лазерная резка фокус

Когда говорят про лазерную резку фокус, многие сразу представляют себе просто настройку линзы. На деле же — это целая философия процесса. Частая ошибка — считать, что выставил фокус по таблице на идеальную дистанцию, и всё, можно резать. В реальности на точку фокуса влияет всё: от температуры в цеху и чистоты защитного стекла до марок стали и даже скорости подачи газа. Я сам долго думал, что главное — держать фокус строго на поверхности материала, пока не столкнулся с резкой толстого конструкционного металла для каркасов. Тогда и понял, что иногда фокус нужно ?утопить? внутрь, особенно при работе с окисленной или неровной поверхностью — чтобы энергия распределялась в объёме, а не прожигала только верхний слой.

Практика настройки: от теории к цеху

В нашем цеху стоит волоконный лазер, в основном для раскроя листов под металлоконструкции. По паспорту, фокусное расстояние у него фиксированное. Но вот нюанс: когда мы начали выполнять заказы для ООО Хэнань Юнгуан Электротехнические Технологии на элементы креплений и детали для последующего цинкования, пришлось пересмотреть подход. Их спецификация требовала идеальной кромки без наплывов, особенно на деталях под горячее цинкование — любая окалина или подплавление потом мешали покрытию.

Пришлось экспериментировать. Скажем, для нержавейки толщиной 6 мм, из которой делали болтовые стойки, оптимальным оказался фокус, смещённый на 1,5 мм ниже поверхности. Это давало более широкий рез и лучше выдувало шлак. А вот для тонкой оцинковки под корпуса электротехнических шкафов — фокус строго на поверхности, иначе кромка оплавлялась. Тут важно не забывать про защитное стекло резака: если на нём есть микроцарапины или конденсат, точка фокуса ?размазывается?, и качество падает сразу, даже если цифры на дисплее идеальны.

Был случай, когда резали профиль для монтажного робота. Материал — обычная сталь, но с остаточной деформацией, лист был немного ?пропеллером?. Автоматика давала сбой, датчик расстояния не справлялся. Пришлось перейти на ручной контроль и эмпирически подбирать смещение фокуса для каждой зоны листа. Это к вопросу о том, что табличные данные — лишь отправная точка. Реальная лазерная резка фокус требует постоянного визуального контроля за струей расплава и искрами.

Взаимосвязь с другими параметрами: газ, скорость, материал

Фокус не живёт сам по себе. Его настройка напрямую завязана на давление и тип газа. Например, при резке с кислородом для толстых заготовок под силовые конструкции часто используют положительное смещение фокуса (выше поверхности), чтобы усилить экзотермическую реакцию. Но тут есть ловушка: если переборщить, кромка получается слишком окисленной и грубой, что потом плохо для антикоррозийной обработки. Для компании, которая, как ООО Хэнань Юнгуан, объединяет и резку, и цинкование, это критично — брак на этапе резки вылезет позже, при подготовке поверхности.

С азотом, наоборот, для получения чистой кромки на нержавейке фокус обычно чуть отрицательный. Но и скорость тут выше. Заметил такую зависимость: если увеличиваешь скорость резки, чтобы поднять производительность, часто нужно и немного скорректировать фокус в сторону материала, иначе луч не успевает ?прогрызть? толщину насквозь, появляется грат снизу. Особенно это чувствуется на предельных для станка толщинах.

А ещё есть момент с отражающими материалами, типа алюминия. Для них фокус должен быть выставлен очень точно, и линза должна быть идеально чистой. Однажды резали пластины для крепёжных систем, и из-за микроскопического налёта на коллиматоре луч терял энергию. Долго не могли понять, почему рез неровный, пока не почистили оптику. После этого качество сразу вернулось к норме.

