Чертежи для лазерной резки: точность – гарантия правильной и быстрой работы

В настоящее время лазерные технологии используются в самых разных видах человеческой деятельности. А резка с помощью лазерного луча вообще лидирует среди всех известных способов раскроя материалов. Работа выполняется быстро и аккуратно, особенно при задействовании станка с ЧПУ. В этом случае используется специальная программа, для создания которой необходимы чертежи для лазерной резки.

Преимущества и недостатки лазерной резки

С момента презентации первого реально работавшего лазера в 1954 году (тогда он назывался мазер) прошло по историческим меркам совсем немного времени. Однако представить себе современную жизнь без лазерных приборов невозможно. Лидируют лазерные технологии и в промышленности, в частности, в механической обработке конструкционных материалов.

При применении таких методов традиционным инструментом для резки и раскроя материала являются фрезы, ножовочные полотна, ленточные пилы. Многие из них выполняются из высококачественной инструментальной стали, но при этом все равно изнашиваются и подлежат замене. В этом смысле лазерная резка выигрывает тем, что вообще не требует дорогого расходного инструмента.

Наконец, отметим, что лазерный луч, сфокусированный до небольшого пятнышка на поверхности детали (около 0,004 мм), дает возможность с высокой точностью вырезать достаточно сложные заготовки с острыми углами, а благодаря отсутствию механического контакта с поверхностью позволяет обрабатывать даже очень тонкие материалы.

Бесспорно, лазерная резка обладает большим числом преимуществ перед традиционной. Назовем среди них:

• точность;
• отсутствие больших зон нагрева разрезаемых изделий;
• возможность вырезки сложных и объемных конструкций;
• легкость управления процессом;
• высокое качество поверхностей среза, а также продукции в целом;
• отсутствие остаточных деформаций в заготовке;
• возможность применения для резки металлов с высокой теплопроводностью;
• отсутствие механического контакта с заготовкой;
• возможность изготовления достаточно сложных и хрупких изделий;
• чистота техпроцесса, отсутствие запыленности;
• возможность автоматизации раскроя материала;
• отсутствие перегрева заготовки;
• возможность разрезания, помимо металла, таких материалов, как дерево, пластик, ткань, картон, а также кожа;
• малые сроки изготовления;
• возможность обработки материалов, подверженных риску деформации;
• локальная зона теплового воздействия.

Существуют, конечно же, и недостатки, вытекающие из специфики метода:

• Относительно высокая стоимость оборудования.
• Зависимость большого числа параметров от типа лазерной установки.
• Ограничение размера детали по толщине.
• Ограничение размера заготовки по габаритам. Максимальный размер исходного разрезаемого листа составляет 1 500 на 3 000 мм².
• Высокие требования к культуре производства. Точное соблюдение правил эксплуатации, профессионализм обслуживающего персонала.

Несмотря на уже достигнутые успехи, компании-производители оборудования для лазерной резки продолжают совершенствовать свою продукцию. Прежде всего, улучшается система управления и программное обеспечение. Меняется интерфейс, появились мультиязычные диалоговые приложения. Большинство лазерных систем на сегодняшний день снабжены автоматической фокусировкой, включающей технологичные емкостные датчики и полностью интегрированную систему машинного зрения.

Оборудование для лазерной резки металла по чертежам

Использование станков для лазерной резки и гравировки металлов по чертежам имеет следующие преимущества:

• возможность работы с материалами, имеющими разные свойства;
• высокая скорость резания металла;
• возможность обработки сложных контуров;
• практически отсутствует механическое воздействие на обрабатываемую заготовку;
• использование компьютеризированного управления.

Как правило, современный станок, предназначенный для лазерной резки металла по чертежам, состоит из:

• лазерного источника;
• станины;
• привода, редуктора и передач;
• системы охлаждения;
• системы подачи газа и удаления дыма;
• блока управления;
• алгоритмов и программ.

На этапах накачки лазера и формирования луча для резки металлов обычно используются волоконные либо газовые установки. В волоконном лазере окончательное формирование луча происходит в резонаторе, куда луч поступает по световому кабелю из модуля накачки. Далее он по такому же волоконному тракту передается к режущей головке.

