激光切割机_金属切割设备

激光切割机

金属切割设备

激光切割机是将从激光器发射出的激光，经光路系统，聚焦成高功率密度的激光束。激光束照射到工件表面，使工件达到熔点或沸点，同时与光束同轴的高压气体将熔化或气化金属吹走。

简介

与传统的氧乙炔、等离子等切割工艺相比，激光切割速度快、切缝窄、热影响区小、切缝边缘垂直度好、切边光滑，同时可激光切割的材料种类多，包括碳钢、不锈钢、合金钢、木材、塑料、橡胶、布、石英、陶瓷、玻璃、复合材料等。随着市场经济的飞速发展和科学技术的日新月异，激光切割技术已广泛应用于汽车、机械、电力、五金以及电器等领域。近年来，激光切割技术正以前所未有的速度发展，每年都以15%~20%的速度增长。我国自1985年以来，更是以每年近25%的速度增长。当前，我国激光切割技术的整体水平与先进国家相比还存在着不小的差距，因此，在国内市场激光切割技术具有广阔的发展前景和巨大的应用空间。

激光切割机在切割过程中，光束经切割头的透镜聚焦成一个很小的焦点，使焦点处达到高的功率密度，其中切割头固定在z轴上。这时，光束输入的热量远远超过被材料反射、传导或扩散的部分热量，材料很快被加热到熔化与汽化温度，与此同时，一股高速气流从同轴或非同轴侧将熔化及汽化了的材料吹出，形成材料切割的孔洞。随着焦点与材料的相对运动，使孔洞形成连续的宽度很窄的切缝，完成材料的切割。

当前，激光切割机的外光路部分主要采用的是飞行光路系统。从激光发生器发出的光束经过反射镜1、2、3到达切割头上的聚焦透镜，聚焦后在待加工材料表面形成光斑。其中反射镜片1固定在机身上不动；横梁上反射镜2随着横梁的运动作x向运动；z轴上的反射镜片3随z轴的运动作y向的运动。从图中不难看出，在切割过程中，随着横梁作x向运动，z轴部分作y向运动，光路的长度时刻发生着变化。

目前，民用激光发生器由于制造成本等原因，所发出的激光光束都具有一定的发散角，呈“锥形”。当“锥形”的高度改变时（相当于激光切割机光路长度改变），聚焦透镜表面的光束横截面面积也随之改变。此外，光还具有波的性质，因此，不可避免地会出现衍射现象，衍射会使光束在传播过程中发生横向扩展，该现象存在于所有的光学系统中，能够决定这些系统在性能方面的理论极限值。由于高斯光束呈“锥形”和光波的衍射作用，当光路长度变化时，作用在透镜表面的光束直径时刻发生着变化，这就会引起焦点大小和焦点深度的变化，但对焦点位置的影响很小。如果焦点大小和焦点深度在连续加工中发生变化，必然会对加工产生很大影响，比如，会造成切割缝宽度不一致、在相同切割功率下会割不透或烧蚀板材等。

原理

激光是一种光，与其他自然光一样，是由原子（分子或离子等）跃迁产生的。但它与普通光不同是激光仅在最初极短的时间内依赖于自发辐射，此后的过程完全由激辐射决定，因此激光具有非常纯正的颜色，几乎无发散的方向性、极高的发光强度和高相干性。

激光切割是应用激光聚焦后产生的高功率密度能量来实现的。在计算机的控制下，通过脉冲使激光器放电，从而输出受控的重复高频率的脉冲激光，形成一定频率，一定脉宽的光束，该脉冲激光束经过光路传导及反射并通过聚焦透镜组聚焦在加工物体的表面上，形成一个个细微的、高能量密度光斑，焦斑位于待加工面附近，以瞬间高温熔化或气化被加工材料。每一个高能量的激光脉冲瞬间就把物体表面溅射出一个细小的孔，在计算机控制下，激光加工头与被加工材料按预先绘好的图形进行连续相对运动打点，这样就会把物体加工成想要的形状。

切缝时的工艺参数（切割速度，激光器功率，气体压力等）及运动轨迹均由数控系统控制，割缝处的熔渣被一定压力的辅助气体吹除。

主要工艺

1、汽化切割。

在激光气化切割过程中，材料表面温度升至沸点温度的速度是如此之快，足以避免热传导造成的熔化，于是部分材料汽化成蒸汽消失，部分材料作为喷出物从切缝底部被辅助气体流吹走。此情况下需要非常高的激光功率。

为了防止材料蒸气冷凝到割缝壁上，材料的厚度一定不要大大超过激光光束的直径。该加工因而只适合于应用在必须避免有熔化材料排除的情况下。该加工实际上只用于铁基合金很小的使用领域。

该加工不能用于，像木材和某些陶瓷等，那些没有熔化状态因而不太可能让材料蒸气再凝结的材料。另外，这些材料通常要达到更厚的切口。在激光气化切割中，最优光束聚焦取决于材料厚度和光束质量。激光功率和气化热对最优焦点位置只有一定的影响。在板材厚度一定的情况下，最大切割速度反比于材料的气化温度。所需的激光功率密度要大于108W/cm2，并且取决于材料、切割深度和光束焦点位置。在板材厚度一定的情况下，假设有足够的激光功率，最大切割速度受到气体射流速度的限制。