Оборудование и его капризы

Разное оборудование — разный подход к фокусу. На старых СО2 лазерах часто была механическая регулировка, по сути — крутил ручку, меняя расстояние между линзой и соплом. Современные волоконники обычно имеют сменные коллиматорные линзы с разным фокусным расстоянием (например, 5″, 7″, 10″). Выбор линзы — это уже стратегическое решение под типовые задачи цеха. Мы, например, под заказы на металлоконструкции средней толщины используем 7-дюймовую — универсальный вариант.

Но даже с одной линзой есть нюансы. Система автофокусировки — вещь полезная, но не всесильная. Она хорошо работает на чистых, ровных листах. А если материал с окалиной, с заводской краской или, как бывает в конструкционном металлопрокате, с небольшим прогибом, сенсоры могут ошибаться. Поэтому в ответственных работах, например для деталей интеллектуальных роботов, где важна точность сопряжения, мы часто отключаем автофокус и выставляем вручную по пробным резам на обрезках того же материала.

Износ сопла тоже влияет на фокус. Изношенное сопло меняет геометрию газового потока, охлаждение зоны реза ухудшается, и фактическая точка максимальной энергии смещается. Поэтому график замены расходников — это не просто формальность, а часть контроля качества фокуса лазерной резки.

Ошибки и их последствия

Раньше думал, что неправильный фокус — это просто чуть худшее качество кромки. На практике последствия могут быть дороже. Как-то раз при резке партии пластин для систем управления из-за некорректного фокуса (был выставлен для более тонкого материала) получили сильный грат и оплавление на тыльной стороне. Детали потом пришлось отправлять на дополнительную механическую обработку, что сорвало сроки и ударило по бюджету проекта.

Другая частая ошибка новичков — не учитывать тепловую линзу. При длительной резке, особенно на высоких мощностях, оптика нагревается, и её характеристики меняются. Фактический фокус ?уплывает?. Для серийных заказов, как на болтовые соединения или типовые элементы каркасов, это может привести к тому, что первые детали в партии будут одними, а последние — другими. Сейчас мы закладываем технологические паузы для охлаждения или используем станки с системой термостабилизации оптики.

И конечно, пренебрежение калибровкой. Датчик высоты или система capacitive sensing должны проверяться регулярно. Иначе все разговоры о точном фокусе лазерной резки — просто слова. Мы настраиваемся в начале каждой смены на тестовом образце, и это правило не обсуждается.

Встраивание в общий технологический процесс

Для такого комплексного производителя, как ООО Хэнань Юнгуан Электротехнические Технологии, где есть и своё производство металлоконструкций, и цинкование, и выпуск крепежа, качество резки — это фундамент. Деталь с идеальной кромкой, полученной за счёт правильно подобранного фокуса, лучше и быстрее проходит последующие этапы — меньше зачистки перед цинкованием, точнее сборка в конструкции.

Например, при изготовлении балок для каркасов, которые потом будут оцинкованы, важно, чтобы скос кромки был ровным и без наплывов. Это обеспечивает равномерное натекание расплавленного цинка и формирование качественного покрытия. Достигается это в том числе тонкой регулировкой фокуса и скорости в конце реза, чтобы избежать термического удара и капель.

При работе над проектами для интеллектуального монтажа, где требуется высокая геометрическая точность деталей для роботов, параметры фокуса и вовсе прописываются в технологической карте на каждую операцию. Тут уже нет места для импровизации, только строгий контроль по заранее выверенным на практике параметрам, которые, впрочем, периодически пересматриваются при смене материала или поставщика металла.

В итоге, возвращаясь к началу. Лазерная резка фокус — это не статичный параметр, а динамический инструмент в руках оператора или технолога. Его настройка — это компромисс между скоростью, качеством, особенностями материала и требованиями следующего этапа производства. Таблицы и мануалы дают базу, но настоящее понимание приходит только с опытом, с десятками испорченных заготовок и успешно сданных сложных заказов. Главное — постоянно наблюдать за процессом, анализировать результат и не бояться отступать от стандартных рекомендаций, если того требует ситуация на конкретном станке, с конкретным листом, под конкретную задачу клиента.