激光切割是利用經(jīng)聚焦的高功率密度激光束照射工件，使被照射的材料迅速熔化、汽化、燒蝕或達(dá)到燃點(diǎn)，同時(shí)借助與光束同軸的高速氣流吹除熔融物質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)將工件割開。激光切割屬于熱切割方法之一。
近年來，激光切割技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域發(fā)展迅速，從2011年ZG國際工業(yè)博覽會(huì)之金屬加工與數(shù)控機(jī)床展覽會(huì)上看出，激光加工機(jī)床在金屬和非金屬加工中占據(jù)了相當(dāng)大的比重。其中在汽車工業(yè)中的應(yīng)用Z具有代表性，星空體育APP從汽車頂棚的激光焊接、擋風(fēng)板的激光切割、底板的激光拼焊以及車身覆蓋件三維輪廓的激光切割等。
激光切割加工中沒有“刀具”的磨損，工件不受切割力的影響。相對(duì)傳統(tǒng)方法，激光切割的切割效率可以提高8～20倍，更能夠節(jié)省15%～30%的材料。
歐洲、美國、和日本等工業(yè)較發(fā)達(dá)國家的激光加工機(jī)和工業(yè)激光器的生產(chǎn)和銷售也在逐年遞增，應(yīng)用的領(lǐng)域越來越廣泛。在用于激光加工領(lǐng)域的工業(yè)激光器中有超過40%的激光器是用來作切割的。相比而言，日本在激光加工工藝等方面的研究更是走在世界的前列，在車門制造過程中使鋼板切割、焊接和壓模成形一體化，而且取得了很大的進(jìn)展。
在激光切割工藝研究方面，主要集中對(duì)激光輸出功率、焦點(diǎn)位置、激光模式以及噴嘴形狀等問題的研究。早在20世紀(jì)70～80年代，美國、日本以及德國等國家已經(jīng)在大量切割工藝試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，建立激光切割工藝數(shù)據(jù)庫，在90年代初期國外就相應(yīng)推出了一些高性能的激光切割系統(tǒng)。
激光切割是利用大功率、高密度的激光束照射被切割材料，從而以瞬時(shí)高溫使材料汽化，并蒸發(fā)形成孔洞，隨著激光光束的位移，孔洞由點(diǎn)成線，形成連續(xù)的切縫，從而達(dá)到切割材料的效果。近年來，隨著電子信息工程和計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷成熟和應(yīng)用，激光切割也實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化控制，切割精度也有了很大提升，推動(dòng)了機(jī)械加工和切割工藝的發(fā)展。
所有集中熱能是材料熔化或分離的方法，都被統(tǒng)稱為熱切割。激光切割與其他熱切割方法(火焰切割、電弧切割)相比，其主要特點(diǎn)表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。
激光光束能夠根據(jù)切割精度要求的不同進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)，在機(jī)械加工領(lǐng)域，激光光斑直徑的精度可達(dá)0.1mm。利用這種光徑切割機(jī)械零件，不僅切割口表面光滑，不會(huì)出現(xiàn)明顯的毛刺，滿足大多數(shù)情況下的機(jī)械零件使用需求，而且切縫立面相互平行，被加工機(jī)械零件的幾何形狀良好。對(duì)于一般性的機(jī)械零件來說，利用激光切割不需要進(jìn)行額外的尺寸校對(duì)和打磨處理，可以直接進(jìn)行使用。
技術(shù)融合成為現(xiàn)代機(jī)械行業(yè)發(fā)展的主流趨勢(shì)。將激光切割與信息技術(shù)、數(shù)控技術(shù)相結(jié)合，不僅提高了激光切割進(jìn)度，而且明顯改善了切割效率。目前來說，利用數(shù)控工作臺(tái)控制激光切割機(jī)，通過程序指令的控制，可以切割不同形狀的機(jī)械零件，極大的提升了切割效率。
例如，現(xiàn)有一臺(tái)1500W的激光機(jī)，切割厚度為3mm的低碳鋼板，Z高切割速度能夠達(dá)到6×103mm/min，如果是切割樹脂材料，切割速度還能夠提升到1×104mm/min以上。
激光切割不僅能夠加工常見的金屬材料和非金屬材料，而且還可以用來加工皮革制品、木材纖維等。當(dāng)然，對(duì)于不同的材料制品，激光切割的適應(yīng)性也會(huì)有所差異，在切割加工時(shí)應(yīng)當(dāng)合理選擇。
無論是金屬材料還是非金屬材料，都具有固定的沸點(diǎn)，例如鐵的沸點(diǎn)是2750攝氏度，金的沸點(diǎn)是2966攝氏度等。當(dāng)外界溫度達(dá)到這些材料的沸點(diǎn)后，材料就會(huì)開始汽化，形成蒸汽。
