激光加工技术在饭金加工中的应用
世界上第一台激光器是在1960 年，美国休斯实验室的T . H . Maiman 用直径6mm 、长45mm 的红宝石固体工作物质，成功地产生了波长0 . 6943um 的脉冲激光而诞生。激光也成了20 世纪60 年代最重大的科学发明之一。激光材料加工已成为一种新型的高能束流（High Energy Density Beam ）加工技术。
激光具有单色性、相干性和平行性的三大特点，特别适宜于航空、航天、汽车、造船和冶金工业、通信等行业的饭金加工工艺，为材料加工工艺提供了一种理想实用的新手段。如今，激光加工技术已从特殊用途的加工技术变为通用的、具有各种加工能力的精密加工技术。激光加工技术被誉为是“万能加工工具”、“未来制造柔性系统（FMS , Flexibility Manufactory System ）的共同加工手段，与电子束等高能束流被看作是解决新材料、新结构制造关键的“一把钥匙”。在未来的钣金机械加工中，将起到越来越重要的作用。
1 激光材料加工技术的原理和特点
激光一词的英文是LASER ，即Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation 的缩写，意思是受激辐射产生的光放大。在激光材料加工时，本质上反应是因为激烈的局部加热熔化和汽化材料产生，“自由电子的迅速释放，然后与金属的离子结构相互作用引起局部激烈声振子和声子”，结果产生了具有宽顶带辐射的“羽状烟柱”强烈的热效应。
图 1 所示是一种典型的激光加工装置，脉冲输入激励脉冲闪光灯3 ，瞬间产生剧烈光电子，受激辐射到激光材料 4 上，造成光放大，通过从全反射镜 1 到半反射镜5 之间沿谐振腔 2 反馈作用产生振荡，从半反射镜输出激光，再经过透镜6 将激光束聚焦到待加工处理的工件表面，即可进行激光材料加工。
图1典型的激光加工装置
1 一全反射镜
2 一谐振腔
3 一闪光灯
4 一激光材料
5 一半反射镜
6 一透镜
7 一保护带
8 一工件
9 一夹具10 一操作台
激光加工与其它加工技术相比，主要特点有：激光束单色性、相干性和平行性是其最显著的特点所在，并且具有非常高的能量密度，连续输出时可达到104～1011 W / cm2，脉冲输出可达到10 8～10 11 W / cm2，可以在瞬间使材料受热、熔化，甚至蒸发、汽化，作用时间仅为几毫秒，采用脉冲激光仅为US 级，冷却速度达到104 K / S 。
在激光材料加工过程中，激光对零件表面的加热，可以分为下列三种情况，见图 2 。( 1 ）当工件表面温度T达到相变温度时，可以施于钢铁材料的热处理，使表面相变强化。( 2 ）当工件表面温度T达到液化温度（沸点）时，可以对工件进行焊接、表面合金化、非晶化等材料加工。
( 3 ）当工件表面温度T达到汽化温度时，材料表面汽化、蒸发，能够完成打孔、切割、切边、剥线等工作。
图 2 激光加热全属相变图
材料表面加热的温度，是由激光辐射的功率决定的。低功率密度（103一104 W / c m2）的激光只能加热材料；功率密度提高到106～107W / c m2时，材料开始熔化；进一步提高到107W / cm 2以上时，材料开始蒸发、汽化。激光辐射引起材料内部的变化，改变功率密度W 要比改变总的激光功率N 更为重要，此外还与辐射作用时间t和离焦量X 有关。因此，只要调节好W 、t、X 这三个参数，就可得到不同的能量条件（图3 ) ，进行打孔、切割、成形、焊接、组织改性和冲击淬火等方面的工作。
图 3 激光材料加工的能量特征
1 一冲击淬火
2 一上光
3 一打孔、切割
4 一焊接
5 一表面淬火
6 一合金化、涂覆
而传统的饭金工艺方法，如冲裁、弯曲、挤压等，都离不开模具。采用模具成形有以下缺点：
( l ）增加生产成本，从而提高产品成本；
( 2 ）延长生产周期，从而影响交货期，
( 3 ）大量占据生产空间和工月库；
( 4 ）有回弹效应，影响加工重复性和精确度；
( 5 ）产品变化时，需要重新制造和更换模具，延长了生产准备周期；
( 6 ）模具设计主要参考类似模具的历史资料及设计人员的设计经验，工序安排和模具结构参数的选取带有随意性；
( 7 ）模具使用效果难以预测，需进行模具调试和反复试验。
2、激光打孔技术（Laser Holing )
激光打孔是一种最早达到实用化的激光材料加工技术。饭金激光打孔通常采用脉冲激光，能量密度107～108W / cm 2，作用时间10-3～10-2s ，能加工小到1 u m 的小孔，尤其适合加工与表面成各种角度（ 6 一90°）的小孔、薄壁零件的小孔、复合材料零件的深小孔及硬、脆、软和高强度等难加工材料上的微小孔。激光打孔与零件材料的刚性、强度、硬
度、脆性等力学性能无关，容易实现自动化。这点是传统的冲孔或钻孔工艺无法实现的。
国外对激光、电子束、超声波、电化学、射流、电火花和机械钻孔进行试验研究，结果表明，激光打孔具有效果好、通用性强、效率高、成本低、工装少等优点；且打孔精度高（士0.02mm ）、表面粗糙度好（Ra1 . 6 u m ) ，当采用数控激光打孔时，孔的位置精度约为5 um 。美国GE 公司研制出由计算机控制的激光打孔机，拥有Y AG 和鈮玻璃激光器和数控座标定位工作台。工作时能算出孔的横截面积，并与靶值数据进行比较，自动调整激光参数（w 、t、X ）。该机能在飞机饭金件和发动机燃烧室上打孔?0 . 127 ~1 . 27 X15.4mm ，与其它方法相比，仅激光打孔就可使每台发动机节省成本2500 美元。
饭金件激光打孔的直径主要与激光聚焦光斑大小有关，运用固体激光打孔时，最大打孔深度可根据入射激光功率密度和材料的热常数来求得。可由下公式计算：
（1）式中，H ―最大打孔深度，
W ―入射激光功率密度，
t ―激光脉冲宽度，
L ―饭金件材料熔解潜热，
C ―材料比热，
T v―材料沸点。
激光打孔的孔径范围一般是?1u m ～?1.524mm ，若大于?1．524mm 的孔可采用套料法打孔。激光套料打孔最适宜加工?0.5-3mm 的圆孔（h / d = 10：1 , hmax = 8mm ) ，提高生产率30 ％。但值得注意是，激光打孔不适宜于加工盲孔或台阶孔，也不能加工大孔；还有，越是容易反射激光、导热性好、熔点高而蒸发压力低的材料，打孔就越困难。因此，激光打孔也是有局限性的。
3 激光切割技术（Laser Cutting )
激光切割技术应用最广泛，所占激光材料加工的比例超过50 % ，就CO2激光加工来说，切割的比例竟高达80 ％。与传统的冲裁工艺和其它切割方法相比，激光切割具有极大的优越性。
( l ）激光切割可与CAD / CAM 技术相结合，从而实现高效率的自动化切割生产
( 2 ）当切割材料参数发生变化时，激光切割能克服冲裁工艺需要重新制造和更换模具的缺点、缩短生产准备周期，降低生产成本。在单件小批量加工中更显优势。
( 3 ）激光切割易于控制，实现连续生产和并行加工，减少安装时间，提高了生产效率。
( 4 ）激光切割机和冲压设备相结合或安装上冲头，使其成为具有切割、冲孔等多种加工功能的组合加工中心，进行柔性生产，根据工艺需要选择光学（激光）或机械的加工方式。
( 5 ）激光切割应用范围广，可完成用机械方法难于切割的各种高硬度、高熔点的金属、非金属以及硬质、危性、粘性、柔性材料和薄壁管件，并具有切缝窄、速度快、热变形小、切割部位和切口平整等优点，可实现套裁节约材料，切口平整等优点．切割部位和切割温度能方便而灵活地予以控制，便于实现生产自动化。
切割使用的是CO2激光或Y AG 激光器，从5W 的小功率型到90KW 的大功率型已有系列产品，而切割饭金件主要是用100 ～1500W 范围。因为输出功率＜1500W ，振荡模式为单模，割缝宽度可窄到0.15 ～0.20mm ，切割面也很整洁；而输出功率＞1500W ，振荡模式为多模，割缝宽度近lmm ，切割面也稍微沾有污物。
国外航空工业部门对激光切割表现出极大兴趣。美国道格拉斯公司与休斯公司合作研制