2、熔化切割。

在激光熔化切割中，工件被局部熔化后借助气流把熔化的材料喷射出去。因为材料的转移只发生在其液态情况下，所以该过程被称作激光熔化切割。

激光光束配上高纯惰性切割气体促使熔化的材料离开割缝，而气体本身不参于切割。激光熔化切割可以得到比气化切割更高的切割速度。气化所需的能量通常高于把材料熔化所需的能量。在激光熔化切割中，激光光束只被部分吸收。最大切割速度随着激光功率的增加而增加，随着板材厚度的增加和材料熔化温度的增加而几乎反比例地减小。在激光功率一定的情况下，限制因数就是割缝处的气压和材料的热传导率。激光熔化切割对于铁制材料和钛金属可以得到无氧化切口。产生熔化但不到气化的激光功率密度，对于钢材料来说，在104W/cm2～105W/cm2之间。

3、氧化熔化切割（激光火焰切割）。

熔化切割一般使用惰性气体，如果代之以氧气或其它活性气体，材料在激光束的照射下被点燃，与氧气发生激烈的化学反应而产生另一热源，使材料进一步加热，称为氧化熔化切割。

由于此效应，对于相同厚度的结构钢，采用该方法可得到的切割速率比熔化切割要高。另一方面，该方法和熔化切割相比可能切口质量更差。实际上它会生成更宽的割缝、明显的粗糙度、增加的热影响区和更差的边缘质量。激光火焰切割在加工精密模型和尖角时是不好的（有烧掉尖角的危险）。可以使用脉冲模式的激光来限制热影响，激光的功率决定切割速度。在激光功率一定的情况下，限制因数就是氧气的供应和材料的热传导率。

4、控制断裂切割。

对于容易受热破坏的脆性材料，通过激光束加热进行高速、可控的切断，称为控制断裂切割。这种切割过程主要内容是：激光束加热脆性材料小块区域，引起该区域大的热梯度和严重的机械变形，导致材料形成裂缝。只要保持均衡的加热梯度，激光束可引导裂缝在任何需要的方向产生。

关键技术

激光切割技术有两种：第一种是脉冲激光适用于金属材料，第二种是连续激光适用于非金属材料。后者是激光切割技术的重要应用领域。

激光切割机的几项关键技术是光、机、电一体化的综合技术。在激光切割机中激光束的参数、机器与数控系统的性能和精度都直接影响激光切割的效率和质量。特别是对于切割精度较高或厚度较大的零件，必须掌握和解决以下几项关键技术：

焦点位置控制技术

激光切割的优点之一是光束的能量密度高，一般10W/cm2。由于能量密度与面积成反比，所以焦点光斑直径尽可能的小，以便产生一窄的切缝；同时焦点光斑直径还和透镜的焦深

在工业生产中确定焦点位置的简便方法有三种：

（1）打印法：使切割头从上往下运动，在塑料板上进行激光束打印，打印直径最小处为焦点。

（2）斜板法：用和垂直轴成一角度斜放的塑料板使其水平拉动，寻找激光束的最小处为焦点。

（3）蓝色火花法：去掉喷嘴，吹空气，将脉冲激光打在不锈钢板上，使切割头从上往下运动，直至蓝色火花最大处为焦点。

对于飞行光路的切割机，由于光束发散角，切割近端和远端时光程长短不同，聚焦前的光束尺寸有一定差别。入射光束的直径越大，焦点光斑的直径越小。为了减少因聚焦前光束尺寸变化带来的焦点光斑尺寸的变化，国内外激光切割系统的制造商提供了一些专用的装置供用户选用：

（1）平行光管。这是一种常用的方法，即在CO2激光器的输出端加一平行光管进行扩束处理，扩束后的光束直径变大，发散角变小，使在切割工作范围内近端和远端聚焦前光束尺寸接近一致。

（2）在切割头上增加一独立的移动透镜的下轴，它与控制喷嘴到材料表面距离（stand off）的Z轴是两个相互独立的部分。当机床工作台移动或光轴移动时，光束从近端到远端F轴也同时移动，使光束聚焦后光斑直径在整个加工区域内保持一致。如图二所示。

（3）控制聚焦镜（一般为金属反射聚焦系统）的水压。若聚焦前光束尺寸变小而使焦点光斑直径变大时，自动控制水压改变聚焦曲率使焦点光斑直径变小。

（4）飞行光路切割机上增加x、y方向的补偿光路系统。即当切割远端光程增加时使补偿光路缩短；反之当切割近端光程减小时，使补偿光路增加，以保持光程长度一致。

主要参数

X,Y工作范围：1300mm*2500mm

切割聚焦镜头：F=80mm

最大激光输出功率：500W

调继冲频率：$300Hz

电源脉冲宽度：0.5ms-2ms

激光器：双灯镀金聚光腔

切割接口卡：CNC 3000控制卡

切割软件：适应PLT、DXF等格式

制冷功率：4W

重复定位精度：±0.03/300mm

空程速度：0-20000mm/min

切割速度：0-15000mm/min

切割质量

切割精度是判断数控激光切割机质量好坏的第一要素。影响数控激光切割机的切割精度的四大因素：

1、激光发生器的激光凝聚的大小。聚集之后如果光斑非常小，则切割精度非常高，要是切割之后的缝隙也非常小。则说明激光切割机的精度非常之高，品质则非常高。但激光器发出的光束为锥形，所以切出来的缝隙也是锥形。这种条件下，工件厚度越大，精度也就会越低，因此切缝越大。

