数控激光切割技术

数控激光切割技术
金属激光切割机是采用以氙灯作为激励源的金属激光器输能量密度的激光束，并聚焦在工件表面上，使工件上被光斑照射的区域局瞬间熔化和气化，通过电脑控制数控机械系统移动光斑照射的位置而实现自动切割。

用与激光束同轴的压缩气体吹走被熔化的材料，并使激光束与材料沿一定轨迹作相对运动，从而形成一定状的切缝。

它是集激光技术、数控技术、精密机械技术于一体的高新技术设备。

激光切割的应用领域
可对金属、多种非金属板材、管材进行切割。

如：机床、工程机械、电气开关制造、电梯制造、粮食机械、纺织机械、机车制造、农林制造、食品机械、特种气车、石油机械制造、航空航天、环保设备、家用电器制造、大电机硅钢片等各种机械，特别适用于不锈钢板、铁板、铝材、陶瓷片、硅片、金钢石等切割。

激光切割的显著优势
1.精度高：定位精度0.15mm，重复定位精度0.02 mm 。

2．切缝窄：激光束聚焦成很小的光点，使焦点处达到很高的功率密度，材料很快加热至气化程度，蒸发形成孔洞。

随着光束与材料相对线性移动，使孔洞连续形成宽度很窄的切缝。

3．切割面光滑：切割面无毛刺，切口表面粗糙度一般控制在Ra12.5以内。

4．速度快：最大切割速度可达100mm/s，比线切割的速度快很多。

5．切割质量好：无接触切割，切边受热影响很小，基本没有工件热变形，完全避免材料冲剪时形成的塌边，切缝一般不需要二次加工。

6．不损伤工件：激光切割头不会与材料表面相接触，保证不划伤工件。

7．不受被切材料的硬度影响：激光可以对钢板、不锈钢、铝合金板、硬质合金等进行加工，不管什么样的硬度，都可以进行无变形切割。

8．不受工件形状的影响：激光加工柔性好，可以加工任意图形，可以切割管材及其它异型材。

9．可以对非金属进行切割加工：如塑料、木材、PVC、皮革、纺织品、有机玻璃等。

10．节约模具投资：激光加工不需模具，没有模具消耗，无须修理模具，节约更换模具时间，从而节省了加工费用，降低了生产成本，尤其适合大件产品的加工。

11．节省材料：采用电脑编程，可以把不同形状的产品进行整张板材料套裁，最大限度地提高材料的利用率。

12．提高新产品开发速度：产品图纸形成后，马上可以进行激光加工，在最短的时间内得到新产品的实物。

激光切割的特点：
1、激光切割的切缝窄，工件变形小
激光束聚焦成很小的光点，使焦点处达到很高的功率密度。

这时光束输入的热量远远超过被材料反射、传导或扩散的部分，材料很快加热至汽化程度，蒸发形成孔洞。

随着光束与材料相对线性移动，使孔洞连续形成宽度很窄的切缝。

切边受热影响很小，基本没有工件变形。

切割过程中还添加与被切材料相适合的辅助汽体。

钢切割时利用氧作为辅助汽体与熔融金属产生放热化学反应氧化材料，同时帮助吹走割缝内的熔渣。

切割聚丙烯一类塑料使用压缩空气，棉、纸等易燃材料切割使用惰性汽体。

进入喷嘴的辅助汽体还能冷却聚焦透镜，防止烟尘进入透镜座内污染镜片并导致镜片过热。

大多数有机与无机材料都可以用激光切割。

在工业制造系统占有份量很重的金属加工业，许多金属材料，不管它是什么样的硬度，都可以进行无变形切割。

当然，对高反射率材料，如金、银、铜和铝合金，它们也是好的传热导体，因此激光切割很困难，甚至不能切割。

激光切割无毛刺、皱折、精度高，优于等离子切割。

对许多机电制造行业来说，由于微机程序控制的现代激光切割系统能方便切割不同形状与尺寸的工件，它往往比冲切、模压工艺更被优先选用；尽管它加工速度还慢于模冲，但它没有模具消耗，无须修理模具，还节约更换模具时间，从而节省了加工费用，降低了生产成本，所以从总体上考虑是更合算的。

