激光切割技術論文

　　激光切割技術論文【1】

　　[摘 要]隨著我國技術的發展，激光切割技術得到不斷發展，應用范圍日益廣泛。

　　本文主要是對激光切割技術的涵義、優點，國內外的發展現狀及其數控激光切割技術的發展趨勢進行分析論述，希望能夠更好地了解應用激光切割技術。

　　[關鍵詞]激光;激光技術;發展趨勢

　　激光技術是20世紀偉大的發明之一，自1960年第一臺激光器問世以來，固體激光器、氣體激光器、半導體激光器以及準分子激光器陸續誕生;激光不同于普通光源，它具有良好的單色性和相干性，很好的方向性，極高的能量密度，這些特點使得激光廣泛地應用于各類機械加工領域，如激光切割、焊接、激光淬火、激光打標等等，而激光切割被認為是激光技術應用中最成熟的工藝。

　　下文將對激光切割技術的相關內容進行詳細的論述。

　　一、激光切割的概述

　　1.激光切割的涵義

　　激光切割是激光加工行業中最重要的一項應用技術，也是激光加工中應用最早、使用最多的加工方法。

　　激光切割是用聚焦鏡將CO2激光束聚焦在材料表面使材料熔化，同時用與激光束同軸的壓縮氣體吹走被熔化的材料，并使激光束與材料沿一定軌跡做相對運動，從而形成一定形狀的切縫。

