品牌天策	型號TC-CO2QJ-100
控制方式數控	作用對象亞克力
電流交流	用途切割
產品別名激光切割機	適用材質亞克力
定位精度≤±0.05mm	快進速度0-30mm/min
切割頭單頭或雙頭

激光切割機
是將從激光器發射出的激光，經光路系統，聚焦成高功率密度的激光束。激光束照射到工件表面，使工件達到熔點或沸點，同時與光束同軸的高壓氣體將熔化或氣化金屬吹走。
隨著光束與工件相對位置的移動，***終使材料形成切縫，從而達到切割的目的。
激光切割加工是用不可見的光束代替了傳統的機械刀，具有精度高，切割快速，不局限于切割圖案限制，自動排版節省材料，切口平滑，加工成本低等特點，將逐漸改進或取代于傳統的金屬切割工藝設備。激光刀頭的機械部分與工件無接觸，在工作中不會對工件表面造成劃傷；激光切割速度快，切口光滑平整，一般無需后續加工；切割熱影響區小，板材變形小，切縫窄（0.1mm~0.3mm）；切口沒有機械應力，無剪切毛刺；加工精度高，重復性好，不損傷材料表面；數控編程，可加工任意的平面圖，可以對幅面很大的整板切割，無需開模具，經濟省時。
簡介
編輯
與傳統的氧乙炔、等離子等切割工藝相比，激光切割速度快、切縫窄、熱影響區小、切縫邊緣垂直度好、切邊光滑，同時可激光切割的材料種類多，包括碳鋼、不銹鋼、合金鋼、木材、塑料、橡膠、布、石英、陶瓷、玻璃、復合材料等。隨著市場經濟的飛速發展和科學技術的日新月異，激光切割技術已廣泛應用于汽車、機械、電力、五金以及電器等領域。近年來，激光切割技術正以前所未有的速度發展，每年都以15%~20%的速度增長。我國自1985年以來，更是以每年近25%的速度增長。當前，我國激光切割技術的整體水平與先進國家相比還存在著不小的差距，因此，在國內市場激光切割技術具有廣闊的發展前景和巨大的應用空間[1]  。
激光切割機在切割過程中，光束經切割頭的透鏡聚焦成一個很小的焦點，使焦點處達到高的功率密度，其中切割頭固定在z軸上。這時，光束輸入的熱量遠遠超過被材料反射、傳導或擴散的部分熱量，材料很快被加熱到熔化與汽化溫度，與此同時，一股高速氣流從同軸或非同軸側將熔化及汽化了的材料吹出，形成材料切割的孔洞。隨著焦點與材料的相對運動，使孔洞形成連續的寬度很窄的切縫，完成材料的切割[1]  。
當前，激光切割機的外光路部分主要采用的是飛行光路系統。從激光發生器發出的光束經過反射鏡1、2、3到達切割頭上的聚焦透鏡，聚焦后在待加工材料表面形成光斑。其中反射鏡片1固定在機身上不動；橫梁上反射鏡2隨著橫梁的運動作x向運動；z軸上的反射鏡片3隨z軸的運動作y向的運動。從圖中不難看出，在切割過程中，隨著橫梁作x向運動，z軸部分作y向運動，光路的長度時刻發生著變化[1]  。
目前，民用激光發生器由于制造成本等原因，所發出的激光光束都具有一定的發散角，呈“錐形”。當“錐形”的高度改變時（相當于激光切割機光路長度改變），聚焦透鏡表面的光束橫截面面積也隨之改變。此外，光還具有波的性質，因此，不可避免地會出現衍射現象，衍射會使光束在傳播過程中發生橫向擴展，該現象存在于所有的光學系統中，能夠決定這些系統在性能方面的理論極限值。由于高斯光束呈“錐形”和光波的衍射作用，當光路長度變化時，作用在透鏡表面的光束直徑時刻發生著變化，這就會引起焦點大小和焦點深度的變化，但對焦點位置的影響很小。如果焦點大小和焦點深度在連續加工中發生變化，必然會對加工產生很大影響，比如，會造成切割縫寬度不一致、在相同切割功率下會割不透或燒蝕板材等
原理
編輯
激光是一種光，與其他自然光一樣，是由原子(分子或離子等)躍遷產生的。 但它與普通光不同是激光僅在***初極短的時間內依賴于自發輻射，此后的過程完全由激輻射決定，因此激光具有非常純正的顏色，幾乎無發散的方向性、極高的發光強度和高相干性。
激光切割是應用激光聚焦后產生的高功率密度能量來實現的。在計算機的控制下，通過脈沖使激光器放電，從而輸出受控的重復高頻率的脈沖激光，形成一定頻率，一定脈寬的光束，該脈沖激光束經過光路傳導及反射并通過聚焦透鏡組聚焦在加工物體的表面上，形成一個個細微的、高能量密度光斑，焦斑位于待加工面附近，以瞬間高溫熔化或氣化被加工材料。每一個高能量的激光脈沖瞬間就把物體表面濺射出一個細小的孔，在計算機控制下，激光加工頭與被加工材料按預先繪好的圖形進行連續相對運動打點，這樣就會把物體加工成想要的形狀。
切縫時的工藝參數(切割速度，激光器功率，氣體壓力等)及運動軌跡均由數控系統控制，割縫處的熔渣被一定壓力的輔助氣體吹除。
