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江蘇邱成機電有限公司
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關鍵技術編輯 語音
激光切割技術有兩種： 一種是脈沖激光適用于金屬材料。第二種是連續激光適用于非金屬材料，后者是激光切割技術的重要應用領域。

激光切割機的幾項關鍵技術是光、機、電一體化的綜合技術。在激光切割機中激光束的參數、機器與數控系統的性能和精度都直接影響激光切割的效率和質量。特別是對于切割精度較高或厚度較大的零件,必須掌握和解決以下幾項關鍵技術：
焦點位置控制技術
激光切割的優點之一是光束的能量密度高,一般10W/cm2。由于能量密度與面積成反比，所以焦點光斑直徑盡可能的小，以便產生一窄的切縫；同時焦點光斑直徑還和透鏡的焦深成正比。聚焦透鏡焦深越小,焦點光斑直徑就越小。但切割有飛濺,透鏡離工件太近容易將透鏡損壞，因此一般大功率CO2激光切割機工業應用中廣泛采用5〃~7.5〃〞(127~190mm)的焦距。實際焦點光斑直徑在0.1~0.4mm之間。對于高質量的切割,有效焦深還和透鏡直徑及被切材料有關。例如用5〃的透鏡切碳鋼,焦深為焦距的+2%范圍內,即5mm左右。因此控制焦點相對于被切材料表面的位置十分重要。顧慮到切割質量、切割速度等因素,原則上6mm的金

屬材料,焦點在表面上； 6mm的碳鋼,焦點在表面之上； 6mm的不銹鋼,焦點在表面之下。具體尺寸由實驗確定。
在工業生產中確定焦點位置的簡便方法有三種：
（1）打印法：使切割頭從上往下運動,在塑料板上進行激光束打印,打印直徑最小處為焦點。
（2）斜板法：用和垂直軸成一角度斜放的塑料板使其水平拉動,尋找激光束的最小處為焦點。
（3）藍色火花法：去掉噴嘴,吹空氣,將脈沖激光打在不銹鋼板上,使切割頭從上往下運動,直至藍色火花處為焦點。
對于飛行光路的切割機,由于光束發散角,切割近端和遠端時光程長短不同,聚焦前的光束尺寸有一定差別。入射光束的直徑越大,焦點光斑的直徑越小。為了減少因聚焦前光束尺寸變化帶來的焦點光斑尺寸的變化,國內外激光切割系統的制造商提供了一些專用的裝置供用戶選用：
（1）平行光管。這是一種常用的方法,即在CO2激光器的輸出端加一平行光管進行擴束處理,擴束后的光束直徑變大,發散角變小,使在切割工作范圍內近端和遠端聚焦前光束尺寸接近一致。
（2）在切割頭上增加一獨立的移動透鏡的下軸,它與控制噴嘴到材料表面距離（stand off）的Z軸是兩個相互獨立的部分。當機床工作臺移動或光軸移動時,光束從近端到遠端F軸也同時移動,使光束聚焦后光斑直徑在整個加工區域內保持一致。如圖二所示。
（3）控制聚焦鏡（一般為金屬反射聚焦系統）的水壓。若聚焦前光束尺寸變小而使焦點光斑直徑變大時,自動控制水壓改變聚焦曲率使焦點光斑直徑變小。
（4）飛行光路切割機上增加x、y方向的補償光路系統。即當切割遠端光程增加時使補償光路縮短；反之當切割近端光程減小時,使補償光路增加,以保持光程長度一致。
主要參數
X,Y工作范圍：1300mm*2500mm
切割聚焦鏡頭：F=80mm
激光輸出功率：500W
調繼沖頻率：$300Hz
電源脈沖寬度：0.5ms-2ms
激光器：雙燈鍍金聚光腔
切割接口卡：CNC 3000控制卡
切割軟件：適應PLT,DXF等格式
制冷功率：4W
重復定位精度：±0.03/300mm
空程速度：0-20000mm/min
切割速度：0-15000mm/min
切割質量
切割精度是判斷數控激光切割機質量好壞的要素。影響數控激光切割機的切割精度的四大因素：
1、激光發生器的激光凝聚的大小。聚集之后如果光斑非常小，則切割精度非常高，要是切割之后的縫隙也非常小。則說明激光切割機的精度非常之高，品質則非常高。但激光器發出的光束為錐形，所以切出來的縫隙也是錐形。這種條件下，工件厚度越大，精度也就會越低，因此切縫越大。
2、工作臺的精度。工作臺的精度如果非常高，則讓切割的精度也隨之提高。因此工作臺的精度也是衡量激光發生器精度的一個非常重要的因素。
3、激光光束凝聚成錐形。切割時，激光光束是以錐形向下的，這時如果切割的工件的厚度非常大，切割的精度就會降低，則切出來的縫隙就會非常大。
4、切割的材料不同，也會影響到激光切割機的精度。在同樣的情況下，切割不銹鋼和切割鋁其精度就會非常不同，不銹鋼的切割精度就會高一些，而且切面也會光滑一些。
一般來說，激光切割質量可以由以下6個標準來衡量。
1.切割表面粗糙度Rz
2.切口掛渣尺寸
3.切邊垂直度和斜度u
4.切割邊緣圓角尺寸r