2、激光切割是一种高能量、密度可控性好的无接触加工
激光束聚焦后形成具有极强能量的很小作用点，把它应用于切割有许多特点。

首先，激光光能转换成惊人的热能保持在极小的区域内，可提供
（1）狭的直边割缝；
（2）最小的邻近切边的热影响区；
（3）极小的局部变形。

其次，激光束对工件不施加任何力，它是无接触切割工具，这就意味着
（1）工件无机械变形；
（2）无刀具磨损，也谈不上刀具的转换问题；
（3）切割材料无须考虑它的硬度，也即激光切割能力不受被切材料的硬度影响，任何硬度的材料都可以切割。

再次，激光束可控性强，并有高的适应性和柔性，因而
（1）与自动化设备相结合很方便，容易实现切割过程自动化；
（2）由于不存在对切割工件的限制，激光束具有无限的仿形切割能力；
（3）与计算机结合，可整张板排料，节省材料。

3、激光切割具有广泛的适应性和灵活性
与其它常规加工方法相比，激光切割具有更大的适应性。

首先，与其他热切割方法相比，同样作为热切割过程，别的方法不能象激光束那样作用于一个极小的区域，结果导致切口宽、热影响区大和明显的工件变形。

激光能切割非金属，而其它热切割方法则不能。

激光切割是一种高能量、密度可控性好的无接触加工
激光束聚焦后形成具有极强能量的很小作用点，把它应用于切割有许多特点。

首先，激光切割机光能转换成惊人的热能保持在极小的区域内，可提供:
1.狭的直边割缝；
2.最小的邻近切边的热影响区；
3.极小的局部变形。

其次，激光束对工件不施加任何力，它是无接触切割工具，这就意味着（1）工件无机械变形；（2）无刀具磨损，也谈不上刀具的转换问题；（3）切割材料无须考虑它的硬度，也即激光切割能力不受被切材料的硬度影响，任何硬度的材料都可以切割。

再次，激光束可控性强，并有高的适应性和柔性，因而（1）与自动化设备相结合很方便，容易实现切割过程自动化；（2）由于不存在对切割工件的限制，激光束具有无限的仿形切割能力；（3）与计算机结合，可整张板排料，节省材料。

激光切割的切缝窄，工件变形小
激光束聚焦成很小的光点，使焦点处达到很高的功率密度。

这时光束输入的热量远远超过被材料反射、传导或扩散的部分，材料很快加热至汽化程度，蒸发形成孔洞。

随着光束与材料相对线性移动，使孔洞连续形成宽度很窄的切缝。

切边受热影响很小，基本没有工件变形。

切割过程中还添加与被切材料相适合的辅助汽体。

钢切割时利用氧作为辅助汽体与熔融金属产生放热化学反应氧化材料，同时帮助吹走割缝内的熔渣。

切割聚丙烯一类塑料使用压缩空气，棉、纸等易燃材料切割使用惰性汽体。

进入喷嘴的辅助汽体还能冷却聚焦透镜，防止烟尘进入透镜座内污染镜片并导致镜片过热。

1、大多数有机与无机材料都可以用激光切割机。

在工业制造系统占有份量很重的金属加工业，许多金属材料，不管它是什么样的硬度，都可以进行无变形切割。

当然，对高反射率材料，如金、银、铜和铝合金，它们也是好的传热导体，因此激光切割很困难，甚至不能切割。

2、激光切割无毛刺、皱折、精度高，优于等离子切割。

对许多机电制造行业来说，由于微机程序控制的现代激光切割系统能方便切割不同形状与尺寸的工件，它往往比冲切、模压工艺更被优先选用；尽管它加工速度还慢于模冲，但它没有模具消耗，无须修理模具，还节约更换模具时间，从而节省了加工费用，降低了生产成本，所以从总体上考虑是更合算的。

