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            激光切割加工

            數控激光切割機是用激光作為工具(刀具)對工件進行切割加工的機床。激光切割機的發展與激光器技術有關,激光器從最初的YAG(固體激光器)、CO2(二氧化碳激光器)再到現在主流的光纖激光器,經歷了三代發展,本文主要介紹CO2數控激光切割機和光纖激光切割機。

            激光切割

            激光切割是當前材料加工中一種先進且應用廣泛的切割工藝,它是一種熱切割加工方法,利用高能量密度的激光束作為“切割刀具”對材料進行切割。高功率密度的激光束照射工件,使被照射的材料迅速達到燃點或熔化、燒蝕,同時,借助與光束同軸的高速氣流吹除熔融物質,從而完成工件切割。數控激光切割機具有精密制造、異形加工、柔性切割、一次成形、速度快、效率高等優點,在工業生產中解決了許多常規方法無法解決的難題,激光切割機的出現對工業的發展具有劃時代的意義。

            激光能切割大多數金屬材料和非金屬材料。在電氣制造業,主要用于鈑金開關柜加工;在運輸機械行業,主要用于輸送機械、搬運車輛、裝卸機械的制造;在石油化工行業,主要用于切割石油篩縫管;在汽車制造業,主要用于切割形狀復雜的車身薄板以及各種曲面件等,包括平面切割、三維切割;在工程機械制造業,主要用于機械結構件的加工;在醫療器械業,主要用于醫療機械的制造,可以滿足醫療機械精密度、安全性、表面粗糙度等方面的要求;在裝飾行業中,主要用于切割各種公共休閑場所的裝飾,如廳堂墻裝飾、廣告招牌等;在包裝業中,主要用于加工各種形狀、不同大小的包裝盒等。

            激光切割機硬件主要由床身、橫梁、工作臺、激光器、切割頭、穩壓器、水冷機、電控柜、氣源(氧氣、氮氣、空氣)組成,系統包含電氣系統、機械系統、氣路系統、光學系統、液壓系統、潤滑系統和冷卻系統,是集機、光、電、氣、液于一體的自動化設備。機床制造過程中使用的工藝有折彎、焊接、機加工、裝配等。機械傳動結構有絲杠螺母、齒輪齒條、同步帶,機械傳動以齒輪齒條傳動為主,主要原因是齒輪傳動瞬時傳動精確,能承受重載,效率高。

            CO2數控激光切割機

            我司研發生產的LC系列CO2數控激光切割機如圖1所示,機床主機包含實現X、Y、Z軸運動的機械部分和用于放置加工板材的工作臺(常見的是單臺面齒板工作臺和鏈輪傳動交換工作臺),龍門懸掛式結構,傳動部分采用大導程絲杠傳動,橫梁在固定梁上進行Y軸向運動,隨動滑座在橫梁上進行X軸向運動,切割頭相對板材可在隨動滑座上進行上、下(Z軸)移動。

            圖1 LC系列數控激光切割機外形圖

            激光器是產生激光光源的裝置,是激光切割機的核心部件。CO2激光器的發光原理如圖2所示,外部氣體由二氧化碳、氮氣、氦氣組成三元氣體,充入諧振腔內,通過4萬伏的高電壓產生激光,激光在尾鏡、折射鏡、前鏡之間循環,最后從前鏡輸出激光束。

            CO2數控激光切割機的優點是可以切不銹鋼,切割的不銹鋼斷面細膩,也可以切非金屬材料(如亞克力、有機玻璃等)。缺點是其光電轉換率不高,在8%~12%,耗電量高,設備維護費用高,外部氣體帶入的灰塵會堆積在鏡片上產生燒痕,鏡片更換的費用高。加上新一代光纖激光器的發展,CO2激光器在工業領域上逐漸被淘汰。

            光纖激光切割機

            我司研發生產的FC系列光纖激光切割機如圖2所示,龍門式結構,傳動部分采用齒輪齒條傳動,橫梁在床身上進行X軸向運動,滑座在橫梁上進行Y軸向運動,切割頭安裝在滑座滑板上,通過絲杠或模組進行Z軸向運動。

            圖2 CO2激光器發光原理示意圖

            圖3 FC系列激光切割機外形圖

            光纖激光器的發光原理如圖4所示,激光器由模塊組成,模塊代表一段功率,模塊相加合成總功率。模塊內是泵浦源,泵浦源發出泵浦光通過耦合器產生一根光纖發出激光。

            圖4 光纖激光器發光原理示意圖

            光纖激光切割機的優點是光電轉換率達25%,耗電量低,增益介質為稀土元素,設備費用低。缺點是比CO2數控激光切割機切割的不銹鋼斷面粗糙,切割頭組裝密封性要求高。

            結 束 語

            激光技術經歷了幾次重大的變革,目前行業還是有很多的技術難點需要攻克,大致會從以下四個方面發展:高速高精機床、能承受高功率的切割頭結構、穿孔工藝及機床智能化上下料與分揀碼垛。激光器功率越來越高,薄板切割速度可達80m/min,但是由于機床精度及剛度的影響,高速下很難保持高精度的切割,所以機床結構和控制系統將會是未來主機廠研發的重點方向。ji

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