когда БП не используется. К счастью производители Gecko предусмотрели удаление заряда.

В работе используем провода (14 жильные), клеммы, клеммные блоки с винтовыми зажимами.

Трансформатор вырабатывает слишком большое напряжение. Для понижения требуется удалить немного обмотки с тороида. Удалим термоусадочную плёнку, что охватывает обмотку, защищает провода от повреждений. После этого приступаем к удалению вторичной обмотки.

Было протестировано 5 вариантов длины обмотки. После каждого изменения подключаем трансформатор к вольтметру. Припаяем новые разъемы, изолируем все пропаянные соединения термоусадкой.

Обернем термоусадочной пленкой «бублик». Трансформатор был установлен назад в корпус блока питания. Теперь он выдает нужное для работы напряжение.

Блок питания.

Продолжение следует...

ЧАСТЬ 2

( Специально для МозгоЧинов #CO2-laser-that-cuts-sheet-metal" target="_blank">)