2、工作台的精度。工作台的精度如果非常高，则让切割的精度也随之提高。因此工作台的精度也是衡量激光发生器精度的一个非常重要的因素。

3、激光光束凝聚成锥形。切割时，激光光束是以锥形向下的，这时如果切割的工件的厚度非常大，切割的精度就会降低，则切出来的缝隙就会非常大。

4、切割的材料不同，也会影响到激光切割机的精度。在同样的情况下，切割不锈钢和切割铝其精度就会非常不同，不锈钢的切割精度就会高一些，而且切面也会光滑一些。

一般来说，激光切割质量可以由以下6个标准来衡量。

1.切割表面粗糙度Rz

2.切口挂渣尺寸

3.切边垂直度和斜度u

4.切割边缘圆角尺寸r

5.条纹后拖量n

6.平面度F

切割穿孔

切割穿孔技术：任何一种热切割技术，除少数情况可以从板边缘开始外，一般都必须在板上穿一小孔。早先在激光冲压复合机上是用冲头先冲出一孔，然后再用激光从小孔处开始进行切割。对于没有冲压装置的激光切割机有两种穿孔的基本方法：

（1）爆破穿孔：（Blast drilling），材料经连续激光的照射后在中心形成一凹坑，然后由与激光束同轴的氧流很快将熔融材料去除形成一孔。一般孔的大小与板厚有关，爆破穿孔平均直径为板厚的一半，因此对较厚的板爆破穿孔孔径较大，且不圆，不宜在要求较高的零件上使用（如石油筛缝管），只能用于废料上。此外由于穿孔所用的氧气压力与切割时相同，飞溅较大。

（2）脉冲穿孔：（Pulse drilling）采用高峰值功率的脉冲激光使少量材料熔化或汽化，常用空气或氮气作为辅助气体，以减少因放热氧化使孔扩展，气体压力较切割时的氧气压力小。每个脉冲激光只产生小的微粒喷射，逐步深入，因此厚板穿孔时间需要几秒钟。一旦穿孔完成，立即将辅助气体换成氧气进行切割。这样穿孔直径较小，其穿孔质量优于爆破穿孔。为此所使用的激光器不但应具有较高的输出功率；更重要的时光束的时间和空间特性，因此一般横流CO2激光器不能适应激光切割的要求。

此外，脉冲穿孔还须要有较可靠的气路控制系统，以实现气体种类、气体压力的切换及穿孔时间的控制。在采用脉冲穿孔的情况下，为了获得高质量的切口，从工件静止时的脉冲穿孔到工件等速连续切割的过渡技术应以重视。从理论上讲通常可改变加速段的切割条件：如焦距、喷嘴位置、气体压力等，但实际上由于时间太短改变以上条件的可能性不大。在工业生产中主要采用改变激光平均功率的办法比较现实，具体方法有以下三种：（1）改变脉冲宽度；（2）改变脉冲频率；（3）同时改变脉冲宽度和频率。实际结果表明，第（3）种效果最好。

喷嘴设计

喷嘴设计及气流控制技术：激光切割钢材时，氧气和聚焦的激光束是通过喷嘴射到被切材料处，从而形成一个气流束。对气流的基本要求是进入切口的气流量要大，速度要高，以便足够的氧化使切口材料充分进行放热反应；同时又有足够的动量将熔融材料喷射吹出。因此，除光束的质量及其控制直接影响切割质量外，喷嘴的设计及气流的控制（如喷嘴压力、工件在气流中的位置等）也是十分重要的因素。

激光切割用的喷嘴采用简单的结构，即一锥形孔带端部小圆孔（如图4）。通常用实验和误差方法进行设计。由于喷嘴一般用紫铜制造，体积较小，是易损零件，需经常更换，因此不进行流体力学计算与分析。在使用时从喷嘴侧面通入一定压力Pn（表压为Pg）的气体，称喷嘴压力，从喷嘴出口喷出，经一定距离到达工件表面，其压力称切割压力Pc，最后气体膨胀到大气压力Pa。研究工作表明随着Pn的增加，气流流速增加，Pc也不断增加。

可用下列公式计算：V=8.2d2(Pg+1)

V-气体流速 L/min

d-喷嘴直径 mm

Pg-喷嘴压力（表压）bar

对于不同的气体有不同的压力阈值，当喷嘴压力超过此值时，气流为正常斜激波，气流速从亚音速向超音速过渡。此阈值与Pn、Pa比值及气体分子的自由度（n）两因素有关：如氧气、空气的n=5，因此其阈值Pn=1bar×(1.2)3.5=1.89bar。当喷嘴压力更高Pn/Pa=(1+1/n)1+n/2时（Pn；4bar），气流正常斜激波封变为正激波，切割压力Pc下降，气流速度减低，并在工件表面形成涡流，削弱了气流去除熔融材料的作用，影响了切割速度。因此采用锥孔带端部小圆孔的喷嘴，其氧气的喷嘴压力常在3bar以下。

为进一步提高激光切割速度，可根据空气动力学原理，在提高喷嘴压力的前提下不产生正激波，设计制造一种缩放型喷嘴，即拉伐尔（Laval）喷嘴。为方便制造可采用如图4的结构。德国汉诺威大学