　　激光切割技術經過近幾年的發展，廣泛應用于汽車、機車車輛制造、航空、化工、輕工、電器與電子、石油和冶金等工業部門中。

　　2.激光切割的優點

　　激光切割技術具有以下優點：

　　第一，精度高：定位精度0.05mm，重復定位精度0.02mm。

　　第二，切縫窄：激光束聚焦成很小的光點，使焦點處達到很高的功率密度，材料很快加熱至氣化程度，蒸發形成孔洞。

　　隨著光束與材料相對線性移動，使孔洞連續形成寬度很窄的切縫。

　　切口寬度一般為0.10～0.20mm。

　　第三，切割面光滑：切割面無毛刺，切口表面粗糙度一般控制在Ra12.5以內。

　　第四，速度快：切割速度可達10m/min，最大定位速度可達70m/min，比線切割的速度快很多。

　　第五，切割質量好：無接觸切割，切邊受熱影響很小，基本沒有工件熱變形，完全避免材料沖剪時形成的塌邊，切縫一般不需要二次加工。

　　第六，不損傷工件：激光切割頭不會與材料表面相接觸，保證不劃傷工件。

　　第七，不受被切材料的硬度影響：激光可以對鋼板、不銹鋼、鋁合金板、硬質合金等進行加工，不管什么樣的硬度，都可以進行無變形切割。

　　第八，不受工件外形的影響：激光加工柔性好，可以加工任意圖形，可以切割管材及其他異型材。

　　第九，可以對非金屬進行切割加工：如塑料、木材、PVC、皮革、紡織品和有機玻璃等。

　　第十，節約模具投資：激光加工不需模具，沒有模具消耗，無須修理模具，節約更換模具時間，從而節省了加工費用，降低了生產成本，尤其適合大件產品的加工。

　　十一，節省材料：采用電腦編程，可以把不同外形的產品進行整張板材料套裁，最大限度地提高材料的利用率。

　　十二，縮短了新產品制造周期：新產品試制，數量小，結構不確定、隨時會改動，根本不能出模具，激光切割機大大縮短了新產品制造周期，減少了模具投入。

　　二、國內外激光切割技術的現狀

　　激光切割是激光加工中應用最早、使用最多的加工方法。

　　以日本為例，目前已擁有CO2激光切割機2萬多臺，約占全球激光加工機總量的1/3，其中80%為激光切割設備。

　　據統計，自1995年以來，CO2激光切割機的年生產量已超過500臺左右，其中YAG激光切割機100多臺。

　　而我國至今卻只有600多臺套激光切割機在使用中。

　　因此，在我國，激光切割技術的推廣和應用潛力很大。

　　隨著我國國民經濟的飛速發展，許多傳統產業需要改造，許多鈑金加工領域有待開發，許多工業城市也需要建立激光加工中心。

　　三、數控激光切割技術的發展前景

　　1.高速、高精度激光切割機及切割工藝

　　我國的數控激光切割機生產，經過近20年的發展已取得了很大成就。

　　但與國外先進產品相比，還有較大差距，主要表現在切割機的運行速度低，動態精度差，配套功能不夠，切割工藝參數不完善和切割斷面質量不易保證等。

　　為了進一步提高產品質量和生產率，必須生產出新型的高速、高精度的激光切割機，以滿足國內日益增長的生產需要，數控激光割機應具備專用切割工藝參數，配有激光專用自動編程系統及自動排料、套料系統，減少編程時間，提高板材利用率。

　　數控激光切割機如安裝交換工作臺，則可以大大提高生產率，充分利用激光能源，降低生產成本。

　　2.厚板激光切割技術的應用范圍想著重工業的方向發展

　　由于大功率CO2激光器光束模式的改進和激光切割技術進步，使厚板激光切割技術的應用逐漸增加，同時由于切割工藝采用CNC控制激光切割精度高，因此，用激光切割代替等離子、氧乙炔為主的中厚板切割的趨勢正迅速增長，激光切割正從輕工業的鈑金加工業向建筑機械、橋梁、造船等重工業方向發展。

　　3.三維高精度大型數控激光切割機及其應用領域

　　工藝技術三維數控激光切割機主要應用于汽車制造、航空、建筑及難以加工的大型立體鈑金件。

　　其主要特點是：床身剛性好、加工范圍大;龍門式結構能實現高速、高精度的切割;三維激光切割頭不僅能沿X、Y、Z軸作直線運動，且能進行C軸旋轉.數控系統采用5軸或6軸聯動系統，具有空間立體編程簡單、操作方便和可靠性高的特點。

　　目前國內企業對三維激光切割機已經有需求，隨著市場和經濟的快速發展，在汽車、航空、機車及工程機械等行業對三維激光切割機的需求將會不斷增大，因此，開發出性能好、工作可靠、使用方便的三維激光切割機，將使我國激光切割機的水平大大提高一步。

　　4.數控激光切割技術在農機制造中的應用

　　農業機械種類繁多，更新換代迅速，新產品研制周期長，而且多數種類的產品都屬于小批量生產，農機產品的鈑金加工件一般采用4～6mm鋼板，板金件種類多，并且更新快，傳統的農機產品板金加工件通常采用沖床方式，模具消耗大，通常一個大型的農機生產廠家用于模具存放的庫房就近300m2，由此可見，農機部件的加工如果仍然停留在傳統的方式，將嚴重制約產品的快速更新換代與技術開發，而數控激光切割技術的柔性加工優勢就體現出來了。

　　四、結束語

　　隨著裝備制造業的快速發展，我國數控激光切割成套設備已進入快速增長期，年增長率達50%以上。

　　應用行業包括：汽車、船舶、航空、核工業、機械制造、鋼鐵、紡織、石油、激光加工中心等。

　　在2006年全國激光加工學術年會上，專家們認為：到“十一五”末期，我國每年至少需要1500多臺套高功率數控激光切割機，到“十二五”末期，我國高功率數控激光切割機市場需求量將達到10000臺套，其中除了通用的激光切割機之外，對高速高精度激光切割機、大幅面厚板激光切割機、三維立體數控激光切割機、航天航空用有色金屬激光器切割機等高性能激光切割系統的需求也與日俱增。

　　參考文獻

　　[1] 鄧家科、王中、朱付金、盧飛星.數控激光切割技術發展趨勢與市場分析[J]，激光與光電子學進展，2009(5).

　　[2] 孫曉東、王松、趙凱華、李國慶.激光切割技術國內外研究現狀[J]，熱加工工藝，2012(9).

　　[3] 孫曉、蔣明、陳聰、高明、曾曉燕.三維激光切割在機械加工機床中的集成研究[J]，制造技術與機床，2015(1).

　　[4] 李文軒.激光技術應用及前景[J]，經營管理者，2014(33).

