在現(xiàn)代工業(yè)生產中，激光切割更被廣泛應用于鈑金、塑料、玻璃、陶瓷、半導體以及紡織品、木材和紙質等材料加工。作為激光業(yè)內人士，你必須知道的激光切割原理、切割工藝基礎知識，下面我們一起學習。

　　當聚焦的激光束照到工件上時，照射區(qū)域會急劇升溫以使材料熔化或者氣化。一旦激光束穿透工件，切割過程就開始了：激光束沿著輪廓線移動，同時將材料熔化。通常會用一股噴射氣流將熔融物從切口吹走，在切割部分和板架間留下一條窄縫，窄縫幾乎與聚焦的激光束等寬。

　　火焰切割是切割低碳鋼時采用的一種標準工藝，采用氧氣作為切割氣體。氧氣加壓到高達6bar 后吹進切口。在那里，被加熱的金屬與氧氣發(fā)生反應：開始燃燒和氧化?；瘜W反應釋放大量的能量（達到激光能量的五倍）輔助激光束進行切割。

　　熔化切割是切割金屬時使用的另一種標準工藝。也可以用于切割其他可熔材料，星空體育注冊例如陶瓷。

　　采用氮氣或者氬氣作為切割氣，氣壓2-20 bar 的氣體吹過切口。氬氣和氮氣是惰性氣體，這意味著它們不和切口中的熔化金屬發(fā)生反應，僅僅將它們向底部吹走。同時，惰性氣體可以保護切割邊緣不被空氣氧化。

　　壓縮空氣同樣可以用來切割薄板?？諝饧訅旱?-6 bar 就足以吹走切口中的熔融金屬。由于空氣中接近 80% 都是氮氣，因此壓縮空氣切割基本上屬于熔化切割。

　　如果參數(shù)選擇恰當，等離子體輔助熔化切割切口中會出現(xiàn)等離子體云。等離子體云由電離的金屬蒸氣和電離的切割氣組成。等離子體云吸收CO2 激光的能量并轉化進工件，使更多的能量耦合到工件，材料會更快熔化，從而使切割速度更快。因此，這種切割過程也叫高速等離子體切割。

　　等離子體云事實上相對于固體激光是透明的，因此等離子體輔助熔化切割只能使用CO2激光。

　　氣化切割將材料蒸發(fā)，盡可能減小了對周圍材料的熱效應影響。采用連續(xù)CO2 激光加工蒸發(fā)低熱量、高吸收的材料就可以達到上述效果，例如薄的塑料薄膜以及木材、紙、泡沫等不熔化的材料。

　　超短脈沖激光使這項技術可以應用于其他材料。金屬中的自由電子吸收激光并劇烈升溫。激光脈沖不與熔融的粒子和等離子體反應，材料直接升華，沒有時間將能量以熱量的形式傳給周圍材料。皮秒脈沖燒蝕材料時沒有明顯的熱效應，沒有熔化和毛刺形成。

　　許多參數(shù)影響激光切割過程，其中一些取決于激光器和機床的技術性能，而另一些是變化的。

　　偏振度表明多少百分比的激光被轉換。典型的偏振度一般在90% 左右。這對于高質量的切割已經足夠了。

　　焦點直徑影響切口寬度，可以通過改變聚焦鏡的焦距改變焦點直徑。更小的焦點直徑意味著更窄的切口。

　　激光功率應和加工類型、材料種類和厚度相匹配。功率必須足夠高以至于工件上的功率密度超出加工閾值。

　　連續(xù)模式主要用于切割毫米到厘米尺寸的金屬和塑料的標準輪廓。而為了熔化穿孔或者產生精密的輪廓，則采用低頻的脈沖激光。

　　激光功率和切割速度必須互相匹配。太快或者太慢的切割速度都會導致粗糙度的增加和毛刺的形成。

　　噴嘴的直徑決定了從噴嘴中噴出的氣體流量和氣流形狀。材料越厚，氣體噴流的直徑也要越大，相應地，噴嘴口的直徑也要增大。

　　采用氧氣火焰切割時，氣體純度需達到99.95 %。鋼板越厚，采用的氣體氣壓越低。

　　采用氮氣熔化切割時，氣體純度需要達到99.995 %（理想情況是 99.999 %），熔化切割厚鋼板時需要更高的氣壓。

　　在激光切割早期，使用者必須通過試運轉自行決定加工參數(shù)的設置。現(xiàn)在，成熟的加工參數(shù)被存儲在切割系統(tǒng)的控制裝置中。對于每一種材料類型和厚度，都有對應的數(shù)據(jù)。技術參數(shù)表使得即使不熟悉這種技術的人也能順利操作激光切割設備。