激光汽化切割的機(jī)理就是利用高能量的激光束作為熱源，使機(jī)械材料在瞬間達(dá)到沸點(diǎn)并汽化。由于溫度極高，因此會(huì)在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生高速噴出的蒸汽，并在材料上留下整齊的切口。激光汽化切割需要激光器具有很大的功率，因此這種切割方法通常用于切割厚度較小的金屬薄板，或是一些沸點(diǎn)較低的非金屬材料，例如木材、塑料等。
激光熔化切割也是首先利用激光瞬時(shí)高溫使材料熔化。與汽化切割不同的是，在材料熔化后，需要用光束同軸的噴嘴向激光照射點(diǎn)吹出非氧化性氣體，依靠噴嘴強(qiáng)大的壓力，使熔化的材料不斷排出，進(jìn)而形成切口。
在非氧化性氣體的作用下，熔化切割不需要將機(jī)械材料完全汽化，因此所需要的加工能力也就相對(duì)較少，通常情況下只有汽化切割的10%-15%。常用的非氧化性氣體有氦氣、氬氣，熔化切割的主要材料以活潑型技術(shù)材料為主，例如鋁、鋼、鈦合金等。
從作用效果上看，激光氧氣切割與氧乙炔切割類似，兩者都是利用預(yù)熱熱源，將氧氣、氫氣等活性氣體作為切割氣體，而激光氧氣切割的預(yù)熱熱源是激光。
激光氧氣切割與上述兩種切割方式的不同之處在于，它直接利用活性氣體切割金屬材料：噴出的氣體一方面能夠在激光高溫的作用下，與金屬發(fā)生氧化反應(yīng)，并且在這一化學(xué)反應(yīng)中生產(chǎn)大量的氧化熱;另一方面，高速噴出的氣體還能將熔化的金屬和氧化物吹出，形成切口。由于活性氣體在氧化反應(yīng)中放出了大量的熱量，在一定程度上發(fā)揮了熔化金屬材料的作用，因此切割所耗損的能量較低。
衡量激光切割工藝和機(jī)械加工質(zhì)量的參數(shù)主要包括激光功率切口寬度、切割速度等，除此之外像光束質(zhì)量、離焦量等，也會(huì)在一定程度上影響激光切割的整體質(zhì)量。
決定激光功率的主要因素的激光器，激光功率越大，則切割速度越快，切割效果越好。除了受自身硬件條件的制約外，激光功率還受到外界因素的影響，包括切割材料的性質(zhì)、材料的導(dǎo)熱性能等。
例如切割材料表面光滑，光反射率高，星空體育APP那么激光的利用效率就高，切割效果更好;切割材料如果為良性熱導(dǎo)體，切割點(diǎn)的熱量能夠迅速傳播到機(jī)械材料的其他部位，則容易產(chǎn)生“熱區(qū)效應(yīng)”，容易出現(xiàn)材料變形或切口粗糙等問題。
影響激光切割速度的因素多種多樣，例如采用不同的切割工藝切割不同的機(jī)械材料以及切割氣體壓力的大小等。通常來說，激光能量越高、材料厚度越小、切割氣體壓力越大，切割速度就快，反之同理。
需要注意的是，我們?cè)谶M(jìn)行機(jī)械加工時(shí)，不應(yīng)當(dāng)一味追求激光切割速度，還應(yīng)當(dāng)兼顧激光切割質(zhì)量。尤其是一些精密度要求極高的機(jī)械零件，必須要求激光切割的精度達(dá)到一定水平，以保證機(jī)械加工零件的可用性。
激光切割噴吹的氣體有以下作用：一是用來熔化切割金屬材料并依靠噴吹氣體的壓力將液態(tài)金屬吹走，形成切口;二是用于氧助熔化切割，氣體與切割金屬反應(yīng)放熱，可提供部分切割能量。但是，氣體對(duì)材料又具有冷卻作用，能從切割區(qū)帶走部分能量。因此氣體對(duì)切割質(zhì)量有重要影響。不同的噴嘴，使用的氣體流量也不同。
在功率和切割材料板厚一定時(shí)，有Z佳切割氣體流量，此切割速度Z決。而激光功率的增加，切割氣體的Z佳流量增大。無論采取何種激光切割方式，都需要對(duì)氣體壓力進(jìn)行科學(xué)控制，既要保證氣體能夠吹出熔化金屬和氧化物，又要防止切口不整齊，影響激光切割質(zhì)量。
激光器輸出光束的模式為基橫模時(shí)對(duì)激光切割非常有利。通過聚焦后獲得較小的光斑和較高的功率密度。研究表明，非氧助切割時(shí)切口寬度與激光光斑直徑基本相等。光斑的大小與聚焦透鏡的焦距成正比。短焦距的透鏡盡管能得到較小的光斑，而焦深較小。
激光加工技術(shù)中采用的焦深定義為：如果光束某橫截面ZX的功率密度為焦點(diǎn)處的50%，此點(diǎn)與焦點(diǎn)的距離即是焦深。焦深越小，能切割的板厚越薄，工件表面到透鏡的距離要求就嚴(yán)格。切割厚板，要選用焦距較大的聚焦透鏡。離焦量對(duì)切割速度和切割深度有較大的影響，切割時(shí)要保持不變，通常離焦量要選用負(fù)值，焦點(diǎn)位置處在切割板面下面的某點(diǎn)。
由于大功率激光器光束模式的改善及64位微機(jī)的應(yīng)用，為激光切割設(shè)備的高速、高精度創(chuàng)造了有利條件。目前國際先進(jìn)水平的激光切割機(jī)的切割速度已達(dá)到20m/min以上，兩軸快速運(yùn)動(dòng)可達(dá)250m/min，加速度Z大為109，定位精度達(dá)0.01mm/500mm。
采用高速、高精度的激光切割機(jī)，在切割板厚1mm，直徑10mm的小圓時(shí)，每分鐘能切割500多個(gè)，而其直徑誤差不大于50mm，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的飛行切割技術(shù)。