　　激光切割技術現狀與發展趨勢【2】

　　摘要：介紹了激光切割技術的現狀及發展趨勢，提出了該技術的發展日標及需要解決的技術問題。

　　關鍵詞：激光切割機 現狀 發展

　　引言

　　激光切割是激光加工行業中最重要的一項應用技術，也是激光加工中應用最早、使用最多的加工方法。

　　它占整個激光加工業的70%以上。

　　激光切割與其他切割方法相比，最大區別是它具有高速、高精度和高適應性的特點。

　　同時還具有割縫細、熱影響區小、切割面質量好、切割時無噪聲、切縫邊緣垂直度好、切邊光滑、切割過程容易實現自動化控制等優點。

　　可切割碳鋼、不銹鋼、合金鋼、木材、塑料、橡膠、布、石英、陶瓷、玻璃、復合材料等。

　　激光切割板材時，不需要模具，可以替代一些需要采用復雜大型模具的沖切加工方法，能大大縮短生產周期和降低成本。

　　因此，目前激光切割已廣泛地應用于汽車、機車車輛制造、航空、化工、輕工、電器與電子、石油和冶金等工業部門中。

　　近年來，激光切割技術發展很快，國際上每年都以15%一20%的速度增長。

　　一、概述國內外激光切割應用現狀

　　激光切割是激光加工中應用最早、使用最多的加工方法。

　　以日本為例，目前已擁有CO2激光切割機2萬多臺，約占全球激光加工機總量的1/3，其中80%為激光切割設備。

　　據統計，自1995年以來，年生產C02激光切割機已超過500臺左右，其中YAG激光切割機100多臺。

　　而我國至今卻只有600多臺套激光切割機在使用中。

　　因此，在我國，激光切割技術的推廣和應用潛力很大。

　　隨著我國國民經濟的飛速發展，許多傳統產業需要改造，許多鈑金加工領域有待開發，許多工業城市也需要建立激光加工中心。

　　二、激光切割技術發展趨勢及特點

　　1.高速、高精度激光切割機

　　由于大功率激光器光束模式的改善及32位微機的應用，為激光切割設備的高速、高精度創造了有利條件。

　　目前國際先進水平的激光切割機的切割速度已達到20m/min以上，兩軸快速運動可達250m/min，加速度最大為109，定位精度達0.01mm/500mm。

　　采用高速、高精度的激光切割機，在切割板厚lmm，直徑10mm的小圓時，每分鐘能切割500多個，而其直徑誤差不大于50mm，實現了真正意義上的飛行切割技術。

　　2. 厚板切割和大尺寸工件切割的大型激光切割機

　　如上所述，隨著可用于激光切割激光器功率的增大，激光切割正從輕工業薄板的鈑金加工向著重工業厚板切割方向發展。

　　6kW大功率激光器，能切割低碳鋼板最大厚度達32mm的大尺寸工件。

　　由于厚板激光切割技術的不斷改進，目前已經嘗試使用3kW的激光器切割通常需要用6kW激光器才能切割的32mm厚的低碳鋼板.并已用于試生產。

　　此外，激光切割機的加工尺寸范圍也在不斷擴大，目前生產最大激光切割機的機寬可達5.4m，長達6m。

　　這都說明了厚板、大尺寸激光切割技術正在逐漸提高。

　　3.三維立體多軸數控激光切割機

　　為了滿足汽車、航空等工業的立體工件切割的需要，目前已發展了各種各樣的5軸或6軸三維激光切割機，其最大加工工件尺寸可達3500mmx1200mm，數控軸數達到9軸，加工速度快，精度高，在6.2m范圍內加工誤差僅在0.1mm之內。

　　在先進國家的汽車生產線上，YAG激光切割機器人的應用愈來愈多。

　　目前，三維激光切割機正向高效率、高精度、多功能和高適應性方向發展，其應用范圍將會愈來愈大。

　　三、激光切割技術發展前沿

　　自1960年紅寶石激光器問世以來，激光加工技術至今已發展到第三個時期了。

　　為了實現上述技術的持續發展，在2l世紀初，激光切割需要研究、開發和解決的主要問題如下。

　　1.激光器的改進。

　　包括2kW級以上CO。

　　激光器光束模式的改善、YAG激光束發散角的減小和超小型大功率氣體激光器的開發等。

　　2.光束傳導系統功能部件的研究。

　　提高大功率激光光束傳遞和聚焦光路系統的可靠性及性能，包括大功率光路系統中熱變形補償及其監測系統的研究、光軸的自動調節系統及防反射光光學系統的開發和YAG光導纖維傳送系統的小型化及消除象差等問題的解決。

