激光切割技术
激光切割是激光加工行业中最重要的一项应用技术 ,也是激光加工中应用最早、使用最多的加工方法。它占整个激光加工业的 70 %以上。激光切割与其他切割方法相比 ,最大区别是它具有高速、高精度和高适应性的特点。同时还具有割缝细、热影响区小、切割面质量好切割时无噪声、切缝边缘垂直度好、切边光滑、切割过程容易实现自动化控制等优点。可切割碳钢、不锈钢、合金钢、木材、塑料、橡胶布、石英、陶瓷、玻璃、复合材料等。激光切割板材时 ,不需要模具 ,可以替代一些需要采用复杂大型模具的冲切加工方法 ,能大大缩短生产周期和降低成本。因此 ,目前激光切割已广泛地应用于汽车、机车车辆制造、航空、化工、轻工、电器与电子、石油和冶金等工业部门中。
近年来 ,激光切割技术发展很快 ,国际上每年都以15 %～20 %的速度增长。我国自 1985 年以来 ,更以每年25 %以上的速度增长。当然 ,由于我国激光工业基础较差 ,激光加工技术的应用尚不普遍 ,激光加工整体水平与先进国家相比仍有较大差距。因此 ,在我国 ,激光切割技术的推广和应用潜力很大。激光切割系统主要由机床主机、激光器、控制系统三大主要部分组成。控制系统是整个系统的控制中枢 ,负责协调整个系统的正常工作 ,主要完成加工轨迹控制、焦点位置控制和机、光、电一体的协调控制。数控激光切割机的研制属于机电一体化范畴 ,它的研制使生产系统具有友好的人机界面 ,方便而易学的编程方式 ,以及精确的切割轨迹控制功能 ,适合于工业现场的使用 ,极大地提高了生产率。
1、激光切割机发展现状及特点
自从第1 台红宝石激光器于 1960 年问世以来,激光技术已被广泛应用到各行各业 ,如日常生活中的激光打印、CD 唱盘与光盘、VCD 与 DVD 视盘、光纤通信、激光测距、激光扫描条码。在工业上 ,激光被用于切割、焊接、标记与热处理等加工领域。中国的工业激光起步并不比西方国家晚 ,但由于基础工业的薄弱和投资力度的不足 ,使商品化的激光切割机研究远远落后于发达国家。目前最大的制造厂家是上海雷鸥激光设备厂(上海嘉定) ,每年可生产 30台2～5 kW的横流式 CO2 激光器 ,供焊接与表面热处理使用 ,也可少量生产 1. 0～1. 5 kW轴流式 CO2激光器供切割用 ,南京东方激光公司引进德国技术 ,每年可生产10 台1.5、2.0 kW封闭式轴流式 CO2 激光器。此外 ,长春光机所和上海光机所也生产少量工业激光器。
我国北京机床研究所、核工业部济南铸造锻压机械研究所、北京机电研究院近年也相继推出了国产的数控激光切割机。沈阳机床股份有限公司引进意大利普瑞玛公司数控激光切割机制造技术合资生产 ,推出了自己的激光器。
目前我国拥有的整台套的激光切割加工系统不足千台 ,而且分布在全国近 200 家的激光加工部门中 ,其中90 %为 CO2 激光器。国产数控激光切割机的主要持点是 ,价格较低 ,约是进口价格的1/3;激光器功率较低 ,一般为1.5 kW以下。与国外机相比表现为切缝宽 ,表面质量、机械精度、整机的稳定性、柔性较差 但具有价格方面的优势 因此 继续深入开发和发展国产化的较高质量的数控激光切割机 ,以较低的价格推向市场是一项很重要的工作。
2、激光切割机发展趋势
(1)高速、高精度激光切割机
由于大功率激光器光束模式的改善及 32 位微机的应用 ,为激光切割设备的高速、高精度创造了有利条件。
(2)厚板切割和大尺寸工件切割的大型激光切割机
随着可用于激光切割激光器功率的增大 ,激光切割正从轻工业薄板的钣金加工向着重工业厚板切割方向发展。
(3)三维立体多轴数控激光切割机
为了满足汽车、航空等工业的立体工件切割的需要 ,目前已发展了各种各样的五轴或六轴三维激光切割机 ,其最大加工工件尺寸可达 3 600 mm ×3 600 mm ×600 mm,数控轴数达到九轴 ,加工速度快 ,精度高 ,在6 m 范围内加工误差仅在0.1 mm之内。在先进国家的汽车生产线上 ,激光切割机器人的应用愈来愈多。目前 ,三维激光切割机正向高效率、高精度、多功能和高适应性方向发展 ,其应用范围将会愈来愈大。
(4)激光切割单元自动化和无人化
为了提高生产率和节省劳动力 ,目前激光切割正向着激光切割单元(FMC)和无人化、自动化方向发展。发展这种单元自动化系统 ,必须依赖于先进的自动控制、网络控制技术及计算机生产辅助管理系统技术等。国外已有各种各样的激光切割单元可供应市场 ,并有由6 台大型激光切割机为核心组成的无人化的切割生产线在工厂运行。
(5)、紧凑型和组合一体化数控激光切割机
随着激光器体积的缩小和功率的增大 ,以及辅助装置的不断完善 出现了把激光器、电源、主机、控制系统和冷却水循环装置等紧密地组合在一起 形成占地面积小、功能完善的整套紧凑型激光切割机。此外 ,激光切割技术正与激光焊接、激光表面淬火等激光加工工艺组合 以发展一机多用 进一步提高设备的利用率。
造船技术,1997(3) :37 - 39.机电信息,2003