3、从如何使模具适应工件设计尺寸和形状变化角度看，激光切割机加工也可发挥其精确、重现性好的优势。

作为层叠模具的优先制造手段，由于不需要高级模具制作工，激光切割运转费用也并不昂贵，因此还能明显的降低模具制造费用。

激光切割模具还带来的附加好处是模具切边会产生一个浅硬化层（热影响区），提高模具运行中的耐磨性。

激光切割的无接触特点给圆锯片切割成形带来无应力优势，由于提高了锯片使用寿命。

激光硬化
激光硬化就是激光淬火，是用高能激光束快速扫描气缸孔表面，在表面极薄一层的小区域内（光斑大小）快速吸收能量而温度急剧上升（见图2、图3）。

由于金属基体优良的传热、导热性，表面热量迅速传到气缸基体的其他部分，从而在极短的瞬间完成自冷淬火，实现气缸孔表面的相变硬化。

激光表面硬化与常规的硬化工艺相比，其发展历史很短，但从已取得的效果来看，激光硬化处理工艺是一种具有很多特点的表面硬化处理新工艺。

主要特点有：
（1）材料表面的高速加热和高速自冷。

（2）激光硬化处理后的工件表面硬度高，比常规淬火要高5％～20％，可获得极细的硬化层组织。

（3）由于激光加热速度快，因而热影响区小，淬火应力及变形小。

（4）可以对形状复杂的零件和不能使用其他常规方法处理的零件进行局部硬化处理。

同时，也可以根据需要在同一零件的不同部位进行不同的激光硬化处理。

（5）激光硬化工艺周期短，生产效率高，工艺过程易实现计算机控制，自动化程度高，可纳入生产流水线。

（6）激光硬化靠热量由表及里的传导自冷，无需冷却介质，对环境无污染。

由热处理理论可知，材料热处理后的硬度与温度的变化速率有密切关系。

变化速率越大，硬度越高，耐磨性越好。

激光淬火后，在工件表面可得到晶体细化，组织致密的马氏体和莱氏体，表层石墨消失，碳化物含量增加，弥散度提高，在次表层产生残余奥氏体。

对铸铁材料来说，工件表面硬度大幅度提高后，硬度可从原来的 180～250HV提高到1000HV左右，耐磨性提高3～4倍以上，而且工件表面的抗疲劳性能和抗腐蚀性能也获得明显提高。

随着大功率激光器的研制成功，激光切割机加工技术在机械工业得到迅速发展和广泛应用，大功率激光切割焊接技术必将为民族工业起到很好的助推作用！
激光切割机的日常维护
1、对付激光切割机辐射的自身防护。

人体如果有了足够的健康程度，对于激光切割机的稍微辐射是可以抵御的。

所以激光切割机操作人员要注意酌情多吃一些胡萝卜、豆芽、西红柿、瘦肉、动物肝等富含维生素A、C和蛋白质的食物，经常喝些绿茶等等。

因为这些食物都能帮助人类较好的保护眼睛，让人体能够在激光切割机辐射的条件下，较好的保护人体。

2、螺丝、联轴节的紧固
运动系统在工作一段时间后，运动连接处的螺丝、联轴节会产生松动，会影响机械运动的平稳性，所以在机器运行中要观察传动部件有没有异响或异常现象，发现问题要及时坚固和维护。

同时机器应该过一段时间用工具逐个坚固螺丝。

第一次坚固应在设备使用后一个月左右。

3、光路的检查
激光雕刻机的光路系统是由反射镜的反射与聚焦镜的聚焦共同完成的，在光路中聚焦镜不存在偏移问题，但三个反射镜是由机械部分固定的，偏移的可能性较大，虽然通常情况下不会发生偏移，但建议用户每次工作前务必检查一下光路是否正常。

