淺議我國數(shù)控激光切割技術(shù)的發(fā)展趨勢

王天勇

（青島圣族激光機(jī)械有限公司，山東 青島 2 6 6 0 7 1）

淺議我國數(shù)控激光切割技術(shù)的發(fā)展趨勢

王天勇

（青島圣族激光機(jī)械有限公司，山東 青島 2 6 6 0 7 1）

在我國數(shù)控激光切割技術(shù)應(yīng)用過程中，技術(shù)人員應(yīng)該根據(jù)加工系統(tǒng)的性能、加工材料和工藝參數(shù)進(jìn)行分析，有效控制影響激光切割質(zhì)量的因素。在數(shù)控激光技術(shù)應(yīng)用活動(dòng)中，根據(jù)不同的材料厚度和種類，選擇合適的工藝參數(shù)，從而提高激光切割的加工質(zhì)量。本文從數(shù)控激光切割技術(shù)的發(fā)展趨勢進(jìn)行分析，提出幾點(diǎn)有利于增強(qiáng)激光行業(yè)發(fā)展效率的可行性建議。

數(shù)控機(jī)床；激光切割；發(fā)展趨勢；市場增長

未來我國的激光切割技術(shù)在發(fā)生器的選擇上將會(huì)更具多樣性，發(fā)生器的動(dòng)力供應(yīng)類型更加多樣化，能量輸出更加穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)具有一定的特色，激光器切割機(jī)的使用費(fèi)用將會(huì)顯著降低，對人體的傷害也會(huì)顯著減少。數(shù)控激光切割技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域不斷增多，我國三維立體切割、自動(dòng)聚焦和恒光路技術(shù)逐漸成熟，使用機(jī)載激光器通過移動(dòng)光束對大幅面厚板材進(jìn)行激光切割的技術(shù)操作也將逐步完善。

1 數(shù)控激光切割技術(shù)的內(nèi)涵分析

圖1

從整體上來說，激光切割的工作原理是使用反射鏡處理激光束對被割材料進(jìn)行處理（圖1）。激光器對反射鏡的特定位置發(fā)射激光束，經(jīng)過反射鏡折射之后，由一個(gè)特殊透鏡對激光束進(jìn)行聚攏對焦處理。

在激光切割的過程中，輔助氣體由噴嘴噴出加入到激光對焦光束中，最終形成了蘊(yùn)含較強(qiáng)能量的切割工具。激光切割的功率大小受到噴嘴移動(dòng)速度的影響，被割材料上的切割處理需要參考機(jī)床平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)軌跡來實(shí)現(xiàn)。數(shù)控激光切割主要用來切割金屬，除了切割這種高硬度的物質(zhì)，不同的激光技術(shù)能夠完成三維切割、皮革木頭紙張切割和玻璃陶瓷類切割等，使用激光直寫技術(shù)還能夠完成醫(yī)學(xué)治療方面的操作活動(dòng)。

在激光切割質(zhì)量系統(tǒng)控制中，技術(shù)人員應(yīng)該合理調(diào)整不同聚焦透鏡的位置，使用多軸運(yùn)動(dòng)控制卡，對濾光片與C C D光束運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行控制。在數(shù)控激光控制活動(dòng)中，技術(shù)人員應(yīng)該根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)中可承受加工板材尺寸的參數(shù)，合理調(diào)整激光束運(yùn)動(dòng)的定位速度（X/Y軸）。根據(jù)有效切割長度確定最大加工速度，在激光束的方向處理上，將切割的定位精度誤差控制在合理的范圍內(nèi)。根據(jù)數(shù)控激光切割器的發(fā)展趨勢來看，不同材料的切割厚度不同。

2 數(shù)控激光切割技術(shù)的發(fā)展趨勢介紹

激光切割技術(shù)的應(yīng)用比較廣泛，它是我國數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)中的一種精密技術(shù)，它有多種不同的模式和屬性。不同的激光種類工作模式不同，激光功率和光束偏振的差異，決定了激光在切割過程中具有不同的模式穩(wěn)定性。

激光加工新技術(shù)中主要有激光三維刻蝕、激光微結(jié)構(gòu)制造、激光-S P M復(fù)合加工和準(zhǔn)分子掩膜刻蝕等。我國工業(yè)加工和生產(chǎn)領(lǐng)域?qū)τ跀?shù)控激光技術(shù)比較重視，技術(shù)研發(fā)人員應(yīng)該認(rèn)真分析數(shù)控激光切割技術(shù)的特征與應(yīng)用現(xiàn)狀，對數(shù)控切割的技術(shù)應(yīng)用模式進(jìn)行優(yōu)化。我國數(shù)控激光切割技術(shù)將會(huì)向高速度和多自由度的方向發(fā)展，由于近年來國內(nèi)高功率數(shù)控激光切割機(jī)市場增長趨勢明顯，工業(yè)制造領(lǐng)域?qū)τ诩す馇懈顧C(jī)的需求總量不斷上升。

為了迎合市場需求的發(fā)展，國內(nèi)數(shù)控激光機(jī)器生產(chǎn)與制造領(lǐng)域，將會(huì)出現(xiàn)高速高精激光切割機(jī)、三維立體激光切割機(jī)、大幅面厚板材激光切割機(jī)以及其他專用激光切割機(jī)設(shè)備等。激光切割機(jī)的切割能力逐漸增強(qiáng)，切割技術(shù)的適應(yīng)性和自由度也會(huì)不斷增加。橫向激光切割機(jī)使用龍門移動(dòng)光路處理技術(shù)，在切割的同時(shí)完成等離子云檢測等作業(yè)。新型的2.5 D和3 D激光切割機(jī)帶有雙激光器的切割系統(tǒng)能夠滿足工業(yè)制造領(lǐng)域中的高速切割要求，滿足對高難度零件進(jìn)行加工的需求。使用光纖激光切割機(jī)設(shè)備還能夠?qū)Ω哂捕鹊牟牧线M(jìn)行切割，并且切割之后的創(chuàng)面比較整齊，利于后期的涂裝加工作業(yè)。