出的直接数控激光切割机，主要由一台储存切割信息的计算机，一台线性马达定位装置、一台500WCO2激光器组成，道格拉斯公司已用于切割飞机的合成材料，如F 一15 战斗机的硼环氧树脂尾翼壁板。据《American Mechinistcs 》报道，美国比奇公司研制出2 套最先进的五座标CNC 激光切割系统（780 Beam Director ) ，其中一套采用了750W的Coherent General S48CO2 激光器，另一套采用1500W 的Lumonic VFO15C02激光器。加工方向为X（99cm）、Y(69cm)：Z ( 69om ）、C（水平转动士185°）、 D （垂直面转动士135°），该系统除了可用于CO2激光器外，还可用于其它类型如Y AG 激光器。目前，比奇公司正用这两套切割系统加工“星舟”公务机和 C 一17 运输机上的Incolog 800的铁基Ni一Cr 高柱合主排气管。
激光切割钢板在日本工业中应用最广泛，CAD / CAM 技术和现代激光技术相结合成为尖端FMS 生产技术。先进的三维切割系统主要用于汽车工业中大规范生产前的样车生产。许多汽车配件厂的激光切割机引入了成像扫描技术，将待切割的几何数据存入生产中的CAD / CAM 系统，为加工工件模型作准备和为激光器提供动态信息、工艺参数，快捷地完成高精度复杂零件的切割。
运用高功率连续CO2 激光器切割时，切割的穿透深度（Z ）可以通过材料中的吸收的入射辐射（I ）是按照Bear 指数吸收定律来估计的：
（2）切割速度（V ）的计算：
（3）式中， a ―饭金材料对一定波长激光吸收系数，
R ―饭金材料表面的反射率，
W ―激光器功率密度，
d ―激光在熔化深度内的焦斑直径，
K ―材料导热率，
X ―规定的切割深度。
4 激光成形技术（Laser Forming )
饭金激光成形是近年发展起来的一项无模具成形新技术，如激光冲击成形、激光弯曲成形等，可用来弯曲板材、成形半球体、球体、S 形等异形截面零件，或在管子的特定区域作凸缘、收缩、胀形，如飞机上的连接角片、隔板、型材、支架、蒙皮和汽车上的灯罩等。
4 .1激光冲击成形技术（Laser shock rorming )
激光冲击成形，如图 4 所示，即利用激光束对饭金件毛料涂覆层进行照射，涂覆层受热后蒸发，产生冲击波，从而使板料产生塑性变形。
图4：激光冲击成形原理图
1---透明层2一压边圈3 一毛抖4—涂覆层5 一凹模6 一出气孔
饭金板件在激光冲击成形前，在零件表面上实施涂覆工艺“表面黑化处理”，然后在涂覆层上再覆盖一层透明材料，称之为透明层，如流动的水。激光照射时，透过透明层，光束能量被不透光的涂覆层初步吸收，蒸发一薄层涂覆层材料。蒸发了涂覆层材料继续吸收光束的剩余能量，从而迅速成为高压气体。高压气体在透明层的限制下，产生冲击应力波，并作用在工件上，使工件产生变形。同时，来自高压气体的部分应力波穿透工件表面，使一定深度的表层产生残余压应力，有助于强化工件表层，提高疲劳寿命。另外，还有一部分应力波则穿过透明材料，称之为应力波损失。
因工艺参数选择（X、Y、Z）及涂覆上艺的差异，激光冲击成形不同于激光冲击悴火（Laser Impaot Harden ）。激光冲击淬火时，脉冲瞬时作用于材料表面而形成强冲击波，可使材料表层一薄层金属迅速蒸发汽化，产生预应力表面，呈现优异的冶金特性；而激光冲击成形反使表面涂覆层蒸发。虽然激光冲击成形产生大量的热，但在大多数情况下，工件表面温度仅达到149 ℃左右，而且达到这种温度的时间为数ms ，并未改变材料的微观结构。因此，激光冲击成形仍属于冷加工成形范畴。
激光冲击成形工艺十分适合于自动化生产，通过与传输系统相连，构成柔性生产单元。图 5 是典型的激光冲击成形自动化生产线布局。首先，饭金件经过传输系统送到工件装载站，在此完成零件的预处理一涂覆，然后装上工作台，进行激光成形。成形后的工件送至卸载站，完成零件的卸载、表面徐覆层的剥离及质检等工作。最后，零件经传输系统送入零件库或进行其他处理。整个生产过程均采用电子计算机控制，包括工艺参数的控制。
图 5 激光冲击成形自动化生产线布局
5 . 2 激光弯曲成形技术（Laser Hend Forming )
激光弯曲成形（图 6 ) ，是将激光照射在工件所要弯曲成形的局部表面上，材料受热后用冷却介质（如水和气体）急剧冷却，产生局部ζ一ε场，使材料产生弯曲变形。激光弯曲成形系统主要由激光源、反射镜、座标激光头、工作台、单轴旋转器、冷却系统、监视器、中心计算机等组成。激光源能产生多功率的激光束；激光头能在X 、Y方向移动光束；工作台可定位装夹工件和进行X 、Y、Z 三维方向运动；单轴旋转器可在工作台上旋转工件；监视器用来获得工件的温度分布和形状变化的数据，并反馈给中心计算机。
图 6 激光弯曲成形机的组成
激光弯曲成形是一种无模成形工艺，生产效率高，成本低；弯曲时不需外力、无回弹效应、精度高；适用于用传统工艺方法难以或不可能成形的硬质、脆性材料，如铸铁、Mo、Ti 等。
激光弯曲成形过程如下：
( l ）将饭金零件信息、材料、形状、尺寸、成形技术条件输入中心计算机。
( 2 ）计算机对信息进行处理，并确定各种加工参数。
( 3 ）激光束照射在工件表面上，并沿着所设定的路线在工件表面上移动。
( 4 ）对材料受热区进行合乎要求的快速冷却。
激光弯曲成形可用平板弯曲出S 形截面、锥体甚至球体零件。成形参数与激光功率、光斑直径、光束与工件相对运动速度、材料性能和厚度、弯曲半径有关。一旦建立数据库和物理影响因素库，它们将用于有限的材料和一定形状的零件。使用新材料或成形特殊形状零件或零件形状更改时，均需要重新建立成形参数。零件的形状是由材料的变形方式和变形程度来决定，可通过计算机来控制。因此，激光弯曲成形特别适宜批量大的饭金零件弯曲成形。
5 激光焊接技术（Laser Welding )
激光焊接是激光材料加工技术中发展最迅速的领域。如今，工业发达国家已成功地将激光焊接应用于汽车、航天、航空等工业领域，在美国激光焊接的最大用户是汽车工业，所占比重为57 % ，其次是航天、航空，约占13 ％。我国的部分汽车厂也开始采用激光焊接技术。
激光焊接的主要优点是单位长度焊缝获得的能量密度大、焊接速度高、焊缝热影响小、变形小、接头力学性能好、焊缝外廓尺寸不受限制。激光焊接主要有脉冲和连续焊接二种，大功率激光焊接属于连续焊接。激光焊接可实现各种金属、合金，以至复合材料、陶瓷的焊接。金属材料在功率密度105~106w / c m2的激光辐射下，迅速熔化，产生液态金属熔池，并在熔池中形成空洞，空洞中金属猛烈汽化，其蒸汽压力沿空洞扩张，在其作用的位置形成窄而深的焊缝。与等离子束、电子束焊接相比，激光焊接具有熔池净化效应，能纯净焊缝金属，焊缝的力学性能优于母材，且焊缝深宽比大，热影响区小，这对要求有高质量的饭金焊接件特别有利。
激光焊接焊缝的熔深和形状取决于被焊金属的热物理性能、焊缝吸收和反射的激光能量、激光束的总功率及比功率、焊接速度、保护气体的种类和保护方式。激光焊接在焊接规范即输出功率、焊速、透镜焦距不变的情况下，影响熔化效率的最重要的工艺参数是激光焦平面与被焊材料的相对位置，一般应使焦平面稍低于被焊材料表面。激光束与熔池表面的张角为70 ~75°时能量密度最大，且熔深也最大。对于连续激光焊接，焊接速度与焊接深度成反比。在100 ~5000W 之间，焊接的速度与输出功率大致呈线性关系。激光深熔焊接的深宽比高（h /l = 15：l～12 ：1 ) ，其工效比传统工艺方法高30 倍，可实现对接焊、搭接焊、充填焊和角焊。
从技术经济上考虑，用大功率激光器来焊接件厚度δ﹥25mm 的大型饭金构件，其优势就不如电子束焊接（据报道，现在德国已研制成功用于焊接δ= 100mm 的高于100Kw 的高功率电子束焊机）。因此，大功率的激光焊接与电子束焊接配合使用在经济上最合理。目前，在欧美发达国家中，功率为5～25W 的生产型焊机一般用于焊接中等厚度δ＝3～20mm ）的钢及合金。由于大功率的生产型激光焊机费用昂贵及数量不足，激光焊接的应用受到很大的限制。
