ЧПУ и лазеры - что это такое? Третья часть о лазерном ЧПУ-гравере.
Какое-то время назад попал в мои неспокойные руки лазерный ЧПУ-гравер. Мой дорогой друг из мастерской DeadRabbit отправил мне его на временное пользование и хранение, станок занял свое почетное место на подоконнике и ждал своего часа. Ждать пришлось довольно долго, но вот, неделю назад, мой взгляд все же добрался до заветной машинки.
Итак, прошло непозволительно много времени с моих последних публикаций, потому в этой статье мы коснёмся сразу двух тем – что такое станки с ЧПУ и что такое лазер. Отойдем от моей дурной привычки копать глубоко в историю вплоть до Египта и Рима (помним правило – если что-то не придумали в древнем Египте, значит это сделали в Риме) и начнем сразу с ХIХ столетия. Я почти уверен, что эти ушлые древние наверняка тоже имели какую-нибудь чертовщину, аналогичную лазеру или ЧПУ, но археологи пока не откопали эту вундервафлю. Как только это случится, я обязательно перепишу данную главу цикла, а до тех пор придется довольствоваться тем, что имеем.
Что такое ЧПУ? Понятия не имею, поэтому буду изучать это вместе с вами.
Числовое Программное Управление или ЧПУ – компьютеризованная система управления, которая используя команды, написанные на специализированном языке программирования, управляет механизмами станка.
Сменяемые программы, нанесённые на перфокарты с помощью двоичного кода, использовались уже в жаккардовом ткацком станке, созданном в 1804 году. На перфокартах были закодированы два возможных положения исполнительного механизма — опуская или поднимая челнок, можно было программировать простые одноцветные узоры. Благополучно забьем на этот факт и сразу придем более высокотехнологичным системам. Почему? Я не представляю, как это работало. Поэтому я просто оставлю здесь кусочек статьи о применении перфокарт в жаккардовом станке для тех, кому все-таки интересно попытаться разобраться.
«Двоичным кодом набрана перфокарта. Челнок прокидывает в образовавшийся зев нить, формируя двусторонний орнамент, где одна сторона является цветовым или фактурным негативом другой. Поскольку для создания даже некрупного узора, требуется около 100 и более уточных нитей и ещё большее количество нитей основы, создавалось огромное количество перфорированных карт, которые связывались в единую ленту, Прокручиваясь, она могла занимать два этажа. Одной перфокарте соответствует один прокид челнока.»
Основоположником систем с ЧПУ считается Джон Т. Парсонс, профессор Массачусетского технологического института. В конце 40-х годов он разработал оборудование для кодирования управляющей программы на металлических перфокартах. Программа управляла приводами подач фрезерного станка.
В 1948г. система была принята в эксплуатацию в военной авиапромышленности США, первый коммерческий вариант системы стал доступен покупателям в 1952 г. Дальнейшее развитие шло по пути модернизации аппаратной части (электронные лампы-транзисторы-интегральные микросхемы), повышения точности, добавления функциональности. Параллельно шло и развитие методов и языков программирования для оборудования с ЧПУ.
Современные станки с ЧПУ – это машины и аппараты, оснащенные компьютеризированной системой управления приводами технологического оборудования, а также элементами станочной оснастки. Как показала практика, наиболее востребованы фрезерные, гравировально-фрезерные токарные и прессовальные станки с ЧПУ.
В чем выгода и польза от использования станков с ЧПУ? Автоматизация процесса и повышение точности выпускаемой продукции. Программа исключает ошибки, допускаемые в работе мастером-человеком, кроме того, одна и та же деталь по одному и тому же чертежу может быть изготовлена на любом аналогичном станке в любом количестве с минимальной разницей между единицами продукции. Человек на это не способен. Более того, обучение рабочего занимает время, а темп его работы в любом случае будет уступать машинному производству. И пусть во время своего появления к первым станкам с ЧПУ относились с недоверием, сейчас эта технология внедрена практически на большинстве производств от бумажной промышленности до металлургии.
В статье о личном опыте я расскажу непосредственно об устройстве имеющегося у меня в наличии станка, а пока перейдем к лазерам.
С лазером у нас все выйдет несколько проще, потому как физику в школе изучали все. Особо везучие сталкивались с ней еще и в университете, соответственно хотя бы краем уха, но касались темы. Лично я, обучаясь на строительном, крайне благодарен своему университетскому преподавателю по физике, который объяснил мне принцип работы лучевой пушки на примере падающего с крыши кирпича. Подобная наглядность мне всегда нравилась, и поэтому я постараюсь так же просто объяснить это тем, кто в физике не сведущ.
Снова начиная издалека, пройдемся сначала по явлению интерференции света. Все мы знаем, что естественный свет, преломляясь, разбивается на спектры, то есть раздельные пучки света разного цвета. Это происходит из за того, что естественный свет состоит из лучей с различной длинной волн. Первая особенность лазера – способность излучения частиц (а свет состоит из частиц, если вдруг кто забыл), имеющих одну и ту же длину волны. Это важно потому, что при преломлении таких лучей с помощью линзы мы можем сфокусировать их практически в одну точку.
Теперь главное – как это получается? В основе работы лазера лежит явление вынужденного излучения. Атом может находиться в двух энергетических состояниях – стабильном и возбужденном. Когда атом получает свой квант энергии, он переходит в возбуждённое состояние (не буду объяснять, что это такое, НО это не то, что вы подумали). В таком состоянии он находится очень недолго, и переходит обратно в стабильное, попутно излучая фотон. Если этот фотон каким-то образом попадает в другой атом, тот тоже переходит в возбуждённое состояние, и так далее. Таким образом возникает огромное количество фотонов с одной и той же длинной волны.
Сам лазер состоит из активной среды (с этими самыми атомами и фотонами) и двух зеркал – глухого и полупрозрачного. Полупрозрачное фактически пропускает только пару процентов из этих фотонов, но именно они и составляют лазерный луч.
Теперь складываем два плюс два и получаем что имеем – фотоны одной длинны волны и линзу, максимально фокусирующую их в одну точку.
Совмещаем оба вышеуказанных изобретения в одно устройство и – встречайте, лазерный ЧПУ-гравер, о котором я расскажу в следующей, финальной статье.
Данное устройство не мое, фото взято из интернета, но мое - аналогично. До нового года обязуюсь подвезти последнюю статью с личным опытом и своими работами.