激光切割加工基础知识

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）。

（三）设备的技术参数

表1：激光切割机技术参数

序号项目名称参数单位

1 切割板材尺寸1500*4000 mm

2 X轴行程4000 mm

3 Y轴行程1500 mm

4 Z轴行程100 mm

5 X、Y轴定位精度±0.03 mm/m

6 X、Y轴重复定位精度±0.03 mm

7 X、Y轴最大定位速度100 m/min

8 切割工作台最大载重750 kg

9 切割碳钢最大厚度18-20 mm

10 切割不锈钢最大厚度8-10 mm

11 切割铝板最大厚度5-6 mm

12 真空悬臂吊最大载重500 kg （四）ROFIN 3000W CO2激光发生器技术参数

表2：激光器技术参数

激光束特性

功率范围（W）0-3000

最大功率（W）3000

长时间功率稳定性公称功率±2%

光束直径（1/e2)（毫米）20-25

光束发散（全角）（毫弧度）≤0.5

光束端点稳定性（毫弧度）≤0.15

因子K（公称功率）K＞0.9

偏振状态45度线偏振

光束模式00模式

操作连续波、门脉冲

脉冲参数

脉冲重复频率（赫兹）CW-5000

最小脉冲周期（微秒）26

脉冲宽度26um

电、气、冷却

电能消耗（千伏安）

380V±10%，三相，50赫兹工作耗电38KVA 待机耗电2.5KVA

最小气体消耗（升/小时）±2%

最大功率时（氦气65%，氮气30%，CO25%）

0.1L/H 冷却能力（千瓦，环境温度＜40度）35

压缩空气压力（巴）＞4

环境温度范围（度）5-30