世界上首台三维激光焊机在1986 年诞生于美国，这是一台由标准OPTIMO 派生的专用机，双高架结构，有 4 个顶端套筒，14 个小型计算机数控轴，可以实现整个汽车车身的立体焊接。主要技术指标：焊接薄板和镀锌板δ=0.8mm ，焊速V= 2500mm / min ，设各总运行功率140KW ，激光器功率5KW ，保护氦气耗量2 .8NM / h ，工作范围X =2000
mm 、Y=2800mm、Z=800mm，整个过程可重复性±0.05mm 。
R . Fumagalli 在《Laser Magazim 》一文中介绍了激光焊接在汽车工业中的应用，制造车身样机，对切割形状一次性编程，从而可代替对所有部件作轮廓划线；几乎可以对所有饭金件进行焊接。
6、总结与展望
1、高能束流激光材料加工技术是现代科学技术协调发展的产物。激光打孔、激光切割、激光成形和激光焊接技术在饭金工艺中的应用，必将为饭金材料加工和制造技术带来重大变革。
2、激光技术除了用于材料加工外，还在无损探伤、检验、准直、扫描测量、刻蚀、陀螺、测距、摄影等高新技术领域显示出日益广阔的应用前景。
3、激光加工作为信息时代的一种新型加工工艺，对提高产品质量、劳动生产率、自动化、无污染、减少材料消耗等起到愈来愈重要的作用，既得到其他高新技术发展的有力支撑，又受到社会经济迅速发展强烈要求的牵引，正保持着强劲的发展势头。预期它将沿着以下一些方向发展：
（1）数控化和综合化
把激光器与计算机数控技术、先进的光学系统以及高精度和自动化的工件定位相结合，形成研制和生产加工中心，已成为激光加工发展的一个重要趋势。
（2）小型化和组合化
国外已把激光切割和模具冲压两种加工方法组合在一台机床上，制成激光冲床，它兼有激光切割的多功能性和冲压加工的高速高效的特点，可完成切割复杂外形、打孔、打标、划线等加工。
（3）高频度和高可靠性
目前，国外脉冲Y AG 激光器的重复率已达2000 Hz ，连续二极管泵浦的Y AG 激光系统输出功率已达10kW , 100W 的器件已商品化。二极管阵列泵浦的Nd : Y AG 激光器的平均维修时间已从原来的几百小时提高到 1 ～ 2 万小时。最近Jenoptik Laserdiode 公司已研制出了2kW 的二极管激光器，其快慢轴光束参数积＜200 mm 2mrad ，可直接用于激光加工。
（4）超快和紫外激光加工
适用微电子、微机械和分子生物学发展的需要，利用波长更短的激光，包括X 射线激光、其它固体激光的高次谐波、特别是准分子激光，发展亚微米和纳米加工，如打极小的孔、刻极微细的槽、进行极微细的三维雕刻、纳米机电零件的清洗与搬运等。同时，可用激光对生物细胞及其中的染色体进行切割、搬运和改造，成为生物工程和医学研究的一种精密工具。目前，全固化266 nm 的紫外激光器输出功率已达20W；193 nm 准分子激光已达到10W 、4 kHz 。
总之，激光加工是21 世纪最具竟争力的先进加工技术，展望它的发展前景是十分广阔的。
FIBERBLADE Cutting System 光纤激光切割机 一、Messer激光切割系统介绍 1、机器原理 梅塞尔公司在工业用激光切割机的开发和制造领域已有近40年的经验. 其激光技术得到 了世界范围的认可, 并在许多不同领域得到应用. 划时代的技术发展, 如专利激光切割头, 表明了梅塞尔公司的技术能力. 在此领域为激光加工建立的新标准将为客户带来巨大的利益. 产品系列包括: 2维激光切割系统 3维激光切割系统
激光焊接系统 自动化设备 装料及卸料系统 通过与世界领先的激光器厂商的常年合作, 保证机器与激光的最佳组合. 其大激光功率及用户友好式的CNC数控系统适应高速切割及广泛的生产制造领域. Fiberblade具备良好的动态性能, 在宽广范围内可实现切割与零件重量无关的高精度无挂渣的成品零件. 机器配合编程软件及相应自动套料程序, 可实现快速高效的零件编程, 扩展机器应用. 应用激光束作为工具, 切割速度快, 成品部件割缝窄, 精度高. 可无困难地实现复杂轮廓的切割. 切口边缘光洁、无毛刺, 绝大多数场合下无需后续处理. Fiberblade主要应用领域为金属加工, 特别是碳钢、不锈钢和铝材. 该系统既可应用氧气切割, 也可采用保护气体实现高压切割. 经测试其可切割性后, 该系统可切割金属合金、塑料以及非金属材料机器设计理念除了实现最佳切割结果外, 同样关注环境保护问题. 采用抽烟除尘装置可满足最严格的排放标准. 机器可满足现有安全规程, 满足相关CE标准. 2、功能描述
Fiberblade激光切割机,是一个集最新动力工程，电脑数控和光纤激光器技术的全新技术 发展水平的设计它是市面上最先进的紧凑型中规格工业级光纤激光切割系统；无需激光器 维护的低维修费系统，高效率、低功耗。 机器工作台采用交换式工作台系统，减少上料时间. 该系统交替使用两块台面. 切割一块台面上的板材, 同时另一块台面位于工作区域外. 操作员可取下成品部件并换上新板, 机器同时进行切割. 另一台面上的工件完成后, 由工作区域换出, 新板就位. 板材置于工作台支架上并确定位置后, 切割头随垂直定位轴下降. 传感控制器保证切割头维持正确定位, 可避免板材变形引起的问题. 激光束通过光纤传输到切割头上, 然后由透镜聚焦. 切割头沿工件轮廓移动, 但不与工件接触, 激光束和切割气体通过割嘴聚集到工件上. 横向运动通过溜板滑动定位实现. 纵向运动由车架自行移动实现. 两套同步驱动伺服电机确保设备的高精度, 轴向运动的高加速度, 可变激光功率控制, 可切割如窄条, 尖角等的复杂图形部件. 通过CNC数控系统可自动设定切割参数如气体种类, 气体压力, 激光参数. CNC数控系统内的切割数据及图形数据的分离, 可实现快速变化的工作要求, 并增加机器功能的灵活性, 适用范围更广. 由随动式直接抽风系统, 把切割过程中产生的尘粒抽出, 并经过烟尘过滤后, 达到安全及环境规范的排放要求. 二、标准配置介绍 1、机器构造
我国激光切割技术的发展现状 激光切割是激光加工行业中最量要的一项应用技术,由于具有诸多特点,已 广泛地应用于汽车、机车车辆制造、航空、化工、轻工、电器与电子、石油和冶金等工业部门。近年来,激光切割技术发展很快,国际上每年都以20%~30%的速度增长。 我国自1985年以来,更以每年25 %以上的速度增长。由于我国激光工业基础较差,激光加工技术的应用尚不普遍,激光加工整体水平与先进国家相比仍有较大差距,相信随着激光加工技术的不断进步,这些障碍和不足会得到解决。激光切割技术必将成为21 世纪不可缺少的重要的钣金加工手段。激光切割加工广阔的应用市场,加上现代科学技术的迅猛发展,使得国内外科技工作者对激光切割加工技术进行不断探入的研究,推动着激光切割技术不断地向前发展。 (1伴随着激光器向大功率发展以及采用高性能的CNC及伺服系统,使用高功率的激光切割可获得高的加工速度,同时减小热影响区和热畸变;所能够切割的材料板厚也格进一步地提高,高功率激光可以通过使用Q 开关或加载脉冲波,从而使低功率激光器产生出高功率激光。 (2根据激光切割工艺参数的影响情况,改进加工工艺,如:增加辅助气体对切割熔渣的吹力;加入造渣剂提高熔体的流动性;增加辅助能源,并改善能量之间的耦合;以及改用吸收率更高的激光切割。 (3激光切割将向高度自动化、智能化方向发展。将CAD/CAPP/CAM以及人工智能运用于激光切割,研制出高度自动化的多功能激光加工系统。 (4根据加工速度自适应地控制激光功率和激光模式或建立工艺数据库和专家自适应控制系统使得激光切割整机性能普遍提高。以数据库为系统核心,面向通用化CAPP开发工具,对激光切割工艺设计所涉及的各类数据进行分析,建立相适应的数据库结构。
