淺議我國數(shù)控激光切割技術的發(fā)展趨勢
2018-9-27 來源： 青島圣族激光機械有限公司 作者：王天勇
摘要：在我國數(shù)控激光切割技術應用過程中，技術人員應該根據(jù)加工系統(tǒng)的性能、加工材料和工藝參數(shù)進行分析，有效控制影響激光切割質(zhì)量的因素。在數(shù)控激光技術應用活動中，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)控激光切割技術的發(fā)展趨勢進行分析，提出幾點有利于增強激光行業(yè)發(fā)展效率的可行性建議。
關鍵詞：數(shù)控機床；激光切割；發(fā)展趨勢；市場增長
未來我國的激光切割技術在發(fā)生器的選擇上將會更具多樣性，發(fā)生器的動力供應類型更加多樣化，能量輸出更加穩(wěn)定，結構具有一定的特色，激光器切割機的使用費用將會顯著降低，對人體的傷害也會顯著減少。數(shù)控激光切割技術應用領域不斷增多，我國三維立體切割、自動聚焦和恒光路技術逐漸成熟，使用機載激光器通過移動光束對大幅面厚板材進行激光切割的技術操作也將逐步完善。
1 、 數(shù)控激光切割技術的內(nèi)涵分析
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，由一個特殊透鏡對激光束進行聚攏對焦處理。
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，最終形成了蘊含較強能量的切割工具。激光切割的功率大小受到噴嘴移動速度的影響，被割材料上的切割處理需要參考機床平臺的運動軌跡來實現(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，使用激光直寫技術還能夠完成醫(yī)學治療方面的操作活動。
在激光切割質(zhì)量系統(tǒng)控制中，技術人員應該合理調(diào)整不同聚焦透鏡的位置，使用多軸運動控制卡，對濾光片與 CCD 光束運動軌跡進行控制。在數(shù)控激光控制活動中，技術人員應該根據(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)整激光束運動的定位速度（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.
圖 1
2 、 數(shù)控激光切割技術的發(fā)展趨勢介紹
激光切割技術的應用比較廣泛，它是我國數(shù)控機床生產(chǎn)中的一種精密技術，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。
激光加工新技術中主要有激光三維刻蝕、激光微結構制造、激光 -SPM 復合加工和準分子掩膜刻蝕等。我國工業(yè)加工和生產(chǎn)領域?qū)τ跀?shù)控激光技術比較重視，技術研發(fā)人員應該認真分析數(shù)控激光切割技術的特征與應用現(xiàn)狀，對數(shù)控切割的技術應用模式進行優(yōu)化。我國數(shù)控激光切割技術將會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)控激光切割機市場增長趨勢明顯，工業(yè)制造領域?qū)τ诩す馇懈顧C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)控激光機器生產(chǎn)與制造領域，將會出現(xiàn)高速高精激光切割機、三維立體激光切割機、大幅面厚板材激光切割機以及其他專用激光切割機設備等。激光切割機的切割能力逐漸增強，切割技術的適應性和自由度也會不斷增加。橫向激光切割機使用龍門移動光路處理技術，在切割的同時完成等離子云檢測等作業(yè)。新型的 2.5D 和 3D 激光切割機帶有雙激光器的切割系統(tǒng)能夠滿足工業(yè)制造領域中的高速切割要求，滿足對高難度零件進行加工的需求。使用光纖激光切割機設備還能夠?qū)Ω哂捕鹊牟牧线M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)控激光切割技術的應用分析
3.1 數(shù)控激光切割技術的通用標準分析
目前我國激光切割機的行業(yè)參數(shù)通用標準，主要為德國激光切割機等。數(shù)控激光切割技術的發(fā)展趨勢向耗能量最省的方向發(fā)展，并且可供激光器運轉(zhuǎn)的工作氣體種類適應性更強。目前數(shù)控激光技術領域中常見的兩種激光切割機為 SLAB-D025 激光器（2500W）和軸快流激光器（3000W），這兩種激光切割技術代表了當前工業(yè)生產(chǎn)領域的主流發(fā)展內(nèi)容。
SLAB-D025 激光器的結構原理為板式放電、擴散冷卻，它沒有固定的氣體流動裝置，氣體無需流動，因此無氣體動力裝置。這種激光器的光束特性為 TEM00 模式，光束的發(fā)散角為 0.15mrad, 激光器輸出窗口鏡片壽命為 40000 小時左右，脈沖頻率為5000HZ，且僅有門脈沖功能。SLAB-D025 激光切割機的工作氣體種類較多，主要為一氧化碳、氦氣、氮氣、二氧化碳等，這種切割機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 94%。
這種激光切割機的耗氣量最省，僅為 0.2L/H。而當前另一款主流的激光切割機為軸快流的機器設備，它的結構原理為快速軸流放電的運動特征，渦輪機為氣體流動東西裝置。這種激光切割機的耗氣量比較大，高達 35L/H，但是它的切割效率最高。軸快流數(shù)控激光切割機的脈沖頻率可以調(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 3000W 的激光器可以輸出 7500W 的功率），及其的穿孔能力和切割能力都比較強。
3.2 我國激光切割技術的發(fā)展展望分析
我國目前已經(jīng)能夠獨立生產(chǎn)數(shù)控切割機，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。
激光切割技術的新市場朝著超高精度作業(yè)領域發(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)展領域?qū)M入到紡織機械、糧食機械、醫(yī)療機械、燈具裝飾、包裝業(yè)、船舶、汽車、航空和鋼鐵工業(yè)等領域。激光加工開發(fā)新市場包括激光數(shù)控車床加工設備市場，進入應用領域主要包括磨具、器件、機械、船舶、汽車、航空和鋼鐵工業(yè)等領域。
采用運動控制器進行軸 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)的硬件結構，進行控制系統(tǒng)的簡化審計，使用主板（PC 總線）實現(xiàn)對于整個激光處理系統(tǒng)的控制。在激光切割技術的發(fā)展中，重點對軟件控制板塊功能實現(xiàn)進行優(yōu)化升級。
4 、 結語
我國數(shù)控激光切割技術將朝著新的領域發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)對于激光處理類研發(fā)產(chǎn)品的需求，要求技術人員不斷開發(fā)新的市場。為了提升數(shù)控激光切割技術的工作效率，技術人員應該對數(shù)控激光系統(tǒng)的控制板塊進行優(yōu)化。其中，數(shù)控激光切割的系統(tǒng)管理模塊中，技術人員應該做好系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理工作。根據(jù)標準工藝庫管理標準，對激光切割模式進行實時監(jiān)督檢測，按照常用加工方法的要求進行現(xiàn)行加工工藝參數(shù)的檢測，并且對比行業(yè)工藝標準參數(shù)進行分析，對不合理的工藝編制信息進行修改。
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