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激光是一種光,與其他自然光一樣,是由原子(分子或離子等)躍遷產生的。 但它與普通光不同是激光僅在初極短的時間內依賴于自發(fā)輻射,此后的過程完全由激輻射決定,因此激光具有非常純正的顏色,幾乎無發(fā)散的方向性、極高的發(fā)光強度和高相干性。激光切割是應用激光聚焦后產生的高功率密度能量來實現(xiàn)的。多年來,國外發(fā)展了綜合激光切割和機械沖孔技術的激光沖切機,這種機械對復雜形狀的工件用機械方法模沖出內孔,然后用激光切割方法切出外緣和需要長距離切割的線條。在計算機的控制下,通過脈沖使激光器放電,從而輸出受控的重復高頻率的脈沖激光,形成一定頻率,一定脈寬的光束,該脈沖激光束經(jīng)過光路傳導及反射并通過聚焦透鏡組聚焦在加工物體的表面上,形成一個個細微的、高能量密度光斑,焦斑位于待加工面附近,以瞬間高溫熔化或氣化被加工材料。
對于飛行光路的切割機,由于光束發(fā)散角,切割近端和遠端時光程長短不同,聚焦前的光束尺寸有一定差別。入射光束的直徑越大,焦點光斑的直徑越小。將水箱清洗干凈,更換好循環(huán)水,把水泵還原回水箱,將連接水泵的水管插入進水口,整理好各接頭。為了減少因聚焦前光束尺寸變化帶來的焦點光斑尺寸的變化,國內外激光切割系統(tǒng)的制造商提供了一些專用的裝置供用戶選用:
(1)平行光管。這是一種常用的方法,即在CO2激光器的輸出端加一平行光管進行擴束處理,擴束后的光束直徑變大,發(fā)散角變小,使在切割工作范圍內近端和遠端聚焦前光束尺寸接近一致。
(2)在切割部件上增加一獨立的移動透鏡的下軸,它與控制噴嘴到材料表面距離(stand off)的Z軸是兩個相互獨立的部分。當機床工作臺移動或光軸移動時,光束從近端到遠端F軸也同時移動,使光束聚焦后光斑直徑在整個加工區(qū)域內保持一致。如圖二所示。如果在加工過程中,各軸的整體響應太慢,或者某些位置出現(xiàn)一個軸偏差小,另一個軸偏差大的情況,則就會出現(xiàn)加工輪廓變形的問題。
(3)控制聚焦鏡(一般為金屬反射聚焦系統(tǒng))的水壓。若聚焦前光束尺寸變小而使焦點光斑直徑變大時,自動控制水壓改變聚焦曲率使焦點光斑直徑變小。
(4)飛行光路切割機上增加x、y方向的補償光路系統(tǒng)。即當切割遠端光程增加時使補償光路縮短;反之當切割近端光程減小時,使補償光路增加,以保持光程長度一致。
一般來講,建以議12mm以內的碳鋼板、10mm以內的不銹鋼板等金屬材料切割推薦使用激光切割機。激光切割機無切削力,加工無變形:無刀具磨損,材料適應性好:無論是簡樸還是復雜零件,都可以用激光一次精密快速成型切割。
激光切割機選購要考慮的因素很多,除了要考慮目前加工工件的大尺寸、材質、需要切割的大厚度以及原材料幅面的大小外,更多的需要考慮未來的發(fā)展方向,比如所做產品的技術改型后要加工的大工件大小、鋼材市場所提供材料的幅面針對自己的產品哪種省料,上下料時間等等。在工業(yè)生產中確定焦點位置的簡便方法有三種:(1)打印法:使切割部件從上往下運動,在塑料板上進行激光束打印,打印直徑小處為焦點。
造成金屬激光切割機加工誤差的相關因素
1.切割材料厚度超標。一般金屬激光切割機能切割的板材厚度在12個厚度以下,越薄的板材,切割起來越輕松,品質也越好。如果板材太厚,激光切割機切割起來比較吃力,在保證切斷的情況下,加工精度就會出現(xiàn)誤差,所以要確定板材的厚度因素。
2.激光輸出功率不達標。在金屬激光切割機運行調試的時候,要保證激光輸出功率達到標準,一般激光的輸出功率越高,在同等厚度的板材上面,切割的品質越好。
3.切割板材的粗糙度。一般情況下,切割材料的表面越平整,切割的品質也就越好。
4.焦點位置不準確。激光切割機的焦點如果沒對準,直接影響切割精度,所以在運行前要校準核對。
5.加工速度。切割速度直接影響加工精度。所以也要在運行前,要將切割速度和材料的吻合度達到一致。