4：辐射：激光切割机防护设备。

激光切割机的防护设备典型的就是激光防护镜，因为防止激光对人眼损伤的防护镜，按其防护原理可分为反射式、吸收式、衍射式和复合式等几种，当然，他们都会根据激光切割机的激光辐射波长进行过滤防护，达到对人体的激光切割机激光的保护，这也是市场上较为安全方便的激光切割机的防护设备。

如何更好的保养激光切割机
一：水的更换与水箱的清洁
建议：每星期清洗水箱与更换循环水一次
注意：机器工作前一定保证激光管内充满循环水。

循环水的水质及水温直接影响激光管的使用寿命，建议使用纯净水，并将水温控制在35℃以下。

如超过35℃需更换循环水，或向水中添加冰块降低水温，（建议用户选择冷却机，或使用两个水箱）。

清洗水箱：首先关闭电源，拔掉进水口水管，让激光管内的水自动流入水箱内，打开水箱，取出水泵，清除水泵上的污垢。

将水箱清洗干净，更换好循环水，把水泵还原回水箱，将连接水泵的水管插入进水口，整理好各接头。

把水泵单独通电，并运行2-3分钟（使激光管充满循环水）。

二、风机清洁
风机长时间的使用，会使风机里面积累很多的固体灰尘，让风机产生很大噪声,也不利于排气和除味。

当出现风机吸力不足排烟不畅时，首先关闭电源，将风机上的入风管与出风管卸下，除去里面的灰尘，然后将风机倒立，并拔动里面的风叶，直至清洁干净，然后将风机安装好。

三：镜片的清洁（建议每天工作前清洁，设备须处于关机状态）
雕刻机上有3块反射镜与1块聚焦镜(1号反射镜位于激光管的发射出口处，也就是机器的左上角，2号反射镜位于横梁的左端，3号反射镜位于激光头固定部分的顶部，聚焦镜位于激光头下部可调节的镜筒中)，激光是通过这些镜片反射、聚焦后从激光头发射出来。

镜片很容易沾上灰尘或其它的污染物，造成激光的损耗或镜片损坏，1号与2号镜片清洗时勿须取下，只需将蘸有清洗液的擦镜纸小心地沿镜片中央向边缘旋转式擦拭。

3号镜片与聚焦镜需要从镜架中取出，用同样的方法擦拭，擦拭完毕后原样装回即可。

注意：1.镜片应轻轻擦拭，不可损坏表面镀膜；2.擦拭过程应轻拿轻放，防止跌落；3.聚焦镜安装时请务必保持凹面向下。

四、导轨的清洁（建议每半个月清洁一次，关机操作）
导轨、直线轴作为设备的核心部件之一，它的功用是起导向和支承作用。

为了保证机器有较高的加工精度，要求其导轨、直线具有较高的导向精度和良好的运动平稳性。

设备在运行过程中，由于被加工件在加工中会产生大量的腐蚀性粉尘和烟雾，基这些烟雾和粉尘长期大量沉积于导轨、直线轴表面，对设备的加工精度有很大影响，并且会在导轨直线轴表面形成蚀点，缩短设备使用寿命。

为了让机器正常稳定工作，确保产品的加工质量，要认真做好导轨、直线轴的日常维护。

注意：清洁导轨请准备——干棉布、润滑油雕刻机的导轨分为直线导轨、滚轮导轨，在YM系列当中X方向采用了直线导轨、Y方向采用滚轮导轨。

直线导轨的清洁：首先把激光头移动到最右侧(或左侧)，找到如上图所示直线导轨，用干棉布擦拭直到光亮无尘，再加上少许润滑油(可采用缝纫机油，切勿使用机油)，将激光头左右慢慢推动几次，让润滑油均匀分布即可。

滚轮导轨的清洁：把横梁移动到内侧，打开机器两侧端盖，找到导轨，用干棉布把两侧导轨与滚轮接触的地方擦拭干净，再移动横梁，把剩余地方清洁干净。