第一高切割压力区紧邻喷嘴出口，工件表面至喷嘴出口的距离约为0.5~1.5mm，切割压力Pc大而稳定，是工业生产中切割手扳常用的工艺参数。第二高切割压力区约为喷嘴出口的3~3.5mm，切割压力Pc也较大，同样可以取得好的效果，并有利于保护透镜，提高其使用寿命。曲线上的其他高切割压力区由于距喷嘴出口太远，与聚焦光束难以匹配而无法采用。

组成部分

激光切割机系统一般由激光发生器、（外）光束传输组件、工作台（机床）、微机数控柜、冷却器和计算机（硬件和软件）等部分组成。

1）机床主机部分：激光切割机机床部分，实现X、Y、Z轴的运动的机械部分，包括切割工作平台。用于安放被切割工件，并能按照控制程序正确而精准的进行移动，通常由伺服电机驱动。

2）激光发生器：产生激光光源的装置。对于激光切割的用途而言，除了少数场合采用YAG固体激光器外，绝大部分采用电-光转换效率较高并能输出较高功率的CO2气体激光器。由于激光切割对光束质量要求很高，所以不是所有的激光器都能用作切割的。高斯模式适用于小于1500W、低阶模二氧化碳激光器100W-3000W、多模3000W以上。

3）外光路：折射反射镜，用于将激光导向所需要的方向。为使光束通路不发生故障，所有反射镜都要保护罩加以保护，并通入洁净的正压保护气体以保护镜片不受污染。一套性能良好的透镜会将一无发散角的光束聚焦成无限小的光斑。一般用5.0英寸焦距的透镜。7.5英寸透镜仅用于>12mm厚材。

4）数控系统：控制机床实现X、Y、Z轴的运动，同时也控制激光器的输出功率。

5）稳压电源：连接在激光器，数控机床与电力供应系统之间。主要起防止外电网干扰的作用。

6）切割头：主要包括腔体、聚焦透镜座、聚焦镜、电容式传感器和辅助气体喷嘴等零件。切割头驱动装置用于按照程序驱动切割头沿Z轴方向运动，由伺服电机和丝杆或齿轮等传动件组成。

7）操作台：用于控制整个切割装置的工作过程。

8）冷水机组：用于冷却激光发生器。激光器是利用电能转换成光能的装置，如CO2气体激光器的转换率一般为20%，剩余的能量就变换成热量。冷却水把多余的热量带走以保持激光发生器的正常工作。冷水机组还对机床外光路反射镜和聚焦镜进行冷却，以保证稳定的光束传输质量，并有效防止镜片温度过高而导致变形或炸裂。

9）气瓶：包括激光切割机工作介质气瓶和辅助气瓶，用于补充激光震荡的工业气体和供给切割头用辅助气体。

10）空压机、储气罐：提供和存储压缩空气。

11）空气冷却干燥机、过滤器：用于向激光发生器和光束通路供给洁净的干燥空气，以保持通路和反射镜的正常工作。

12）抽风除尘机：抽出加工时产生的烟尘和粉尘，并进行过滤处理，使废气排放符合环境保护标准。

13）排渣机：排除加工时产生的边角余料和废料等。

激光器

CO2气体激光器

自从激光技术被引入切割金属薄板，CO2激光器就雄踞市场。CO2激光光源需要很多能量来激发氮分子来与CO2分子（激光气体）产生碰撞，促使它们发射光子，最终形成可以割穿金属的激光束。谐振腔内的分子活动在释放出光的同时也释放出热量，这就需要一个冷却系统来冷却激光气体。这意味着在冷却过程中要消耗更多能量，进一步减低了能效。

光纤激光器

采用光纤激光器的机器占地小，激光光源和冷却系统体积也更小；没有激光气体管线，也不需要调校镜片。而功率为2kw或3kw的光纤激光光源只需要4kw或6kw CO2激光光源能耗的50%就能达到相同的性能，并且速度更快、能耗更低、对环境造成的影响更少。

光纤激光器采用固态二极管来泵浦双包层掺镱光纤内的分子，受激发射的光多次穿过纤芯，然后形成激光通过传输光纤向进行切割的聚焦头输出。由于所有分子间的碰撞都发生在光纤内，就不需要激光气体，因此所需能源大大减少——约为CO2激光器的三分之一。由于产生的热量越少，冷却器的体积就可以相应缩小。总之，在达到相同性能的情况下，光纤激光器的整体能耗要比CO2激光器低70%。

MicroVector设备采用矢量描述激光走行的路径，更为光滑。这样的激光系统切割出的覆盖膜轮廓边缘齐整圆顺、光滑无毛刺、无溢胶。采用模具等机加工方式开窗难免的窗口附近会有冲型后的毛刺和溢胶，这种毛刺和溢胶在经贴合压合上焊盘后是很难去除的，会直接影响其后的镀层质量。而采用MicroVector系统，此问题却可以迎刃而解，因为只需要你将修改后的CAD数据导入MicroVector的软件系统就可以很轻松快捷的加工得到你想要开窗图形的覆盖膜，在时间和费用上将为您赢得市场竞争先机。MicroVector设备集数控技术、激光技术、软件技术等光机电高技术于一体，具有高灵活性、高精度、高速度等先进制造技术的特征，可以使电路板厂家在技术水平上、经济上、时间上、自主性上改变挠性板传统加工和交货方式。