В газовом лазере луч формируется в специальном газовом резонаторе, а затем, направляемый системой зеркал, передается в головку. Режущая головка представляет собой набор линз, автоматически фокусирующих проходящий через них луч света. В зависимости от типа установки, мощность лазеров в современных моделях достигает 4–6 кВт. Первые экземпляры волоконных лазеров появились в 80-е годы прошлого века, сегодня можно встретить и более мощные модели – до 20 кВт. При этом КПД оборудования, как правило, не превышает 10–15 %.

Станина сваривается в единое целое из нескольких элементов и представляет собой жесткую, надежную и долговечную конструкцию.

Задачей привода является обеспечение быстрого и точного перемещения координатой системы станка. Такой привод должен быть мощным и не иметь люфта. В современном станочном оборудовании точность положения режущей головки по каждой из осей должна быть порядка ±0,01 мм. Максимальная скорость резания в таких станках достигает 50 м/мин.

Охлаждение лазерного источника, как правило, применяют либо воздушное, либо водяное.

Важным моментом технологической цепочки является способ удаления продуктов резания. При резке происходит один из физических процессов: испарение, плавление или горение. Во всех трех случаях приемлемые результаты дает удаление продуктов резания из рабочей области путем продувки ее технологическими газами. В качестве такого газа часто используют сжатый воздух. Иногда для удаления дыма применяют специальные системы.

Управляется система блоками ЧПУ, в состав которых входят: специализированный управляющий компьютер и программное обеспечение к нему. Переход к производству новой продукции сводится зачастую к загрузке новой программы, поэтому такие производственные системы часто называют гибкими.

Движение режущими головками управляется по трем осям прямоугольной декартовой системы координат. Для управления по оси Z (регулировка высоты) используется обратная связь. Координаты положения лазерного луча фиксируют специальные датчики.

Программное управление работой станка обычно реализуется на основе одной из известных операционных систем (ОС), например, Windows, а также специального и прикладного софта, который вводится в станок из локальной сети или через стандартные порты USB.

Как правильно сделать чертеж для лазерной резки

Программы обработки листового материала методами лазерной резки работают с векторными графическими файлами формата dwg, dxf. В них хранятся чертежи для лазерной резки. Однако если ваш дизайнер работает с другим векторным графическим пакетом, это не страшно. Просто перед загрузкой чертеж следует перекодировать из существующего формата в нужный.

Программ, осуществляющих такую конвертацию, на сегодняшний день создано великое множество. Вы обязательно отыщете утилиту, необходимую именно вам. Стоит учитывать, что при конвертации чертежа иногда могут возникать некоторые искажения или случайно добавленные элементы построения. Следите за этим, чтобы их своевременно исправить.

Итак, для того чтобы по вашим чертежам возможно было провести лазерную резку или гравировку, достаточно того, чтобы сами чертежи поддерживались форматами программных пакетов AutoCAD или CorelDraw.

Основные требования к чертежам-файлам AutoCAD следующие:

• Версия – не ниже AutoCAD 2000.
• Масштаб готового документа – 1:1, тип координатной системы – World, плоское 2D-представление.
• Составные элементы должны иметь замкнутые линии (не spline). Типы линий: Arc или Line.

Основные требования к чертежам и документам (файлам) CorelDraw следующие:

• Текстовые вставки и отдельные символы должны быть преобразованы в кривые (Curves).
• Во всех чертежах ширина кривых должна быть зафиксирована константой Hairline.
• Масштаб – 1:1.
• Все контуры, включая отверстия, должны быть созданы при помощи одного замкнутого фрагмента.
• Используются версии CorelDraw – от 6 до 14.

Для лазерной резки допустимо использовать схематичный чертеж детали в компьютерной форме. Для этого применимы форматы: CDR (рабочий документ программы CorelDraw 14 или более поздних версий), DXF- или DWG-файлы (хранят результаты работы AutoCAD версии 2007 или более старые). Эскиз детали должен быть схематическим объектом с замкнутым наружным контуром. В нем могут быть отверстия и прорези (незамкнутый рез).