　　采用補償控制等方法使切割工作臺超高速化、高精度化，提高激光切割機器人的移動速度和精度，NC控制計算、處理的高速化等。

　　3.切割軟件的功能改善及激光切割T藝控制。

　　利用CAD/CAM.研制高速自動示教編程系統，以縮短三維立體激光切割機的編程時間。

　　開發快速的、空間的高分辨率傳感器及其監測系統等，建立適應性控制。

　　四、數控激光切割機技術發展目標

　　1.高速、高精度激光切割機及切割工藝

　　我國的數控激光切割機生產，經過近20年的發展已取得了很大成就。

　　但與國外先進產品相比，還有較大差距，主要表現在切割機的運行速度低，動態精度差，配套功能不夠，切割工藝參數不完善和切割斷面質量不易保證等。

　　為了進一步提高產品質量和生產率，必須生產出新型的高速、高精度的激光切割機，以滿足國內日益增長的生產需要，數控激光割機應具備專用切割工藝參數，配有激光專用自動編程系統及自動排料、套料系統，減少編程時間，提高板材利用率。

　　數控激光切割機如安裝交換工作臺，則可以大大提高生產率，充分利用激光能源，降低生產成本。

　　2.厚板激光切割技術及其設備

　　由于大功率CO2激光器光束模式的改進和激光切割技術進步，使厚板激光切割技術的應用逐漸增加，同時由于切割工藝采用CNC控制激光切割精度高，因此，用激光切割代替等離子、氧乙炔為主的中厚板切割的趨勢正迅速增長，激光切割正從輕工業的鈑金加工業向建筑機械、橋梁、造船等重工業方向發展。

　　3.三維高精度大型數控激光切割機及其切割

　　工藝技術三維數控激光切割機主要應用于汽車制造、航空、建筑及難以加工的大型立體鈑金件。

　　其主要特點是：床身剛性好、加工范圍大;龍門式結構能實現高速、高精度的切割;三維激光切割頭不僅能沿X、Y、Z軸作直線運動，且能進行C軸旋轉.數控系統采用5軸或6軸聯動系統，具有空間立體編程簡單、操作方便和可靠性高的特點。

　　目前國內企業對三維激光切割機已經有需求，隨著市場和經濟的快速發展，在汽車、航空、機車及工程機械等行業對三維激光切割機的需求將會不斷增大，因此，開發出性能好、工作可靠、使用方便的三維激光切割機，將使我國激光切割機的水平大大提高一步。

　　五、總結

　　隨著裝備制造業的快速發展，我國數控激光切割成套設備已進入快速增長期，年增長率達50%以上。

　　應用行業包括：汽車、船舶、航空、核工業、機械制造、鋼鐵、紡織、石油、激光加工中心等。

　　在2006年全國激光加工學術年會上，專家們認為：到“十一五”末期，我國每年至少需要1500多臺套高功率數控激光切割機，到“十二五”末期，我國高功率數控激光切割機市場需求量將達到10000臺套，其中除了通用的激光切割機之外，對高速高精度激光切割機、大幅面厚板激光切割機、三維立體數控激光切割機、航天航空用有色金屬激光器切割機等高性能激光切割系統的需求也與日俱增。

　　參考文獻

　　[1]田興志.激光加工現狀及2l世紀的展望[J].光機電信息，2003(2).

　　[2]陳樹明.激光切割技術現狀與發展[J].鍛壓機械，2002(2)：3—5.

　　[3]喬東凱。謝月強.激光加工機微機控制系統[J].茂名學院學報。2003，13(1)：39—42.

　　[4]張邊。陳武柱.基于軟件組件的智能化激光加工數控軟件[J].機械加工與自動化。2002(7)：23—25.

　　[5]胡惠芬.數控激光切割機的發展現狀和應用前景[J].造船技術，1997(3)：37—39.

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