主要工藝
編輯
1、汽化切割。
　　在激光氣化切割過程中，材料表面溫度升至沸點溫度的速度是如此之快，足以避免熱傳導造成的熔化，于是部分材料汽化成蒸汽消失，部分材料作為噴出物從切縫底部被輔助氣體流吹走。此情況下需要非常高的激光功率。
為了防止材料蒸氣冷凝到割縫壁上，材料的厚度一定不要大大超過激光光束的直徑。該加工因而只適合于應用在必須避免有熔化材料排除的情況下。該加工實際上只用于鐵基合金很小的使用領域。
該加工不能用于，像木材和某些陶瓷等，那些沒有熔化狀態因而不太可能讓材料蒸氣再凝結的材料。另外，這些材料通常要達到更厚的切口。在激光氣化切割中，***優光束聚焦取決于材料厚度和光束質量。激光功率和氣化熱對***優焦點位置只有一定的影響。在板材厚度一定的情況下，切割速度反比于材料的氣化溫度。所需的激光功率密度要大于108w/cm2，并且取決于材料、切割深度和光束焦點位置。在板材厚度一定的情況下，假設有足夠的激光功率，切割速度受到氣體射流速度的限制。
2、熔化切割。
在激光熔化切割中，工件被局部熔化后借助氣流把熔化的材料噴射出去。因為材料的轉移只發生在其液態情況下，所以該過程被稱作激光熔化切割。
激光光束配上高純惰性切割氣體促使熔化的材料離開割縫，而氣體本身不參于切割。激光熔化切割可以得到比氣化切割更高的切割速度。氣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。切割速度隨著激光功率的增加而增加，隨著板材厚度的增加和材料熔化溫度的增加而幾乎反比例地減小。在激光功率一定的情況下，限制因數就是割縫處的氣壓和材料的熱傳導率。激光熔化切割對于鐵制材料和鈦金屬可以得到無氧化切口。產生熔化但不到氣化的激光功率密度，對于鋼材料來說，在104w/cm2～105 w/cm2之間。
3、氧化熔化切割（激光火焰切割）。
熔化切割一般使用惰性氣體，如果代之以氧氣或其它活性氣體，材料在激光束的照射下被點燃，與氧氣發生激烈的化學反應而產生另一熱源，使材料進一步加熱，稱為氧化熔化切割。
由于此效應，對于相同厚度的結構鋼，采用該方法可得到的切割速率比熔化切割要高。另一方面，該方法和熔化切割相比可能切口質量更差。實際上它會生成更寬的割縫、明顯的粗糙度、增加的熱影響區和更差的邊緣質量。激光火焰切割在加工精密模型和尖角時是不好的（有燒掉尖角的危險）。可以使用脈沖模式的激光來限制熱影響，激光的功率決定切割速度。在激光功率一定的情況下，限制因數就是氧氣的供應和材料的熱傳導率。
4、控制斷裂切割。
　　對于容易受熱破壞的脆性材料，通過激光束加熱進行高速、可控的切斷，稱為控制斷裂切割。這種切割過程主要內容是：激光束加熱脆性材料小塊區域，引起該區域大的熱梯度和嚴重的機械變形，導致材料形成裂縫。只要保持均衡的加熱梯度，激光束可引導裂縫在任何需要的方向產生。
關鍵技術
編輯
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。
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***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***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第一要素。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）種效果。
噴嘴設計及氣流控制
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,***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。
第一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。

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溫州市天策激光設備有限公司
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浙江 溫州 龍灣區 狀元街道西臺村西工西路12號

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