5.條紋后拖量n
6.平面度F
切割穿孔
切割穿孔技術：任何一種熱切割技術,除少數情況可以從板邊緣開始外,一般都必須在板上穿一小孔。早先在激光沖壓復合機上是用沖頭先沖出一孔,然后再用激光從小孔處開始進行切割。對于沒有沖壓裝置的激光切割機有兩種穿孔的基本方法：
（1）爆破穿孔：(Blast drilling)，材料經連續激光的照射后在中心形成一凹坑,然后由與激光束同軸的氧流很快將熔融材料去除形成一孔。一般孔的大小與板厚有關,爆破穿孔平均直徑為板厚的一半,因此對較厚的板爆破穿孔孔徑較大,且不圓,不宜在要求較高的零件上使用（如石油篩縫管）,只能用于廢料上。此外由于穿孔所用的氧氣壓力與切割時相同,飛濺較大。
（2）脈沖穿孔：（Pulse drilling）采用高峰值功率的脈沖激光使少量材料熔化或汽化,常用空氣或氮氣作為輔助氣體,以減少因放熱氧化使孔擴展,氣體壓力較切割時的氧氣壓力小。每個脈沖激光只產生小的微粒噴射,逐步深入,因此厚板穿孔時間需要幾秒鐘。一旦穿孔完成,立即將輔助氣體換成氧氣進行切割。這樣穿孔直徑較小,其穿孔質量優于爆破穿孔。為此所使用的激光器不但應具有較高的輸出功率；更重要的時光束的時間和空間特性,因此一般橫流CO2激光器不能適應激光切割的要求。
此外，脈沖穿孔還須要有較可靠的氣路控制系統,以實現氣體種類、氣體壓力的切換及穿孔時間的控制。在采用脈沖穿孔的情況下,為了獲得高質量的切口,從工件靜止時的脈沖穿孔到工件等速連續切割的過渡技術應以重視。從理論上講通常可改變加速段的切割條件：如焦距、噴嘴位置、氣體壓力等,但實際上由于時間太短改變以上條件的可能性不大。在工業生產中主要采用改變激光平均功率的辦法比較現實,具體方法有以下三種：（1）改變脈沖寬度；（2）改變脈沖頻率；（3）同時改變脈沖寬度和頻率。實際結果表明,第（3）種。
噴嘴設計
噴嘴設計及氣流控制技術： 激光切割鋼材時,氧氣和聚焦的激光束是通過噴嘴射到被切材料處,從而形成一個氣流束。對氣流的基本要求是進入切口的氣流量要大,速度要高,以便足夠的氧化使切口材料充分進行放熱反應；同時又有足夠的動量將熔融材料噴射吹出。因此，除光束的質量及其控制直接影響切割質量外,噴嘴的設計及氣流的控制（如噴嘴壓力、工件在氣流中的位置等）也是十分重要的因素。
激光切割用的噴嘴采用簡單的結構,即一錐形孔帶端部小圓孔（如圖4）。通常用實驗和誤差方法進行設計。由于噴嘴一般用紫銅制造,體積較小,是易損零件,需經常更換,因此不進行流體力學計算與分析。在使用時從噴嘴側面通入一定壓力Pn(表壓為Pg)的氣體,稱噴嘴壓力,從噴嘴出口噴出,經一定距離到達工件表面,其壓力稱切割壓力Pc,最后氣體膨脹到大氣壓力Pa。研究工作表明隨著Pn的增加,氣流流速增加,Pc也不斷增加。
可用下列公式計算： V=8.2d2(Pg+1)