产品特点

1.激光切割FPC的优点。

2.激光在挠性电路板制造过程中有三个主要功能：FPC外型切割，覆盖膜开窗，钻孔等。

3.直接根据CAD 数据用来激光切割，更方便快捷，可以大幅度缩短交货周期。

4.不因形状复杂、路径曲折而增加加工难度。

5.进行覆盖膜开窗口时，切割出的覆盖膜轮廓边缘齐整圆顺、光滑无毛刺、无溢胶。采用模具等机加工方式开窗难免在窗口附近会有冲型后的毛刺和溢胶。

6.挠性板样品加工经常由于客户需要出现线路、焊盘位置的修改而导致覆盖膜窗口的变更，采用传统方法则需要重新更换或修改模。而采用激光加工，此问题却可以迎刃而解，因为只需要你将修改后的CAD数据导入就可以很轻松快捷地加工得到你想要开窗图形的覆盖膜，在时间和费用上将为您赢得市场竞争先机。

7.激光加工精度高，是挠性电路板成型处理的理想工具。激光可以将材料加工成任意形状。

8.在以往的大批量生产中，许多小部件都使用机械硬冲压成型的模具压制形成。但是硬冲模法大的损耗和长的交付周期对小部件的加工和成型而言显得不实用且成本高。

CO2激光切割技术

YAG（钇铝石榴石晶体）激光器属固体激光，可激发脉冲激光或连续式激光，发射之激光为红外线波长 1.064μm。

FPC紫外型

紫外激光切割机是采用紫外激光的切割系统，利用紫外光的特点，比传统长波长切割机具有更高精度和更好的切割效果。利用高能量的激光源以及精确控制激光光束可以有效提高加工速度并和得到更精确的加工结果。

紫外激光切割机可对柔性线路板和有机覆盖膜进行精密切割而无需特别的压力和模具固定。采用振镜扫描和直线电机两维工作台联合运动方式，不因形状复杂、路径曲折而增加加工难度。

行业应用

金属激光切割机应用是非常广泛的，囊括了很多行业，并且是很多企业必须必备的设备之一，其中有广告标牌制作（这些主要是些不锈钢的LOGO和标识切割），钣金加工（钣金加工基本囊括了所有的金属材料，这些一般主要是有折弯、打磨等，切割就是其中最重要的一道工序），机箱机柜制作（这方面一般有用到碳钢或者不锈钢方面，也主要是折弯跟切割2个切割工艺流程），弹簧片（属于精加工的过程了），地铁零件，还有电梯外壳的制作奥，机械设备外壳啊，还有厨房厨具（不锈钢居多点），其中超越激光的激光切割机设置还参与了神七神八飞船的制作，这些其实涉及到各个方面。广泛应用于钣金加工、广告标牌字制作、高低压电器柜制作、机械零件、厨具、汽车、机械、金属工艺品、锯片、电器零件、眼镜行业、弹簧片、电路板、电水壶、医疗微电子、五金、刀量具等行业。

激光加工技术在广告业的应用主要有有激光切割和激光雕刻两种工作方式。

激光雕刻：主要是在物体的表面进行，分为位图雕刻和矢量雕刻两种：

位图雕刻：我们先在PHOTOSHOP里将我们所需要雕刻的图形进行挂网处理并转化为单色BMP格式，而后在专用的激光雕刻切割软件中打开该图形文件。根据我们所加工的材料我们进行合适的参数设置就可以了，而后点击运行，激光雕刻机就会根据图形文件产生的点阵效果进行雕刻。

矢量雕刻：使用矢量软件如Coreldraw、AutoCad、Iluustrator等排版设计，并将图形导出为PLT、DXF、AI格式，打标机，然后再用专用的激光切割雕刻软件打开该图形文件，传送到激光雕刻机里进行加工。

在广告行业主要适用于木板、双色板、有机玻璃、彩色纸等材料的加工。

激光切割：我们可以理解为是边缘的分离。对这样的加工目的，我们应该先在CORELDRAW、AUTOCAD里将图形做成矢量线条的形式,气动打标机，然后存为相应的PLT、DXF格式，用激光切割机操作软件打开该文件，根据我们所加工的材料进行能量和速度等参数的设置再运行即可。激光切割机在接到计算机的指令后会根据软件产生的飞行路线进行自动切割。如：现有激光切割机，可以根据电脑绘制好的模板，然后直接输入电脑，自动切割图形。现有的激光切割机一般都有自己的硬盘，可输入海量数据源。

应用对比

在五六十年代作为板材下料切割的主要方法中：对于中厚板采用氧乙炔火焰切割；对于薄板采用剪床下料，成形复杂零件大批量的采用冲压，单件的采用振动剪。七十年代后，为了改善和提高火焰切割的切口质量，又推广了氧乙烷精密火焰切割和等离子切割。为了减少大型冲压模具的制造周期,又发展了数控步冲与电加工技术。各种切割下料方法都有其有缺点，在工业生产中有一定的适用范围。激光切割机的研发与应用无疑是对现代工业生产的重大提高和创新突破。

材料分析

随着激光切割技术的发展，激光切割运用的领域也越来越广泛，适用的材料也越来越多。但是不同的材料具有不同的特性，所以在使用激光切割时需要注意的事项也不同。

结构钢

该材料用氧气切割时会得到较好的结果。当用氧气作为加工气体时，切割边缘会轻微氧化。对于厚度达4mm的板材，可以用氮气作为加工气体进行高压切割。这种情况下，切割边缘不会被氧化。厚度在10mm以上的板材，对激光器使用特殊极板并且在加工中给工件表面涂油可以得到较好的效果。