第一章 激光切割方法 1.1 激光熔化切割 在激光熔化切割中，工件被局部熔化后借助气流把熔化的材料喷射出去。因为材料的转移只发生在其液态情况下，所以该过程被称作激光熔化切割。 激光光束配上高纯惰性切割气体促使熔化的材料离开割缝，而气体本身不参于切割。 ——激光熔化切割可以得到比气化切割更高的切割速度。气化所需的能量通常高于把材料熔化所需的能量。在激光熔化切割中，激光光束只被部分吸收。 ——最大切割速度随着激光功率的增加而增加，随着板材厚度的增加和材料熔化温度的增加而几乎反比例地减小。在激光功率一定的情况下，限制因数就是割缝处的气压和材料的热传导率。 ——激光熔化切割对于铁制材料和钛金属可以得到无氧化切口。 ——产生熔化但不到气化的激光功率密度，对于钢材料来说，在104W/cm2～105 W/cm2之间。 1.2 激光火焰切割 激光火焰切割与激光熔化切割的不同之处在于使用氧气作为切割气体。借助于氧气和加热后的金属之间的相互作用，产生化学反应使材料进一步加热。由于此效应，对于相同厚度的结构钢，采用该方法可得到的切割速率比熔化切割要高。 另一方面，该方法和熔化切割相比可能切口质量更差。实际上它会生成更宽的割缝、明显的粗糙度、增加的热影响区和更差的边缘质量。 ——激光火焰切割在加工精密模型和尖角时是不好的（有烧掉尖角的危险）。可以使用脉冲模式的激光来限制热影响。 ——所用的激光功率决定切割速度。在激光功率一定的情况下，限制因数就是氧气的供应和材料的热传导率。 1.3 激光气化切割 在激光气化切割过程中，材料在割缝处发生气化，此情况下需要非常高的激光功率。 为了防止材料蒸气冷凝到割缝壁上，材料的厚度一定不要大大超过激光光束的直径。该加工因而只适合于应用在必须避免有熔化材料排除的情况下。该加工实际上只用于铁基合金很小的使用领域。 该加工不能用于，象木材和某些陶瓷等，那些没有熔化状态因而不太可能让材料蒸气再凝结的材料。另外，这些材料通常要达到更厚的切口。 ——在激光气化切割中，最优光束聚焦取决于材料厚度和光束质量。 ——激光功率和气化热对最优焦点位置只有一定的影响。
激光切割技术及发展 作者：张莽 学号：200803050503 （红河学院 云南红河哈尼族、彝族自治洲 661100） 摘要：激光切割技术广泛应用于金属和非金属材料的加工中，可大大减少加工时间，降低加工成本，提高工件质量。由于它具备精密制造、柔性切割、异型加工、一次成形、速度快、效率高等优点，所以在工业生产中解决了许多常规方法无法解决的难题。激光能切割大多数金属材料和非金属材料。 关键词：激光切割技术 应用 优缺点 发展现状 Laser Cutting Technology and Development Zhang Mang 200803050503 (The HongHe University of Yunnan HongHe Hani Nationality, Yi Autonomous State 661100) Abstract: Laser cutting technology is widely used in metallic and nonmetallic material processing, can greatly reduce the processing time, reduce the processing cost and improve the quality.Because it has precision manufacturing, flexible cutting, the heterogeneous type processing, once shaping, speed and higher efficiency, so in industrial production in solving many conventional method can not solve the problem. Laser can cut most metal materials and nonmetal materials . Keywords: Laser cutting technology; Application; Advantages and Disadvantages; Development situation 引言 在五、六十年代作为板材下料切割的主要方法中：对于中厚板采用氧乙炔火焰切割；对于薄板采用剪床下料，成形复杂零件大批量的采用冲压，单件的采用振动剪。七十年代后，为了改善和提高火焰切割的切口质量，又推广了氧乙烷精密火焰切割和等离子切割。为了减少大型冲压模具的制造周期，又发展了数控步冲与电加工技术。各种切割下料方法都有其有缺点，在工业生产中有一定的适用范围。从二十世纪七十年代以来随着CO 2激光器及数控技术的不断完善和发展，目前已成为工业上板材切割的一种先进的加工方法。 1 激光切割的原理 在激光束能量作用下（氧助切割机制下，还要加上喷氧气与到达燃点的金属发生放热反应放出的热量），材料表面被迅速加热到几千乃至上万度（℃）而熔化或气化，随着气化物逸出和熔融物体被辅助高压气体（氧气或氮气等惰性气体）吹走，切缝便产生了[1]。脉冲激光适用于金属材料, 连续激光适用于非金属材料,后者是激光切割技术的重要应用领域。与计算机控制的自动设备结合,激光束具有无限的仿形切割能力,切割轨迹修改方便通过预先在计算机内设计, 进行众多复杂零件整张板排料,可实现多零件同时切割, 节省材料[2]。
激光切割加工工艺与传统加工工艺的区别 随着钣金加工工艺的飞速发展，加工工艺也是日新月异，给钣金加工带来了许多革命性的理念。作为传统的钣金切割设备，主要有： 1、数控剪床 2、冲床 3、火焰切割 4、等离子切割 5、高压水切割 这些设备在市场上占有相当大的市场份额，一则他们熟为人知，二则价格便宜，虽然他们相对于激光切割等现代工艺来说劣势非常 明显，但他们也各自有自己独特的优势。 数控剪床由于其主要是直线裁剪，虽然能一刀剪长达4米的板材，但它只能用在只需要直线切割的钣金加工上。一般用在板材开平后 裁剪等仅仅需要直线切割的行业中。 冲床在曲线加工上有了更多的灵活性，一台冲床中可以有一套或多套方、圆或其他特殊要求的冲头，可以一次加工出一些特定的钣 金工件，最常见的就是机箱机柜行业，他们要求的加工工艺主要是 直线、方孔、圆孔之类的切割，图案相对简单固定。他们主要面对 的是2mm以下的碳钢板，幅面一般在2.5m×1.25m。厚度在1.5mm 以上的不锈钢由于材质粘度太大比较费模具，一般是不使用冲床的。其优点是对简单图形和薄板加工速度快，缺点是冲厚钢板时能力有限，即使能冲也是工件表面有塌陷，费模具，模具开发周期长，费 用高，柔性化程度不够高。国外超过2mm以上的钢板切割加工一般 都使用更现代的激光切割，而不使用冲床，一则厚钢板冲剪时表面 质量不高，二则冲厚钢板需要更大吨位的冲床，浪费资源，三则冲 厚钢板时噪音太大，不利于环保。
火焰切割作为最初的传统的切割方式由于其投资低，过去对加工质量要求不高，要求太高时再加一道机加工的工序可以解决，市场保有量非常大。现在它主要用来切割超过40mm的厚钢板。它的缺点是切割时热变形太大，割缝太宽，浪费材料，再者加工速度太慢，只适合粗加工。 等离子切割和精细等离子切割跟火焰切割类似，热影响区太大，精度却比火焰切割大许多，速度也有数量级的飞跃，成为了中板加工的主力军。国内顶级的数控精细等离子切割机的实际切割精度的上线已经达到了激光切割的下限，在切割22mm碳钢板时达到了2米多每分钟的速度，且切割端面光滑平整，斜度最好的可控制在1.5度之内，缺点是在切割薄钢板时热变形太大，斜度也较大，在精度要求高时无能为力，消耗品较为昂贵。 高压水切割是利用高速水射流中掺杂金刚砂实行对钣金的切割，它对材质几乎没有限制，切割的厚度也几乎可达100mm以上，对陶瓷、玻璃等用热切割时容易爆裂的材质也可以切割，铜、铝等对激光高反射材料水刀是可以切割的，而激光切割却有较大的障碍。水切割的缺点是加工速度太慢，太脏，不环保，消耗品也较高。 激光切割是钣金加工的一次工艺革命，是钣金加工中的“加工中心”。激光切割柔性化程度高，切割速度快，生产效率高，产品生产周期短，为客户赢得了广泛的市场。激光切割无切削力，加工无变形;无刀具磨损，材料适应性好;不管是简单还是复杂零件，都可以用激光一次精密快速成形切割;其切缝窄，切割质量好、自动化程度高，操作简便，劳动强度低，没有污染;可实现切割自动排样、套料，提高了材料利用率，生产成本低，经济效益好。该技术的有效生命期长，目前在国外超构2毫米的板材大都采用激光切割，许多国外的专家一致认为今后30-40年是激光加工技术发展的黄金时期(是钣金加工发展的方向)。 切割精度是判断数控激光切割机质量好坏的第一要素。影响数控激光切割机的切割精度的四大因素： 1.激光发生器的激光凝聚的大小。聚集之后如果光斑非常小，则切割精度非常高，要是切割之后的缝隙也非常小。则说明激光切割