V-氣體流速 L/min
d-噴嘴直徑 mm
Pg-噴嘴壓力（表壓）bar
對于不同的氣體有不同的壓力閾值,當噴嘴壓力超過此值時,氣流為正常斜激波,氣流速從亞音速向超音速過渡。此閾值與Pn、Pa比值及氣體分子的自由度（n）兩因素有關：如氧氣、空氣的n=5,因此其閾值Pn=1bar×(1.2)3.5=1.89bar。當噴嘴壓力更高Pn/Pa=(1+1/n)1+n/2時（Pn；4bar）,氣流正常斜激波封變為正激波,切割壓力Pc下降,氣流速度減低,并在工件表面形成渦流,削弱了氣流去除熔融材料的作用,影響了切割速度。因此采用錐孔帶端部小圓孔的噴嘴,其氧氣的噴嘴壓力常在3bar以下。
為進一步提高激光切割速度,可根據空氣動力學原理,在提高噴嘴壓力的前提下不產生正激波,設計制造一種縮放型噴嘴,即拉伐爾（Laval）噴嘴。為方便制造可采用如圖4的結構。德國漢諾威大學激光中心使用500WCO2激光器,透鏡焦距2.5〃,采用小孔噴嘴和拉伐爾噴嘴分別作了試驗,見圖4。試驗結果如圖5所示：分別表示NO2、NO4、NO5噴嘴在不同的氧氣壓力下,切口表面粗糙度Rz與切割速度Vc的函數關系。從圖中可以看出NO2小孔噴嘴在Pn為400Kpa（或4bar）時切割速度只能達到2.75m/min（碳鋼板厚為2mm）。NO4、NO5二種拉伐爾噴嘴在Pn為500Kpa到600Kpa時切割速度可達到3.5m/min和5.5m/min。應指出的是切割壓力Pc還是工件與噴嘴距離的函數。由于斜激波在氣流的邊界多次反射,使切割壓力呈周期性的變化。
高切割壓力區緊鄰噴嘴出口,工件表面至噴嘴出口的距離約為0.5~1.5mm,切割壓力Pc大而穩定,是工業生產中切割手扳常用的工藝參數。第二高切割壓力區約為噴嘴出口的3~3.5mm,切割壓力Pc也較大,同樣可以取得好的效果,并有利于保護透鏡,提高其使用壽命。曲線上的其他高切割壓力區由于距噴嘴出口太遠,與聚焦光束難以匹配而無法采用。
組成部分編輯 語音
激光切割機系統一般由激光發生器

、（外）光束傳輸組件、工作臺（機床）、微機數控柜、冷卻器和計算機（硬件和軟件）等部分組成。
1)機床主機部分：激光切割機機床部分，實現X、Y、Z軸的運動的機械部分，包括切割工作平臺。用于安放被切割工件，并能按照控制程序正確而精準的進行移動，通常由伺服電機驅動。
2)激光發生器：產生激光光源的裝置。對于激光切割的用途而言，除了少數場合采用YAG固體激光器外，絕大部分采用電-光轉換效率較高并能輸出較高功率的CO2氣體激光器。由于激光切割對光束質量要求很高，所以不是所有的激光器都能用作切割的。高斯模式適用于小于1500W、低階模二氧化碳激光器100W-3000W、多模3000W以上。
3)外光路：折射反射鏡，用于將激光導向所需要的方向。為使光束通路不發生故障，所有反射鏡都要保護罩加以保護，并通入潔凈的正壓保護氣體以保護鏡片不受污染。一套性能良好的透鏡會將一無發散角的光束聚焦成無限小的光斑。一般用5.0英寸焦距的透鏡。7.5英寸透鏡僅用于>12mm厚材。
4)數控系統：控制機床實現X、Y、Z軸的運動，同時也控制激光器的輸出功率。
5)穩壓電源：連接在激光器，數控機床與電力供應系統之間。主要起防止外電網干擾的作用。
6)切割頭：主要包括腔體、聚焦透鏡座、聚焦鏡、電容式傳感器和輔助氣體噴嘴等零件。切割頭驅動裝置用于按照程序驅動切割頭沿Z軸方向運動，由伺服電機和絲桿或齒輪等傳動件組成。
7)操作臺：用于控制整個切割裝置的工作過程。
8)冷水機組：用于冷卻激光發生器。激光器是利用電能轉換成光能的裝置，如CO2氣體激光器的轉換率一般為20%，剩余的能量就變