3 我國數(shù)控激光切割技術(shù)的應(yīng)用分析

3.1 數(shù)控激光切割技術(shù)的通用標(biāo)準(zhǔn)分析

目前我國激光切割機(jī)的行業(yè)參數(shù)通用標(biāo)準(zhǔn)，主要為德國激光切割機(jī)等。數(shù)控激光切割技術(shù)的發(fā)展趨勢向耗能量最省的方向發(fā)展，并且可供激光器運(yùn)轉(zhuǎn)的工作氣體種類適應(yīng)性更強(qiáng)。目前數(shù)控激光技術(shù)領(lǐng)域中常見的兩種激光切割機(jī)為S L A B-D 0 2 5激光器（2 5 0 0 W）和軸快流激光器（3 0 0 0 W），這兩種激光切割技術(shù)代表了當(dāng)前工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的主流發(fā)展內(nèi)容。

S L A B-D 0 2 5激光器的結(jié)構(gòu)原理為板式放電、擴(kuò)散冷卻，它沒有固定的氣體流動(dòng)裝置，氣體無需流動(dòng)，因此無氣體動(dòng)力裝置。這種激光器的光束特性為T E M0 0模式，光束的發(fā)散角為0.1 5 mr a d,激光器輸出窗口鏡片壽命為4 0 0 0 0小時(shí)左右，脈沖頻率為5 0 0 0 HZ，且僅有門脈沖功能。S L A B-D 0 2 5激光切割機(jī)的工作氣體種類較多，主要為一氧化碳、氦氣、氮?dú)?、二氧化碳等，這種切割機(jī)還可以使用德國專用的混合氣體，混合氣體的一氧化碳總量為6%，其他氣體為9 4%。

這種激光切割機(jī)的耗氣量最省，僅為0.2 L/H。而當(dāng)前另一款主流的激光切割機(jī)為軸快流的機(jī)器設(shè)備，它的結(jié)構(gòu)原理為快速軸流放電的運(yùn)動(dòng)特征，渦輪機(jī)為氣體流動(dòng)?xùn)|西裝置。這種激光切割機(jī)的耗氣量比較大，高達(dá)3 5 L/H，但是它的切割效率最高。軸快流數(shù)控激光切割機(jī)的脈沖頻率可以調(diào)節(jié)，具有超脈沖、特超脈沖的多種功能，可以輸出2.5倍的額定功率。（即3 0 0 0 W的激光器可以輸出7 5 0 0 W的功率），及其的穿孔能力和切割能力都比較強(qiáng)。

3.2 我國激光切割技術(shù)的發(fā)展展望分析

我國目前已經(jīng)能夠獨(dú)立生產(chǎn)數(shù)控切割機(jī)，并且使用二氧化碳和光纖作為激光器的發(fā)生器，可以使用搭載式龍門激光切割，不會(huì)受到光路衰減的限制，其主要優(yōu)勢為切割中厚板材。

激光切割技術(shù)的新市場朝著超高精度作業(yè)領(lǐng)域發(fā)展，激光切割的切口寬窄度和切口表面粗糙度等控制精度更高。激光切割市場處理材料的類型更加廣泛，材料切割市場中新的發(fā)展領(lǐng)域?qū)?huì)進(jìn)入到紡織機(jī)械、糧食機(jī)械、醫(yī)療機(jī)械、燈具裝飾、包裝業(yè)、船舶、汽車、航空和鋼鐵工業(yè)等領(lǐng)域。激光加工開發(fā)新市場包括激光數(shù)控車床加工設(shè)備市場，進(jìn)入應(yīng)用領(lǐng)域主要包括磨具、器件、機(jī)械、船舶、汽車、航空和鋼鐵工業(yè)等領(lǐng)域。

采用運(yùn)動(dòng)控制器進(jìn)行軸I伺服控制和軸N伺服控制，調(diào)節(jié)I/O輸入與輸出的方向，確保被割材料的切割表面更加平滑，降低激光切割中造成的邊角毛料磨損現(xiàn)象。根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)，進(jìn)行控制系統(tǒng)的簡化審計(jì)，使用主板（P C總線）實(shí)現(xiàn)對于整個(gè)激光處理系統(tǒng)的控制。在激光切割技術(shù)的發(fā)展中，重點(diǎn)對軟件控制板塊功能實(shí)現(xiàn)進(jìn)行優(yōu)化升級。

4 結(jié)語

我國數(shù)控激光切割技術(shù)將朝著新的領(lǐng)域發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)對于激光處理類研發(fā)產(chǎn)品的需求，要求技術(shù)人員不斷開發(fā)新的市場。為了提升數(shù)控激光切割技術(shù)的工作效率，技術(shù)人員應(yīng)該對數(shù)控激光系統(tǒng)的控制板塊進(jìn)行優(yōu)化。其中，數(shù)控激光切割的系統(tǒng)管理模塊中，技術(shù)人員應(yīng)該做好系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理工作。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)工藝庫管理標(biāo)準(zhǔn)，對激光切割模式進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)督檢測，按照常用加工方法的要求進(jìn)行現(xiàn)行加工工藝參數(shù)的檢測，并且對比行業(yè)工藝標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)進(jìn)行分析，對不合理的工藝編制信息進(jìn)行修改。

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