激光切割加工基础知识 第一部分 激光切割的原理和功能 一、激光切割的原理 激光切割是由电子放电作为供给能源，通过 He 、N 2、CO 2 等混合气体为激发媒介，利用反射镜组聚焦产生激光光束，从而对材料进行切割。 激光切割的过程：在数控程序的激发和驱动下，激光发生器内产生出特定模式和类型的激光，经过光路系统传送到切割头，并聚焦于工件表面，将金属熔化；同时, 喷嘴从与光束平行的方向喷出辅助气体将熔渣吹走；在由程控的伺服电机驱动下，切割头按照预定路线运动，从而切割出各种形状的工件。 图1：激光切割示意图 二、机床结构 SLCF-X15×40F 数控激光切割机是意大利普瑞玛（PRIMA ）工业公司的主导机型——悬臂式飞行光路结构的激光切割机，加工板材尺寸为1500×4000毫米，配有交换工作台。 （一） 该机型的主要特点如下： ● 悬臂式开式结构，可从三个方向上下料，人机接近性极好，可放置超长超宽的 板材。 ● 可移动式切割工作台与主机分离，柔性大。可加装焊接、切管等功能。 ● 精密传动部件不在切割区域内，防护容易，也不会由于工作台及床身切割热变 形影响机床的精度。 ● 从根本上消除了电器双边同步锁产生的误差，避免了横梁的扭动，使得光路稳 定，切割精度提高。 ● 配有高速的Z 轴系统，同时可通过数控系统控制辅助气体的压力、流量等，大 大提高了加工效率。 ● 新型的PM —400V2.0智能化编程软件，具有蛙跳、共边切割、优化套排料、高 效穿孔、尖角处理等功能。 ● 具有先进的多腔分室除尘系统，比单纯的抽风系统除尘效果更高。 1—激光器；2—激光束；3—全反射棱镜；4—聚焦物镜；5—工件；6—工作台
激光切割基础知识 第一部分 激光切割的原理和功能 一、激光切割的原理 激光切割是由电子放电作为供给能源，通过 He 、N 2、CO 2 等混合气体为激发媒介，利用反射镜组聚焦产生激光光束，从而对材料进行切割。 激光切割的过程：在数控程序的激发和驱动下，激光发生器内产生出特定模式和类型的激光，经过光路系统传送到切割头，并聚焦于工件表面，将金属熔化；同时, 喷嘴从与光束平行的方向喷出辅助气体将熔渣吹走；在由程控的伺服电机驱动下，切割头按照预定路线运动，从而切割出各种形状的工件。 图1：激光切割示意图 二、机床结构 SLCF-X15×40F 数控激光切割机是意大利普瑞玛（PRIMA ）工业公司的主导机型——悬臂式飞行光路结构的激光切割机，加工板材尺寸为1500×4000毫米，配有交换工作台。 （一） 该机型的主要特点如下： ● 悬臂式开式结构，可从三个方向上下料，人机接近性极好，可放置超长超宽的 板材。 ● 可移动式切割工作台与主机分离，柔性大。可加装焊接、切管等功能。 ● 精密传动部件不在切割区域内，防护容易，也不会由于工作台及床身切割热变 形影响机床的精度。 ● 从根本上消除了电器双边同步锁产生的误差，避免了横梁的扭动，使得光路稳 定，切割精度提高。 ● 配有高速的Z 轴系统，同时可通过数控系统控制辅助气体的压力、流量等，大 大提高了加工效率。 1234561—激光器；2—激光束；3—全反射棱镜；4—聚焦物镜；5—工件；6—工作台
●新型的PM—400V2.0智能化编程软件，具有蛙跳、共边切割、优化套排料、高 效穿孔、尖角处理等功能。 ●具有先进的多腔分室除尘系统，比单纯的抽风系统除尘效果更高。 （二）机床的结构主要由以下几部分组成： 1、床身 全部光路安置在机床的床身上，床身上装有横梁、切割头支架和切割头工具，通过特殊的设计，消除在加工期间由于轴的加速带来的振动。机床底部分成几个排气腔室，当切割头位于某个排气室上部时，阀门打开，废气被排出。通过支架隔架，小工件和料渣落在废物箱内。 2、工作台 移动式切割工作台与主机分离，柔性大，可加装焊接、切管等功能。配有两张1.5米×4米的工作台可供交换使用，当一个工作台在进行切割加工的同时，另一张工作台可以同时进行上下料操作，有效提高工作效率。两个工作台可通过编程或按钮自动交换。 工作台下方配有小车收集装置，切割的小料及金属粉末会集中收集在小车中。 3、切割头 是光路的最后器件，其内置的透镜将激光光束聚焦，标准切割头焦距有 5 英寸和 7.5 英寸(主要用于割厚板)两种。良好的切割质量与喷嘴和工件的间距有关，本机切割头使用德国PRECITEC公司生产的非接触式电容传感头，在切割过程中可实现自动跟踪与修正工件表面与喷嘴的间距，调整激光焦距与板材的相对位置，以消除因被切割板材的不平整对切割材料造成的影响。自动找准材料的摆放位置（红光指示器）。 4、控制系统 控制系统包括数控系统（集成可编程序控制器PLC）、电控柜及操作台。PMC-1200数控系统由32位CPU控制单元、数字伺服单元、数字伺服电机、电缆等组成，采用全中文才做界面，10.4"彩色液晶显示器，能实现机外编程计算机与机床的控制系统进行数据传输通讯（具有232接口），具有加速、突变限制；具有图形显示功能，可对激光器的各种状态进行在线和动态控制功能。 5、激光控制柜 控制和检查激光器的功能，并显示系统的压力、功率、放电电流和激光器的运行模式。 6、激光器 采用原装进口德国ROFIN公司SLAB3000W型激光发生器，是目前世界先进的RF 激励板式放电的二氧化碳激光器。其心脏是谐振腔, 激光束就在这里产生，激光气体是由二氧化碳﹑氮气﹑氦气的混合气体，通过涡轮机使气体沿谐振腔的轴向高速运动，气体在前后两个热交换器中冷却，以利于高压单元将能量传给气体。 7、冷却设备 冷却激光器、激光气体和光路系统。 8、除尘装置 内置管道及风机，改善了工作环境。切割区域内装有大通径除尘管道及大全压的离心式除尘风机，加之全封闭的机床床身及分段除尘装置，具有较好的除尘效果。 9、供气系统 包括气源、过滤装置和管路。气源含瓶装气和压缩空气（空气压缩机、冷干机）。
第一章激光切割方法 1.1 激光熔化切割 在激光熔化切割中，工件被局部熔化后借助气流把熔化的材料喷射出去。因为材料的转移只发生在其液态情况下，所以该过程被称作激光熔化切割。 激光光束配上高纯惰性切割气体促使熔化的材料离开割缝，而气体本身不参于切割。 ——激光熔化切割可以得到比气化切割更高的切割速度。气化所需的能量通常高于把材料熔化所需的能量。在激光熔化切割中，激光光束只被部分吸收。 ——最大切割速度随着激光功率的增加而增加，随着板材厚度的增加和材料熔化温度的增加而几乎反比例地减小。在激光功率一定的情况下，限制因数就是割缝处的气压和材料的热传导率。 ——激光熔化切割对于铁制材料和钛金属可以得到无氧化切口。 ——产生熔化但不到气化的激光功率密度，对于钢材料来说，在104W/cm2～105 W/cm2之间。 1.2 激光火焰切割 激光火焰切割与激光熔化切割的不同之处在于使用氧气作为切割气体。借助于氧气和加热后的金属之间的相互作用，产生化学反应使材料进一步加热。由于此效应，对于相同厚度的结构钢，采用该方法可得到的切割速率比熔化切割要高。 另一方面，该方法和熔化切割相比可能切口质量更差。实际上它会生成更宽的割缝、明显的粗糙度、增加的热影响区和更差的边缘质量。 ——激光火焰切割在加工精密模型和尖角时是不好的（有烧掉尖角的危险）。可以使用脉冲模式的激光来限制热影响。 ——所用的激光功率决定切割速度。在激光功率一定的情况下，限制因数就是氧气的供应和材料的热传导率。 1.3 激光气化切割 在激光气化切割过程中，材料在割缝处发生气化，此情况下需要非常高的激光功率。 为了防止材料蒸气冷凝到割缝壁上，材料的厚度一定不要大大超过激光光束的直径。该加工因而只适合于应用在必须避免有熔化材料排除的情况下。该加工实际上只用于铁基合金很小的使用领域。 该加工不能用于，象木材和某些陶瓷等，那些没有熔化状态因而不太可能让材料蒸气再凝结的材料。另外，这些材料通常要达到更厚的切口。