不锈钢

切割不锈钢需要：使用氧气，在边缘氧化不要紧的情况下；使用氮气以得到无氧化无毛刺的边缘，就不需要再作处理了。在板材表面涂层油膜会得到更好的穿孔效果，而不降低加工质量。

铝

尽管有高反射率和热传导性，厚度6mm以下的铝材可以切割，这取决于合金类型和激光器能力。当用氧切割时，切割表面粗糙而坚硬。用氮气时，切割表面平滑。纯铝因为其高纯非常难切割，只有在系统上安装有“反射吸收”装置的时候才能切割铝材。否则反射会毁坏光学组件。

钛

钛板材用氩气和氮气作为加工气体来切割。其它参数可以参考镍铬钢。

铜和黄铜

两种材料都具有高反射率和非常好的热传导性。厚度1mm以下的黄铜可以用氮气切割；厚度2mm以下的铜可以切割，加工气体必须用氧气。只有在系统上安装有“反射吸收”装置的时候才能切割铜和黄铜。否则反射会毁坏光学组件。

合成材料

切割合成材料时要牢记切割的危险和可能排放的危险物质。可加工的合成材料有：热塑性塑料、热硬化材料和人造橡胶。

有机物

在所有有机物切割中都存在着着火的危险（用氮气作为加工气体，也可以用压缩空气作为加工气体）。木材、皮革、纸板和纸可以用激光切割，切割边缘会烧焦（褐色）。

竞争优势

激光切割机是钣金加工的一次工艺革命，是钣金加工中的“加工中央”；激光切割机柔性化程度高，切割速度快，出产效率高，产品出产周期短，为客户赢得了广泛的市场，该技术的有效生命期长，国外超过2毫米厚度的板材大都采用激光切割机，很多国外的专家一致以为今后30-40年是激光加工技术发展的黄金时期。

一般来讲，建以议12mm以内的碳钢板、10mm以内的不锈钢板等金属材料切割推荐使用激光切割机。激光切割机无切削力，加工无变形：无刀具磨损，材料适应性好：无论是简朴还是复杂零件，都可以用激光一次精密快速成型切割：其切缝窄，切割质量好，自动化程度高，操纵简便，劳动强度低，没有污染：可实现切割自动排样、套料、进步了材料利用率，出产本钱低，经济效益好。

激光切割机选购要考虑的因素很多，除了要考虑目前加工工件的最大尺寸、材质、需要切割的最大厚度以及原材料幅面的大小外，更多的需要考虑未来的发展方向，比如所做产品的技术改型后要加工的最大工件大小、钢材市场所提供材料的幅面针对自己的产品哪种最省料，上下料时间等等。

数控切割机床

由三部分组成，即工作台（一般为精密机床）、光束传输系统（有时称外光路，即激光器发出的光束到达工件前整个光程内光束的传输光学、机械构件）和微机数控系统。按切割柜与工作台相对移动的方式，可分为以下三种类型：

（1）在切割过程中，光束（由割炬射出）与工作台都移动，一般光束沿Y向移，工作台在X向移。

（2）在切割过程中，只有光束（割炬）移动，工作台不移动。

（3）在切割过程中，只有工作台移动，而光束（割炬）则固定不动。

五轴机

工业生产中有时遇到需要切割三维立体构件的问题，而一般的二轴、三轴激光切割机只能切割二维平面工件，这就需要装备有机械手的切割机，即五轴机。

激光冲切机

多年来，国外发展了综合激光切割和机械冲孔技术的激光冲切机，这种机械对复杂形状的工件用机械方法模冲出内孔，然后用激光切割方法切出外缘和需要长距离切割的线条。

工件在切割前，对其进行激光切割的可行性以及切割过程中可能出现的问题要预先予以考虑。比如，此类材料可否进行激光切割？其切割的难点在哪里？是否需要对样品进行试割？如何达到切割的质量和精度的要求？工件切割的基准起始点放在哪里？等等。

影响激光切割质量的因素很多，激光切割的一个重要优点在于可以对过程中的主要因素实施高度控制，使切割出的工件充分满足客户的要求，并且重复性很好。这些主要因素由切割速度、焦点位置、辅助气体压力、激光输出功率等工艺参数构成。

除了以上4个最重要的变量以外，可能对切割质量产生影响的因素还包括光束参数（模式和功率、激光束的偏振、激光束的聚焦、脉冲波光束）和工件特性（材料表面反射率、材料表面状态），以及割炬和喷嘴、外光路系统、工件固定等其他因素。

随着金属加工行业的发展，金属激光切割机的优势也越来越明显，所占地位比重越来越大。

激光切割机的用途

可以切割的材料有很多，激光切割机可以对亚克力、木板、布料、皮革、金属等进行切割，根据功率幅面的大小可以用在不同的行业。布料的切割可以用在制衣、地毯、工业面料等方面，亚克力切割机可以用在亚克力工艺品制作等方面、木板的切割可以用作模型制作、金属的切割可以代替原始的切割做各类金属制品等。