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(yè)薄板的鈑金加工向著重工業(yè)厚板切割方向發(fā)展。
6kW大功率激光器，能切割低碳鋼板Z大厚度達(dá)32mm的大尺寸工件。由于厚板激光切割技術(shù)的不斷改進(jìn)，目前已經(jīng)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(chǎn)。此外，激光切割機(jī)的加工尺寸范圍也在不斷擴(kuò)大，目前生產(chǎn)Z大激光切割機(jī)的機(jī)寬可達(dá)5.4m，長達(dá)6m。這都說明了厚板、大尺寸激光切割技術(shù)正在逐漸提高。星空體育APP
為了滿足汽車、航空等工業(yè)的立體工件切割的需要，目前已發(fā)展了各種各樣的5軸或6軸三維激光切割機(jī)，其Z大加工工件尺寸可達(dá)3500mm×1200mm，數(shù)控軸數(shù)達(dá)到9軸，加工速度快，精度高，在6.2m范圍內(nèi)加工誤差僅在0.1mm之內(nèi)。
在先進(jìn)國家的汽車生產(chǎn)線上，YAG激光切割機(jī)器人的應(yīng)用愈來愈多。目前，三維激光切割機(jī)正向GX率、高精度、多功能和高適應(yīng)性方向發(fā)展，其應(yīng)用范圍將會(huì)愈來愈大。
我國的激光切割機(jī)生產(chǎn)，經(jīng)過近20年的發(fā)展已取得了很大成就。但與國外先進(jìn)產(chǎn)品相比，還有較大差距，主要表現(xiàn)在切割機(jī)的運(yùn)行速度低，動(dòng)態(tài)精度差，配套功能不夠，切割工藝參數(shù)不完善和切割斷面質(zhì)量不易保證等。
為了進(jìn)一步提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)率，必須生產(chǎn)出新型的高速、高精度的激光切割機(jī)，以滿足國內(nèi)日益增長的生產(chǎn)需要，數(shù)控激光割機(jī)應(yīng)具備專用切割工藝參數(shù)，配有激光專用自動(dòng)編程系統(tǒng)及自動(dòng)排料、套料系統(tǒng)，減少編程時(shí)間，提高板材利用率。激光切割機(jī)如安裝交換工作臺(tái)，則可以大大提高生產(chǎn)率，充分利用激光能源，降低生產(chǎn)成本。
由于大功率CO2激光器光束模式的改進(jìn)和激光切割技術(shù)進(jìn)步，使厚板激光切割技術(shù)的應(yīng)用逐漸增加，同時(shí)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(shì)正迅速增長，激光切割正從輕工業(yè)的鈑金加工業(yè)向建筑機(jī)械、橋梁、造船等重工業(yè)方向發(fā)展。
工藝技術(shù)三維激光切割機(jī)主要應(yīng)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(diǎn)是：床身剛性好、加工范圍大;龍門式結(jié)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)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(yùn)動(dòng)，且能進(jìn)行C軸旋轉(zhuǎn).數(shù)控系統(tǒng)采用5軸或6軸聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)，具有空間立體編程簡(jiǎn)單、操作方便和可靠性高的特點(diǎn)。
目前國內(nèi)企業(yè)對(duì)三維激光切割機(jī)已經(jīng)有需求，隨著市場(chǎng)和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，在汽車、航空、機(jī)車及工程機(jī)械等行業(yè)對(duì)三維激光切割機(jī)的需求將會(huì)不斷增大，因此，開發(fā)出性能好、工作可靠、使用方便的三維激光切割機(jī)，將使我國激光切割機(jī)的水平大大提高一步。
農(nóng)業(yè)機(jī)械種類繁多，更新?lián)Q代迅速，新產(chǎn)品研制周期長，而且多數(shù)種類的產(chǎn)品都屬于小批量生產(chǎn)，農(nóng)機(jī)產(chǎn)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(tǒng)的農(nóng)機(jī)產(chǎn)品板金加工件通常采用沖床方式，模具消耗大，通常一個(gè)大型的農(nóng)機(jī)生產(chǎn)廠家用于模具存放的庫房就近300m2。
由此可見，農(nóng)機(jī)部件的加工如果仍然停留在傳統(tǒng)的方式，將嚴(yán)重制約產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代與技術(shù)開發(fā)，而激光切割技術(shù)的柔性加工優(yōu)勢(shì)就體現(xiàn)出來了。