三维激光切割加工 性能参数 耗电耗材： 系统耗电：<8KW(根据选配激光器功率大小而异) 零星耗材：<0.5元/小时(包括高功率激光器水冷系统的滤芯、切割头气嘴和切割头保护镜片) 吹气费用：<6元/小时(以用纯氧辅助切割2MM内碳钢为例) 三维切割系统的技术优势： 1.因为采用了业内最高精度的史陶比尔机械手，本体较轻，切割速度快，在小弧度的精细切割和大边的高速切割方面具有明显优势，实际切割速度可以达到18米/分钟而无抖动，综合加工效率是其他品牌机械手组合的两倍，性价比高，还可以节约一组的耗材和人工，后期可以少追加设备也能满足产能要求。还可24小时持续工作。一次性投入相对较少，在一个很短的折旧期内(两班8小时工作制)，史陶比尔机器人激光解决方案就可回收投资。同时能耗少，体积小，维护需求低。 2.切割精度高。采用史陶比尔专利齿轮减速系统JCS和JCM，独一无二的驱动技术，确保了无可匹敌的轨迹控制精度和速度。即使是要求极高的小圆，或复杂立体几.何图形的加工，也可精确和快速完成，从而提升您的产品品质。系统重复定位精度高达±0.05M，完全可以满足钣金件行业的精度需求。可切割直径小至2MM的小圆，切割效果圆滑美观，目测无形变和毛刺。 3.切割幅面大，实际死角小。选配臂长2.01米的机械手，除了实现直径达3米的半球形三维加工区域外，还可实现较大的二维平面切割，配合我公司配套生产的可移动工作台2.5mX5m(2m 的运动行程)，可实现2mX5m的二维平面切割。 4. 根据实际需要选配离线编程软件，可读取UG,SOLIDWORK等三维作图软件导出的 vda,igs,x_t,sldprt,prt,stp,ipt,par等格式的数模，修改后直接生成切割轨迹，代替人工示教，简单易用。 5. 工业控制理念，模块化设计，全系统的防护等级为IP55,机械手防护等级更是高达IP65，系统集成度高，故障少，抗冲击振动，抗灰尘，无须光学调整或维护，真正适合于工业加工领域的应用用于恶劣的激光环境。结构坚固，动态性更佳。而其他同类产品为简单集成，设备的稳定性较差。 6.系统的工艺性和易用性较好。简单而功能强大的史陶比尔激光专用标准软件LasMAN基于Windows操作系统，用户界面简单友好，集成了机器人运动控制、激光控制、数据处理和产品管理等功能。友好的人机界面，模块化的设计，使得操作者仅需经过简单的培训即可达到系统产能最大化，同时也易于集成。这就大大降低了对操作工人的要求，降低了对工人的管理难度。
钣金激光切割技术 1、焦点位置控制技术： 激光切割的优点之一是光束的能量密度高,一般>10W/cm2。由于能量密度与4/πd2成正比,所以焦点光斑直径尽可能的小,以便产生一窄的切缝；同时焦点光斑直径还和透镜的焦深成正比。聚焦透镜焦深越小,焦点光斑直径就越小。但切割有飞溅,透镜离工件太近容易将透镜损坏,因此一般大功率CO2激光切割工业应用中广泛采用5〃~7.5〃??(127~190mm)的焦距。实际焦点光斑直径在 0.1~0.4mm之间。对于高质量的切割,有效焦深还和透镜直径及被切材料有关。例如用5〃的透镜切碳钢,焦深为焦距的+2%范围内,即5mm左右。因此控制焦点相对于被切材料表面的位置十分重要。顾虑到切割质量、切割速度等因素原则上<6mm的金属材料,焦点在表面上；>6mm的碳钢,焦点在表面之上；>6mm的不锈钢,焦点在表面之下。具体尺寸由实验确定。 在工业生产中确定焦点位置的简便方法有三种： （1）打印法：使切割头从上往下运动,在塑料板上进行激光束打印,打印直径最小处为焦点。 （2）斜板法：用和垂直轴成一角度斜放的塑料板使其水平拉动,寻找激光束的最小处为焦点。 （3）蓝色火花法：去掉喷嘴,吹空气,将脉冲激光打在不锈钢板上,使切割头从上往下运动,直至蓝色火花最大处为焦点。 对于飞行光路的切割机,由于光束发散角,切割近端和远端时光程长短不同,聚焦前的光束尺寸有一定差别。入射光束的直径越大,焦点光斑的直径越小。为了减少因聚焦前光束尺寸变化带来的焦点光斑尺寸的变化,国内外激光切割系统的制造商提供了一些专用的装置供用户选用： （1）平行光管。这是一种常用的方法,即在CO2激光器的输出端加一平行光管进行扩束处理,扩束后的光束直径变大,发散角变小,使在切割工作范围内近端和远端聚焦前光束尺寸接近一致。
实用标准 激光切割基础知识 第一部分激光切割的原理和功能 一、激光切割的原理 激光切割是由电子放电作为供给能源，通过 He 、N 2、CO 2等混合气体为激 发媒介，利用反射镜组聚焦产生激光光束，从而对材料进行切割。 激光切割的过程：在数控程序的激发和驱动下，激光发生器内产生出特定模 式和类型的激光，经过光路系统传送到切割头，并聚焦于工件表面，将金属熔化； 同时 , 喷嘴从与光束平行的方向喷出辅助气体将熔渣吹走；在由程控的伺服电机 驱动下，切割1头按照预定路线运2动，从而切3割出各种形状的工件。 4 5 61—激光器；2—激光束； 3—全反射棱镜；4—聚焦物镜； 5—工件；6—工作台 图 1 ：激光切割示意图 二、机床结构 SLCF-X15 ×40F 数控激光切割机是意大利普瑞玛（PRIMA ）工业公司的主导 机型——悬臂式飞行光路结构的激光切割机，加工板材尺寸为1500 ×4000 毫米， 配有交换工作台。 （一）该机型的主要特点如下： 悬臂式开式结构，可从三个方向上下料，人机接近性极好，可放置超长超宽的 板材。 可移动式切割工作台与主机分离，柔性大。可加装焊接、切管等功能。 精密传动部件不在切割区域内，防护容易，也不会由于工作台及床身切割热变 形影响机床的精度。 从根本上消除了电器双边同步锁产生的误差，避免了横梁的扭动，使得光路稳 定，切割精度提高。 配有高速的 Z轴系统，同时可通过数控系统控制辅助气体的压力、流量等，大
高效穿孔、尖角处理等功能。 具有先进的多腔分室除尘系统，比单纯的抽风系统除尘效果更高。 （二）机床的结构主要由以下几部分组成： 1、床身 全部光路安置在机床的床身上，床身上装有横梁、切割头支架和切割头工具，通过特殊的设计，消除在加工期间由于轴的加速带来的振动。机床底部分成几个 排气腔室，当切割头位于某个排气室上部时，阀门打开，废气被排出。通过支架 隔架，小工件和料渣落在废物箱内。 2、工作台 移动式切割工作台与主机分离，柔性大，可加装焊接、切管等功能。配有两 张1.5 米×4米的工作台可供交换使用，当一个工作台在进行切割加工的同时， 另一张工作台可以同时进行上下料操作，有效提高工作效率。两个工作台可通过 编程或按钮自动交换。 工作台下方配有小车收集装置，切割的小料及金属粉末会集中收集在小车中。 3 、切割头 是光路的最后器件，其内置的透镜将激光光束聚焦，标准切割头焦距有 5 英寸和 7.5 英寸 (主要用于割厚板 )两种。良好的切割质量与喷嘴和工件的间距有关，本机切割头使用德国 PRECITEC公司生产的非接触式电容传感头，在切割过程中可实现自动跟踪与修正工件表面与喷嘴的间距，调整激光焦距与板材的相对位置，以消除因被切割板材的不平整对切割材料造成的影响。自动找准材料的摆 放位置（红光指示器）。 4 、控制系统 控制系统包括数控系统（集成可编程序控制器 PLC）、电控柜及操作台。 PMC-1200 数控系统由 32 位 CPU控制单元、数字伺服单元、数字伺服电机、电缆等组成，采用全中文才做界面， 10.4" 彩色液晶显示器，能实现机外编程计算机与 机床的控制系统进行数据传输通讯（具有 232 接口），具有加速、突变限制；具 有图形显示功能，可对激光器的各种状态进行在线和动态控制功能。 5、激光控制柜 控制和检查激光器的功能，并显示系统的压力、功率、放电电流和激光器的 运行模式。 6、激光器 采用原装进口德国 ROFIN 公司 SLAB3000W 型激光发生器，是目前世界先进 的RF激励板式放电的二氧化碳激光器。其心脏是谐振腔 , 激光束就在这里产生，激光气体是由二氧化碳﹑氮气﹑氦气的混合气体，通过涡轮机使气体沿谐振腔的轴向高速运动，气体在前后两个热交换器中冷却，以利于高压单元将能量传给气体。 7、冷却设备 冷却激光器、激光气体和光路系统。 8、除尘装置 内置管道及风机，改善了工作环境。切割区域内装有大通径除尘管道及大全 压的离心式除尘风机，加之全封闭的机床床身及分段除尘装置，具有较好的除尘 效果。 9、供气系统 包括气源、过滤装置和管路。气源含瓶装气和压缩空气（空气压缩机、冷干机）。