激光切割机的采购方法

激光加工设备运用在服装行业的主要产品有高速激光裁剪机、全自动激光切割机、激光裁床、互移式双头激光裁剪机、全自动激光叨割机和激光打标机等。每一种设备的不同加正幅面是不同的。上述设备除激光打标机外，都可以进行布料裁剪裁片、服装打样、商标、贴布绣切割、皮革雕花钻孔、牛仔喷花、绣花等工艺的作业。而就全自动激光切割机而言，它的平台是可以运动的，与送料装置配合起来就实现了自动加工的目的。激光裁床主要运用于大幅面的加工；互移式双头激光裁剪机除秉承了激光裁剪的特点外，它的两个激光头可以一起运动作业也可以分开作业；全自动商标切割机能对诸如商标、绣花等图案进行自动识别和建模、自动搜索，同时也能对与标准图形特征相似的图形进行采集和自动识别切割。

光路补偿措施

利用扩束镜进行光束准直

光束的束腰直径和远场发散角成反比，束腰直径越大，远场发散角越小。目前扩束镜主要分为折射式和反射式两种，其原理相当于一个倒置的望眼镜。主要作用是通过增加光束的束腰直径来减小远场发散角，进而改善由于光路长度变化引起的焦点大小和焦点深度的不稳定目前，国内对光束准直方面的研究不多，其中大多数都是针对折射式的，反射式的研究较少。折射式扩束镜的设计、加工、调整都较容易，但是由于透镜容易温升过大导致镜片变形，因此，折射式扩束镜仅仅适用于小功率激光的光束准直。而对于像激光切割机这样的大功率光束准直，一般采用反射式扩束镜。但反射式扩束镜的镜面曲率半径难以通过解析的方法确定，只能通过数值拟合的方法获得，因此，设计、制造、调整都很困难。为此，通过扩束镜对光束准直的方法来对激光切割机的飞行光路系统进行光路补偿，效果甚微。

采用变曲率半径镜片（VRM）

通过调整变量泵的输出流量来改变VRM镜片内水槽中的水压，这样就可以改变聚焦透镜的曲率半径，进而改变聚焦方程中的参数f。变曲率半径镜片能够在光路长度改变时动态地调整光束的特征参数，来保持焦点半径和焦点深度的稳定。VRM系统结构复杂、成本高、需要闭环控制，国外一些技术先进的产品已经采用这种光路补偿措施。但是，国内现有技术水平，难以达到预期的使用效果。

伺服电机直接驱动的等光程系统

与上述两种光路补偿措施相比，等光程具有结构简单、成本低、调整方便等优点，能在连续加工中确保聚焦透镜上的光斑面积不变；同时，还能根据不同的切割工艺要求，改变切割时焦点半径和焦点深度的大小。目前，国内关于等光程方面研究还不多，如天津城市建设学院的扬晓东等，提出了光路长度补偿系统的三种机构设计方案，并从机构的角度对其进行了分析和比较，其方法的提出对激光切割机飞行光路的设计具有一定的指导意义。采用机构来实现光路补偿，会使设备的结构尺寸过大，同时增加了设备的复杂程度，安装调整难度大。随着伺服控制技术的日益成熟，采用伺服电机直接驱动等光程装置具有结构简单，调整方便等优点，是一种经济、实用的光路补偿方案。伺服电机直接驱动的等光程光路补偿方案主要包括激光发生器、固定于机身上的反射镜、伺服电机驱动的运动装置上的补偿反射镜、横梁上的反射镜、z轴上的反射镜片。当固定在z轴上的切割头作x，y向运动时，补偿反射镜作S向运动来补偿光路长度的变化，进而保持激光切割机在连续切割加工时焦点半径和焦点深度不变。当有不同加工需要时，比如切割不锈钢薄板与低碳钢厚板，需要不同的焦点大小、焦点深度、行走速度，此时，可通过控制器改变等光程装置的初始位置来改变光路长度，进而改变透镜表面光束直径，最终改变焦点大小和焦点深度,以满足不同加工需要。