換成熱量。冷卻水把多余的熱量帶走以保持激光發生器的正常工作。冷水機組還對機床外光路反射鏡和聚焦鏡進行冷卻，以保證穩定的光束傳輸質量，并有效防止鏡片溫度過高而導致變形或炸裂。
9)氣瓶：包括激光切割機工作介質氣瓶和輔助氣瓶，用于補充激光震蕩的工業氣體和供給切割頭用輔助氣體。
10)空壓機、儲氣罐：提供和存儲壓縮空氣。
11)空氣冷卻干燥機、過濾器：用于向激光發生器和光束通路供給潔凈的干燥空氣，以保持通路和反射鏡的正常工作。
12)抽風除塵機：抽出加工時產生的煙塵和粉塵，并進行過濾處理，使廢氣排放符合環境保護標準。
13)排渣機：排除加工時產生的邊角余料和廢料等。
激光器
CO2氣體激光器
自從激光技術被引入切割金屬薄板，CO2激光器就雄踞市場。CO2激光光源需要很多能量來激發氮分子來與CO2分子（激光氣體）產生碰撞，促使它們發射光子，最終形成可以割穿金屬的激光束。諧振腔內的分子活動在釋放出光的同時也釋放出熱量，這就需要一個冷卻系統來冷卻激光氣體。這意味著在冷卻過程中要消耗更多能量，進一步減低了能效。
光纖激光器
采用光纖激光器的機器占地小，激光光源和冷卻系統體積也更小；沒有激光氣體管線，也不需要調校鏡片。而功率為2kw或3kw的光纖激光光源只需要4kw或6kw CO2激光光源能耗的50%就能達到相同的性能，并且速度更快、能耗更低、對環境造成的影響更少。
光纖激光器采用固態二極管來泵浦雙包層摻鐿光纖內的分子，受激發射的光多次穿過纖芯，然后形成激光通過傳輸光纖向進行切割的聚焦頭輸出。由于所有分子間的碰撞都發生在光纖內，就不需要激光氣體，因此所需能源大大減少——約為CO2 激光器的三分之一。由于產生的熱量越少，冷卻器的體積就可以相應縮小。總之，在達到相同性能的情況下，光纖激光器的整體能耗要比CO2 激光器低70%。
MicroVector設備采用矢量描述激光走行的路徑，更為光滑。這樣的激光系統切割出的覆蓋膜輪廓邊緣齊整圓順、光滑無毛刺、無溢膠。采

用模具等機加工方式開窗難免的窗口附近會有沖型后的毛刺和溢膠，這種毛刺和溢膠在經貼合壓合上焊盤后是很難去除的，會直接影響其后的鍍層質量。而采用MicroVector系統，此問題卻可以迎刃而解，因為只需要你將修改后的CAD數據導入MicroVector的軟件系統就可以很輕松快捷的加工得到你想要開窗圖形的覆蓋膜，在時間和費用上將為您贏得市場競爭先機。MicroVector設備集數控技術、激光技術、軟件技術等光機電高技術于一體，具有高靈活性、高精度、高速度等先進制造技術的特征，可以使電路板廠家在技術水平上、經濟上、時間上、自主性上改變撓性板傳統加工和交貨方式。