　　有許多判定激光切割邊緣質量的標準。像毛刺形式、凹陷、紋路等標準可以用肉眼判定；垂直度、粗糙度和切口寬度等則需要采用專用儀器來測量。材料沉積、腐蝕、熱影響區(qū)域和變形也是衡量激光切割質量的重要因素。

　　1蛙跳是激光切割機的空程方式。如下圖所示，切割完孔1，接著要切割孔2。切割頭要從點A移動到點B。當然，移動過程中要關閉激光。從點A到點B之間的運動過程，機器“空”跑，稱為空程。

　　早期的激光切割機的空程如下圖所示，切割頭要次第完成三個動作：上升（到足夠安全的高度）、平動（到達點B的上方）、下降。

　　壓縮空程時間，可提高機器的效率。如果將次第完成的三個動作，變?yōu)椤巴瑫r”完成，可縮短空程時間：切割頭從點A開始向點B移動時，即同時上升；接近點B時，同時下降。如下圖所示。

　　在激光切割機的發(fā)展過程中，蛙跳算得上一個突出的技術進步。蛙跳動作，只占用了從點A到點B平動的時間，省卻了上升、下降的時間。青蛙一跳，捕捉到食物；激光切割機的蛙跳，“捕捉”到的是高效率。如果激光切割機現(xiàn)在還不具備蛙跳功能，恐怕就不入流了。

　　因此，就需要調整焦點的位置（調焦）。早期的激光切割機，一般采用手動調焦方式；當下，許多廠商的機器都實現(xiàn)了自動調焦。

　　可能有人會說，改變切割頭的高度就好了，切割頭升高，焦點位置就高，切割頭降低，焦點位置就低。沒有這么簡單。

　　如下圖所示，切割頭底部為噴嘴。在切割過程中，噴嘴與工件之間的距離（噴嘴高度）約0.5～1.5mm，不妨看作是一個固定值，即噴嘴高度不變，所以不能通過升降切割頭來調焦（否則無法完成切割加工）。

　　聚焦鏡的焦距是不可改變的，所以也不能指望通過改變焦距來調焦。如果改變聚焦鏡的位置，則可改變焦點位置：聚焦鏡下降，則焦點下降，聚焦鏡上升，則焦點上升?！@確是調焦的一種方式。采用一個電機驅動聚焦鏡作上下運動，可以實現(xiàn)自動調焦。

　　另一種自動調焦的方法是：在光束進入聚焦鏡之前，置一變曲率反射鏡（或稱可調鏡），通過改變反射鏡的曲率，改變反射光束的發(fā)散角度，從而改變焦點位置。如下圖所示。

　　有了自動調焦功能，可顯著提高激光切割機的加工效率：厚板穿孔時間大幅縮減；加工不同材質、不同厚度的工件，機器可自動將焦點快速調整到最合適的位置。

　　如下圖所示，當板料放到工作臺上時，如果歪斜，切割時可能造成浪費。如果能夠感知板料的傾斜角度和原點，則可調整切割加工程序，以適合板料的角度和位置，從而避免浪費。自動尋邊功能應運而生。

　　啟動自動尋邊功能后，切割頭從P點出發(fā)，自動測得板料兩垂直邊上的3點：P1、P2、P3，并據(jù)此自動計算出板料的傾斜角度A，以及板料的原點。

　　借助自動尋邊功能，省卻了早先調整工件的時間——在切割工作臺上調整（移動）重達數(shù)百公斤的工件不是件易事，提升了機器的效率。

　　一臺技術先進功能強大的高功率激光切割機，是光、機、電一體化的復雜系統(tǒng)。細微之處，往往隱藏奧妙。讓我們一起來窺探其奧妙。

　　集中穿孔，也稱預穿孔，是一種加工的工藝，并非機器本身的功能。激光切割較厚板材時，每一輪廓的切割加工都要經歷兩個階段：1.穿孔、2.切割。

　　集中穿孔加工工藝（完成所有輪廓的穿孔→回到起點→切割所有輪廓），與常規(guī)加工工藝相比，集中穿孔時，機器的運行軌跡總長是增加了的。那為什么還要采用集中穿孔呢？