钣金加工工艺 钣金加工工艺培训 ,结构开发部, 2011-7-30 课程内容: 1. 定义 2. 加工流程介绍 3. 加工方法介绍 4. 业界加工能力介绍 钣金加工的定义 钣金加工是针对金属薄板(通常在6MM以下)一种综合冷加工工艺，包括剪切，冲裁，折弯，焊接，铆接，模具成型及表面处理等。其显著的特征就是同一零件厚度一致。根据加工方式不同，通常分为两类: 1.非模具加工: 通过NCT(数控冲床)，镭射(激光切割机)，数控折弯机床，铆钉机等加工工具对钣金进行加工的工艺方式，一般用于样品制作，成本较高。 2.模具加工: 通过固定的模具，对钣金进行加工，一般有下料模，成型模，主要用于批量生产，成本较低。
常见加工方法介绍: 1. NCT(数控机床)加工 2. 镭射(激光切割)加工 3. 折床加工 4. 钳加工 5. 模具加工 6. 表面处理 7. 钣金连接方式 数控机床加工原理: 数控机床是一种能够适应产品频繁变化的柔性自动化机床，加工过程所需的各种操作和步骤以及刀具与工件之间的相对位移量都用数字化的代号来表示，通过控制介质(如纸带或磁盘)将数字信息送入专用的或通用的计算器，计算器对输入的信息进行处理和运算，发出各种指令来控制机床的伺服系统或者其它执行组件，使机床自动加工出所需要的工件或产品。 数控机床常见用途:下料，冲网孔，冲凸包，切边，打凸点，压筋，压线，抽孔。(压线，是多种印后加工方式的一种，如烫金、凸凹、压纹、过塑、压线、啤、粘、切等均为印后加工。 一般两条压线之间的最小距离为3mm，但也因加工对象的不同而稍有变化。) 数控机床的加工精度:+/-0.1mm
激光切割机作为工业制造中的常用设备，因其精度高、速度快的切割特点而广受用户的欢迎。但目前的激光设备市场价格参差不齐，当然质量也是千差万别。需要注意一下，激光设备的切割精度是判断激光切割机质量好坏的重要因素。今天，专注激光切割机的小编就来给大家分析一下，影响激光切割机精度的三大因素。 一、激光发生器的光束质量（BPP）与光纤芯径 激光发生器的激光光束质量即BPP值是衡量激光器品质的重要参数之一。BPP值越小则表示其光束质量越好，则表明激光在进行金属板材加工时断面越光滑精度越高。 光纤激光芯径是指操作光纤纤维的直径，在同等功率下芯径越小激光能力越集中，割缝越细，则加工精度越高。 二、传动部件的精度 影响激光切割机的切割精度其中一个最重要的因素与机床传动精度有关。主要包括；齿条加工精度，齿轮加工精度，减速机背隙精度、直线导轨精度、机械部件制造精度以及整个传动系统装配精度。传动部件系统精度是整台设备的核心，是最关键因素，但仅仅看传动部件品牌是不能判断设备厂家的整机精度。
三、切割工艺因素 切割工艺也是影响切割精度的主要因素之一，切割工艺是指工艺人员根据不同的工况对各类板材与不同零件的加工切割参数进行调整并不断总结的经验，给客户提供最优质的切割质量。同样功率激光器不同设备厂商所切割产品质量为何会不同就是工艺优劣的体现。 以上就是宏山激光小编为大家分享的影响激光切割机精度的3大因素了。宏山激光作为国内激光设备行业的标杆厂家，拥有四个标准化智能装备制造基地，总面积超40000平方米，在激光机器人、多轴联动专业切管、精密焊接智能自动生产线等领域实现柔性制造与数字化分级管理。有专业独立的核心研发团队和系统完善的售后技术支持部门，可以真正为客户提供高精度激光切割机！
钣金件比较常用加工工艺和激光切割过 程工艺 收藏此信息打印该信息添加：佚名来源：未知 1引言 在液体火箭发动机推力室成形以及产品连接、导管制造中，钣金件起到了关键作用。航天产品钣金件与普通钣金件相比具有品种多、外形复杂、光洁度高、公差要求严等特点。而钣金件成型之前．首先要解决的是钣金件的外形展开加工。钣金件外形展开加工通常采用以下方法：画线铣削、线切割、等离子切割、氧乙炔火焰切割、模具冲压、高压水切割和CO 2激光切割。种切割下料方法都有其优缺点。精度、速度和成本均不同。在工业生产中有一定的适用范围。选用一种最便捷适应广的加工方法是目前液体火箭发动机钣金零件制造所面临的任务。 2典型钣金零件工艺方案的选择 2．1钣金件的结构特点 （1）名称：导流板。 （2）结构特点：加工内型面为不规则曲线轮廓结构（如图1）。 2．2技术要求
材料为1Cr18Ni9Ti钢板，厚度δ2mm，内轮廓曲率不仅多变而且要做到光滑过度，且尺寸公差最严处为35[-0.3~-0.1] mm。 2．3工艺分析及工艺方案的选择 根据上述零件的零件图及结构特点．有以下几种加工工艺方案可供选择： （1）模具冲压； （2）电火花线切割； （3）高压水切割； （4）激光切割。 2．4针对下达导流板16件生产任务进行各种工艺的分析比较 2．4．1模具冲压 因只加工16件。虽然模具能保证内轮廓精度要求，但是加工孔的阳模寿命短易折断，模具本身成本高而且加工周期长，不经济。 2．4．2电火花线切割 精度以及表面光滑过度均能保证。但是首先需要加工出穿丝孔．加工速度过于缓慢。不合理（注：线切割加工直线段与激光切割精度及粗糙度相当。但是如果加工自由曲线或不规
激光切割工艺 发表于 2009-10-26 20:50 | 只看该作者发表的帖子 1# 本文章共4286字，分3页，当前第1页，快速翻页：123 激光切割工艺 激光切割的工艺参数 （1）光束横模 ① 基模又称为高斯模，是切割最理想的模式，主要出现在功率小于1kW的激光器。 ② 低阶模与基模比较接近，主要出现在1～2kW的中功率激光器。 ③ 多模是高阶模的混合，出现在功率大于3kW的激光器。
切割速度与横模及板厚的关系见图1。由图可以看出，300W的单模激光和500W的多模有同等的切割能力。但是，多模的聚焦性差，切割能力低，单模激光的切割能力优于多模。常用材料的单模激光切割工艺参数见表1，多模激光切割工艺参数见表2。 表1 常用材料的单模激光切割工艺参数 材料 厚度/mm 辅助气体 切割速度/cmmin-1 切缝宽度/mm 功率/W 低碳钢 3.0 O2 60 0.2 250 不锈钢 1.0 O2 150 0.1
40.0 O2 50 3.5 钛合金 10.0 O2 280 1.5 有机透明玻璃10.0 N2 80 0.7 氧化铝 1.0 O2 300 0.1 聚酯地毯
N2 260 0.5 棉织品（多层）15.0 N2 90 0.5 纸板 0.5 N2 300 0.4 波纹纸板 8.0 N2 300 0.4 石英玻璃 1.9
60 0.2 聚丙烯 5.5 N2 70 0.5 聚苯乙烯 3.2 N2 420 0.4 硬质聚氯乙烯7.0 N2 120 0.5 纤维增强塑料3.0 N2
0.3 木材（胶合板）18.0 N2 20 0.7 低碳钢 1.0 N2 450 - 500 3.0 N2 150 6.0 N2 50 1.2 O2
F I B E R B L A D E C u t t i n g S y s t e m 光纤激光切割机 一、Messer激光切割系统介绍 1、机器原理 梅塞尔公司在工业用激光切割机的开发和制造领域已有近40年的经验. 其激光技术得到了世界范围的认可, 并在许多不同领域得到应用. 划时代的技术发展, 如专利激光切割头, 表明了梅塞尔公司的技术能力. 在此领域为激光加工建立的新标准将为客户带来巨大的利益. 产品系列包括: ?2维激光切割系统 ?3维激光切割系统 ?激光焊接系统 ?自动化设备 ?装料及卸料系统 通过与世界领先的激光器厂商的常年合作, 保证机器与激光的最佳组合. 其大激光功率及用户友好式的CNC数控系统适应高速切割及广泛的生产制造领域.
