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激光切割机的技术工艺

文字:[大][中][小] 手机页面二维码 2021-10-11     浏览次数:    
激光切割机的技术工艺

激光切割机有两种技术:脉冲激光适用于金属材料。二是连续激光适用于非金属材料,后者是激光切割技术的重要应用领域。

激光切割机的几项关键技术是光、机、电一体化的综合技术。激光束的参数、机器和数控系统的性能和精度直接影响激光切割的效率和质量。特别是对于切割精度高或厚度大的零件,必须掌握和解决以下关键技术:

焦点位置控制技术。

激光切割的优点之一是光束能量密度高,一般为10W/cm2。由于能量密度与面积成反比,焦点光斑直径尽可能小,产生窄缝;同时,焦点光斑直径也与透镜的焦深成正比。聚焦透镜焦深越小,焦点光斑直径越小。但切割有飞溅,透镜离工件太近容易损坏透镜。因此,5~7.5(127~190mm)的焦距广泛应用于大功率CO2激光切割机的工业应用中。实际焦点光斑直径在0.1~0.4mm之间。对于高质量的切割,有效的焦深也与透镜直径和切割材料有关。例如,用5透镜切割碳钢,焦深在焦距的+2%范围内,即约5mm。因此,与被切割材料表面相比,控制焦点非常重要。考虑到切割质量、切割速度等因素,原则上6mm金属材料的焦点在表面;6mm碳钢的焦点在表面以上;6mm不锈钢的焦点在表面以下。具体尺寸由实验决定。

确定工业生产中焦点位置的简单方法有三种:

(1)打印方法:使切割头从上到下移动,在塑料板上打印激光束,打印直径的最小部分为焦点。

(2)斜板法:用垂直轴斜放的塑料板水平拉动,找到激光束的最小部分作为焦点。

(3)蓝色火花法:去掉喷嘴,吹空气,将脉冲激光打在不锈钢板上,使切割头从上到下移动,直到蓝色火花最大化为焦点。

对于飞行光路的切割机,由于光束的发散角,近端和远端的切割时间长度不同,聚焦前的光束尺寸也不同。入射光束直径越大,焦点光斑直径越小。为了减少聚焦前光束尺寸变化引起的焦点光斑尺寸变化,国内外激光切割系统制造商为用户提供了一些专用设备:

(1)平行光管。这是一种常用的方法,即在CO2激光器的输出端加一个平行光管进行扩束处理,扩束后光束直径变大,发散角变小,使切割工作范围内的近端和远端聚焦前光束尺寸接近一致。

(2)在切割头上添加一个独立的移动透镜下轴,它与控制喷嘴到材料表面的Z轴(standoff)是两个独立的部分。当机床工作台移动或光轴移动时,光束也从近端移动到远端,使光束聚焦后的光斑直径在整个加工区域保持一致。

(3)控制聚焦镜(一般为金属反射聚焦系统)的水压。如果聚焦前光束的尺寸变小,使焦点光斑的直径变大,自动控制水压,改变聚焦曲率,减小焦点光斑的直径。

(4)在飞行光路切割机上增加x、y方向的补偿光路系统。也就是说,当远程切割增加时,补偿光路会缩短;相反,当近端光程切割减小时,补偿光路会增加,以保持光程长度一致。

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