　　集中穿孔可避免過燒。厚板穿孔過程中，在穿孔點周圍形成熱量聚集，如緊接著切割，就會出現(xiàn)過燒現(xiàn)象。采用集中穿孔工藝方式，完成所有穿孔、返回起點再切割時，由于有充分的時間散熱，就避免了過燒現(xiàn)象。

　　集中穿孔可提高加工效率。目前，仍有許多激光切割機不具備自動調焦的功能。加工厚板，穿孔、切割兩個階段的工藝參數(shù)（激光模式、功率、噴嘴高度、輔助氣體壓力等）是不同的。穿孔過程中噴嘴高度要高于切割過程。如果采取常規(guī)的加工工藝（輪廓1穿孔→輪廓1切割→輪廓2穿孔→輪廓2切割→……），為了保證切割質量和效率，激光束的焦點只能按照切割的需要人工調定到最佳位置（試想如果是這樣：一開始，將焦點人工調定到穿孔所需要的位置，穿孔；然后，再將焦點調到切割所需要的位置，切割；再調到穿孔位置，穿孔；……；直至加工完成——這簡直是惡夢）。因此，穿孔時的焦點就必定不在最佳位置，穿孔時間也就較長。但是，采取集中穿孔方式，就可先將焦點調整到適合穿孔的位置，待穿孔完成后，使機器暫停，再將焦點位置調整到切割所要求的最佳位置；這樣，穿孔時間可縮短一半以上，大大提升效率。當然，如必要，還可在集中穿孔和切割中間調整或改變其他工藝參數(shù)（比如可使用空氣＋連續(xù)波進行穿孔，而使用氧氣進行切割，中間有足夠的時間完成氣體的切換）。我們一般把驅動聚焦鏡自動變焦稱作F軸；像這樣采用手動變焦進行集中穿孔、切割，是不是可以叫做“H”（Hand）軸“變焦”呢？

　　集中穿孔也有風險。如果在切割過程中發(fā)生碰撞，致使板材位置變動，則尚未切割的部分可能報廢。集中穿孔工藝需要自動編程系統(tǒng)的幫助。

　　行激光切割加工時，板料被鋸齒狀的支撐條托住。被切割下來的零件，如果不夠小，不能從支撐條的縫隙中落下；如果又不夠大，不能被支撐條托住；則可能失去平衡，翹起。高速運動的切割頭可能與之發(fā)生碰撞，輕則停機，重則損壞切割頭。

　　利用橋位（微連接）切割工藝，可避免發(fā)生此種現(xiàn)象。在對圖形進行激光切割編程時，有意將封閉的輪廓，斷開若干處，使得切割完成后零件與周圍的材料粘連在一起，不致掉落，這些斷開處，就是橋位。也稱為斷點，或微連接（這種叫法源自對MicroJoint的生硬翻譯)。斷開的距離，星空體育注冊約0.2～1mm，與板料的厚度成反比?；诓煌慕嵌?，有了這些不同的叫法：基于輪廓，斷開了，所以叫斷點；基于零件，與母材相粘連，所以叫橋位或微連接。

　　橋位將零件與周圍材料連在一起，成熟的編程軟件，可根據(jù)輪廓的長度，自動加上合適數(shù)量的橋位。還能區(qū)分內外輪廓，決定是否加橋位，使不留橋位的內輪廓（廢料）掉落，而留橋位的外輪廓（零件）與母材粘連在一起，不掉落，從而免去分揀的工作。

　　如果相鄰的零件輪廓是直線，且角度相同，則可以合為一條直線，只切割一次。此即共邊切割。顯而易見，共邊切割減少了切割長度，可顯著提高加工效率。

　　激光切割的持續(xù)成功，是其他大多數(shù)加工難以企及的。這種趨勢今天仍在繼續(xù)。在未來，激光切割的應用前景也將越來越廣闊。