К таким эскизам предъявляются следующие требования:

• Масштаб 1:1.
• Наличие замкнутых внешнего и внутреннего контуров.
• Контуры необходимо выполнять командами LINE, CIRCLE, ARC.
• Лазерная резка будет невозможна, если для создания контуров были использованы команды SPLINE, ELLIPSE.
• Для того чтобы получить более ровный рез, не следует делать слишком много мелких линий и дуг, лучше объединять их в более крупные.
• Следует также избегать наложения линий, иначе лазерный луч будет осуществлять резку на одном и том же месте несколько раз.
• На чертеже обязательно укажите материал и количество деталей.
• Каждому чертежу должен соответствовать только один файл.
• Раскладку деталей делать необязательно.

Заготовка, предназначенная для резки, должна на 5–10 мм выходить за внешний контур детали. Шрифты Corel переводят в кривые и обводят контуры букв не менее двух раз. Криволинейные участки эскиза разбивают на мельчайшие точечные отрезки. Следует строго соблюдать вышеперечисленные требования.

Резка лазером позволяет создавать детали с высокой точностью. Допускается отклонение в 0,03 мм от размеров на эскизе. При выборе ширины реза следует исходить из толщины заготовки. Так, например, при толщине заготовки 4 мм, ширина реза берется размером 0,3 мм. В итоге образуется отверстие значительно большего диаметра, чем сам рез.

Подготовка файлов для печати и лазерной резки в CorelDraw:

Создание модели для резки лазером:

Как происходит лазерная резка металла по чертежам заказчика

Из вышесказанного становится ясно, что подготовить документацию на изделие или хотя бы просто сделать его чертеж в специальной программе – далеко не тривиальная задача. Для этого необходимо иметь определенные знания и опыт. На рынке сегодня существуют неплохие профильные компании, владеющие и тем, и другим. Они готовы помочь вам выполнить заказ, даже если ваши эскизы будут сделаны неумело и не совсем в том формате, в котором нужно.

С другой стороны, от того, насколько качественно будут сделаны первые эскизы, во многом зависит, как быстро будет получен нужный вам результат. Именно поэтому лазерная резка металла по чертежам или хотя бы размерам заказчика будет выполнена быстрее, чем без чертежей и особенно без размеров.

Конечно, скорость выполнения заказа зависит от многих причин. Но советуем вам постараться сделать хорошо хотя бы то, что зависит от вас.

Фирмы-производители обычно принимают в качестве технического задания (ТЗ):

• 3Д-модели.

Этот вариант ТЗ часто оказывается самым близким к итоговому заданию для изготовления, поэтому его бывает проще всего запустить в производство. Из форматов для 3Д-моделей, как правило, используют формат программы SolidWorks(.sldprt, .sldasm, .slddrw). Однако многие компании работают и с 3Д-моделями других форматов, например, .stp, .step, .igs, .iges, .sat.

• Чертежи.

Представление ТЗ в виде чертежей – также весьма распространенный на сегодняшний день способ. Как правило, чертежи выполняют в форматах:

• AutoCAD (.dxf, .dwg).
• CorelDraw (.cdr).
• Adobe Reader (.pdf).

Форматы расположены в порядке снижения популярности их применения в данных целях.

• Эскиз и размеры.

Но даже если у вас нет никаких документов на планируемое к выпуску изделие, вы найдете хорошую производственную фирму, имеющую в своей структуре конструкторский отдел. Она подготовит нужную производственную документацию и изготовит изделие по приблизительному эскизу, можно даже «от руки». Важно только указать нужные вам размеры. Это, собственно, и будет лазерная резка по размерам заказчика.

• Образец.

Наконец, возможен выпуск изделий просто по образцу «начинки» или по чужой модели аналогичного изделия. Принесите уже готовую деталь, сделанную где-нибудь в Северной Корее, и попросите наштамповать тысячу таких, но качеством повыше. Все это на современном оборудовании можно легко сделать.

После того как ТЗ будет принято к исполнению, конструкторский отдел фирмы доработает техническую документацию до нужного уровня детализации, и изделие уйдет в производство. Этап создания 3Д-модели в ряде случаев опускают, например, когда изначально было правильно указано все необходимое. На заключительном этапе осуществляется контроль изделия на предмет соответствия его ТЗ.