Fiberblade具备良好的动态性能, 在宽广范围内可实现切割与零件重量无关的高精度无挂渣的成品零件. 机器配合编程软件及相应自动套料程序, 可实现快速高效的零件编程, 扩展机器应用. 应用激光束作为工具, 切割速度快, 成品部件割缝窄, 精度高. 可无困难地实现复杂轮廓的切割. 切口边缘光洁、无毛刺, 绝大多数场合下无需后续处理. Fiberblade主要应用领域为金属加工, 特别是碳钢、不锈钢和铝材. 该系统既可应用氧气切割, 也可采用保护气体实现高压切割. 经测试其可切割性后, 该系统可切割金属合金、塑料以及非金属材料机器设计理念除了实现最佳切割结果外, 同样关注环境保护问题. 采用抽烟除尘装置可满足最严格的排放标准. 机器可满足现有安全规程, 满足相关CE标准. 2、功能描述 Fiberblade激光切割机,是一个集最新动力工程，电脑数控和光纤激光器技术的全新技术发展水平的设计它是市面上最先进的紧凑型中规格工业级光 纤激光切割系统；无需激光器维护的低维修费系统，高效率、低功耗。 机器工作台采用交换式工作台系统，减少上料时间. 该系统交替使用两块台面. 切割一块台面上的板材, 同时另一块台面位于工作区域外. 操作员可取下成品部件并换上新板, 机器同时进行切割. 另一台面上的工件完成后, 由工作区域换出, 新板就位. 板材置于工作台支架上并确定位置后, 切割头随垂直定位轴下降. 传感控制器保证切割头维持正确定位, 可避免板材变形引起的问题. 激光束通过光纤传输到切割头上, 然后由透镜聚焦. 切割头沿工件轮廓移动, 但不与工件接触, 激光束和切割气体通过割嘴聚集到工件上. 横向运动通过溜板滑动定位实现. 纵向运动由车架自行移动实现. 两套同步驱动伺服电机确保设备的高精度, 轴向运动的高加速度, 可变激光功率控制, 可切割如窄条, 尖角等的复杂图形部件. 通过CNC数控系统可自动设定切割参数如气体种类, 气体压力, 激光参数. CNC数控系统内的切割数据及图形数据的分离, 可实现快速变化的工作要求, 并增加机器功能的灵活性, 适用范围更广. 由随动式直接抽风系统, 把切割过程中产生的尘粒抽出, 并经过烟尘过滤后, 达到安全及环境规范的排放要求. 二、标准配置介绍 1、机器构造 1.1. 机器 采用有限元分析法 (FEM)精心计算并优化的焊接式结构, 使得机器重量最小, 且具备高度稳定性. 模块特性可满足激光切割的特殊要求, 保证极高的切割精度. 1.2.定位轴
钣金加工工艺流程 1简介 按钣金件的基本加工方式，如下料、折弯、拉伸、成型、焊接、表面处理。本此讲述每一种加工方式所要注意的工艺要求。 2下料 下料根据加工方式的不同，可分为普冲、数冲、剪板、激光切割等，由于加工方法的不同，下料的加工工艺性也有所不同。钣金下料的主要方式为数冲和激光切割。 2.1数冲是用数控转塔冲床加工，板材厚度加工范围为冷扎板、热扎板小于或等于 3.0mm,铝板小于或等于 4.0mm，不锈钢小于或等于2.0mm。加工板材最大尺寸1250mm*4000mm。 2.2激光切割机在现代的生活生产中应用广泛，他可以分为三种类型，YAG固体激光切割机、CO2激光切割机、光纤激光切割机。简单地介绍一下三种激光切割机的优点：
（一）YAG固体激光切割机 YAG固体激光切割机具有价格低、稳定性好的特点，但能量效率低，目前产品的输出功率大多在600W以下，由于输出能量小，主要用于打孔、点焊及切割8mm以下的材料。 主要优点：能切割其他激光切割机都无法切割的铝板，铜板以及大多数有色金属材料。主要缺点：切割速度慢，不能切割非金属材料。 （二）CO2激光切割机 CO2激光切割机，一般功率都在2000-4000W之间，可稳定切割20mm以内的碳钢，10mm以内的不锈钢，8mm以下的铝合金，以及木材、亚克力、PP、有机玻璃等非金属材料，主要缺点：实际使用用运营成本很高，且切割时耗气量很大,很难甚至不能切割铝板，铜板等高反射材料。 （三）光纤激光切割机 光纤激光切割机由于它可以通过光纤传输，一般功率1000W-6000W之间，主要优点：耗电少，维护方便，速度快，主要缺点：配件耗材等相关维护费用极高，很难甚至不能切割铝板，铜板等高反射材料。 激光切加工板材的最大尺寸一般：1500mm*4000mm，加工最小孔径≥1T。
碳钢：用O2切割 缺陷可能原因解决办法无毛刺，牵引线一致 功率合适 进给速率合适 底部的牵引线有很大的偏移，底部的切口更宽进给速率太高 激光功率太低 气压太低 焦点太高减小进给速率增加激光功率加大气压降低焦点 底面上的毛刺类似熔渣，成点滴状并容易除去 进给速率太高 气压太低 焦点太高减小进给速率加大气压降低焦点 连在一起的金属毛刺可以作为一整块被除去 焦点太高降低焦点 底面上的金属毛刺很难除去进给速率太高 气压太低 气体不纯 焦点太高 减小进给速率 加大气压 使用更纯的气体降低焦点 只在一边上有毛刺 喷嘴对中不正确喷嘴口有缺陷对中喷嘴换喷嘴 材料从上面排出 功率太低进给速率太高出现此情况立即按暂停按钮，以防止溶渣飞溅到聚焦镜上。 然后增加功率 减小进给速率 倾斜面切割两面好，两面差 全反镜不合适，安装不正确或有缺陷全反镜安装在了偏 转镜的位置检查全反镜检查偏转镜 精品
蓝色等离子体，工件未切透 加工气体错误（N 2 ）进给速率太高 功率太低 出现此情况立即按暂停按钮，以防止溶渣飞溅到聚焦镜上。使用氧气作为加工气体减小进给速率 增加功率 切割表面不精密气压太高 喷嘴损坏了 喷嘴直径太大 材料不好 减小气压 更换喷嘴 安装合适的喷嘴 使用表面平滑均匀的材料 无毛刺，牵引线倾斜 切口在底部变得更狭窄 进给速率太高减小进给速率 产生弹坑 气压太高 进给速率太低 焦点太高 板材表面有锈 加工的工件过热 材料不纯 减小气压 增加进给速率 降低焦点 使用质量更好的材料 非常粗糙的切割表面焦点太高 气压太高 进给速率太低 材料太热 降低焦点减小气压增加进给速率冷却材料 不锈钢：用N 2 高压切割 缺陷可能原因解决办法产生点滴状的细小规则毛刺 焦点太低进给速率太高 抬高焦点减小进给速率 两边都产生长的不规则的细丝状毛刺，大板材 的表面变色进给速率太低 焦点太高 气压太低 材料太热增加进给速率降低焦点加大气压冷却材料 只在切割边缘的一边产生长的不规则的毛刺喷嘴未对中 焦点太高 气压太低 速度太低对中喷嘴降低焦点加大气压提高速度 切割边缘发黄氮气里含有氧气杂质使用质量好的氮气 精品