操作细节

激光切割机在工作时，如果发生故障是很危险的，新手必须经过专业人员的培训才能独立操作，根据经验总结了激光切割机安全工作的13个细节：

1．遵守一般切割机安全操作规程。严格按照激光器启动程序启动激光器。

2．操作者须经过培训，熟悉设备结构、性能，掌握操作系统有关知识。

3．按规定穿戴好劳动防护用品，在激光束附近必须佩带符合规定的防护眼镜。

4．在未弄清某一材料是否能用激光照射或加热前，不要对其加工，以免产生烟雾和蒸汽的潜在危险。

5．设备开动时操作人员不得擅自离开岗位或托人待管，如的确需要离开时应停机或切断电源开关。

6．要将灭火器放在随手可及的地方；不加工时要关掉激光器或光闸；不要在未加防护的激光束附近放置纸张、布或其他易燃物。

7．在加工过程中发现异常时，应立即停机，及时排除故障或上报主管人员。

8．保持激光器、床身及周围场地整洁、有序、无油污，工件、板材、废料按规定堆放。

9．使用气瓶时，应避免压坏焊接电线，以免漏电事故发生。气瓶的使用、运输应遵守气瓶监察规程。禁止气瓶在阳光下爆晒或靠近热源。开启瓶阀时，操作者必须站在瓶嘴侧面。

10．维修时要遵守高压安全规程。每运转40小时或每周维护、每运转1000小时或每六个月维护时，要按照规定和程序进行。

11．开机后应手动低速X、Y方向开动机床，检查确认有无异常情况。

12．对新的工件程序输入后，应先试运行，并检查其运行情况。

13．工作时，注意观察机床运行情况，以免切割机走出有效行程范围或两台发生碰撞造成事故。

激光光束的偏振物性。激光象其它任何电磁波的传输一样也具有两个方向上互相垂直的电矢量和磁矢量且二者均与激光传输方向正交。一般认为电矢量的方向即为光束的偏振方向。光束偏振物性影响到材料对光束能量的吸收。与光束偏振方向平行切割就会得到窄的切口且其边缘光滑平直。如果切割方向与偏振面有一角度则能量吸收减弱切割速度变慢切口变宽边缘粗糙且与材料表面不成直角。一旦切割方向与偏振方向垂直则边缘不会粗糙但切割速度更慢毁口更宽，切割质量明显下降。尽管原理上要求如此但要在多轴运动过程中始终保持切割方向与偏振方向平行很难实现。为克服此不稳定性配备了相位延时器。研究表明圆偏振光最适于切割金属。大多数激光器产生的为与垂直方向成45度的偏振光。相位延时器将此线偏振光转换成圆偏振光。这种方法对切割金属很有效，但对塑料和木材等其它材料不起作用。

辅气选择和气压设定。高速切割薄板材料时典型压力值为150-300kpa，切割12厚的铁板通常仅需40-60kpa。

切割速度。速度太慢时羽状火星粒束直接向下流速度太快时羽状火星粒束与垂直方向成一锐角且不稳定。羽状火星粒束与垂直方向成一钝角时为合适的速度。

设置气压。辅助气体气压是由数控机控制的。正确的做法是必须校准气压控制器校准时选择自动模式，激活程序。激活该程序之后按下循环运行按钮遵照屏幕的提示，程序将会自动校准气压系统。

光纤激光切割机五点使用技巧

1）双焦距激光切割头是激光切割机上的易损物品，长期使用，导致激光切割头损坏。

2）每六个月检查光纤激光切割机轨道的直线度及机器的垂直度，发现不正常及时维护调试。没有做这个的，有可能切割出来的效果就不怎么好，误差会增加，影响切割质量。这个是重中之重，必须要做的。

3）每周一次用真空吸尘器吸掉机器内的粉尘和污物，所有电器柜应关严防尘。

4）经常检查光纤激光切割机钢带，一定保证拉紧。不然在运行中出了问题，有可能就会伤到人，严重还能导致人员死亡。钢带看似小东西，出了问题还是有点严重的。

5）光纤激光切割机各导轨应经常清理，排除粉尘等杂物，保证设备正常齿条要经常擦拭，加润滑油，保证润滑而无杂物。导轨要经常进行清理和上润滑油，还有就是电机也要经常的进行清理和上润滑油，机器在行进中就能更好的走位，更准确的切割，切割出来的产品质量就会提高。

注意事项

操作激光切割机的注意事项有以下几点：

1.遵守一般切割机安全操作规程。严格按照激光器启动程序启动激光器，调光，试机。

2.操作者须经过培训，熟悉切割软件，设备结构、性能，掌握操作系统有关知识。

3.按规定穿戴好劳动防护用品，在激光束附近必须佩戴符合规定的防护眼镜。

4.在未弄清某一材料是否能用激光照射或切割前，不要对其加工，以免产生烟雾和蒸气的潜在危险。

5.设备开动时操作人员不得擅自离开岗位或托人待管，如的确需要离开时应停机或切断电源开关。

6.在加工过程中发现异常时，应立即停机，及时排除故障或上报主管人员。

7.要将灭火器放在随手可及的地方;不加工时要关掉激光器或光闸；不要在未加防护的激光束附近放置纸张、布或其他易燃物。

优点

1、精度高：适用于精密配件的切割和各种工艺字、画的精细切割。

2、速度快：是线切割的100倍以上。

3、热影响区小，不易变形。切缝平整、美观，无需后序处理。

4、性价比极高：价格只有同类性能CO2激光切割机的1/3，及同等功效数控冲床的2/5。

5、使用成本很低：仅为同类CO2激光激光切割机的1/8～1/10，每小时成本仅为18元左右，CO2激光切割机每小时成本为150～180元左右。

6、后续维护费用很低：仅为同类CO2激光切割机的1/10～1/15，及同等功效数控冲床的1/3～1/4。

7、性能稳定，保证持续生产。固体YAG激光器是激光领域最稳定最成熟产品之一。

8、和数控冲床比较，YAG激光切割机具有以下优点：

（1）能完成各种复杂结构的加工，只要能在电脑上画出任何图像，该机都能完成加工。

（2）不需要开模，只在电脑上将图做出，产品马上就可以出来，即能快速开发新产品，又能节约成本。

（3）YAG切割机有自动跟踪系统，所以即能完成平面切割，也能完成各种高低不平的曲面切割。

（4）复杂的工艺要求数控冲床难以完成，激光切割都能做到。

（5）表面非常光滑，产品档次很高，数控冲床难以做到。

（6）成型的箱体（厚0.5米以内）需增加孔槽等处理，数控冲床无法处理，YAG数控金属激光切割机能解决。

机床保养

激光切割机的价格不低，少则几十万多则上百万。所以尽可能的延长激光切割机的使用寿命才能更好的节约生产成本，赢得更大的利益。由此可见激光切割机的日常保养和维护是十分重要的。下面主要从六个方面来进行说明：

一、循环水的更换和水箱清洗：在机器工作前一定保证激光管充满循环水，循环水的水质及水温直接影响激光管的使用寿命。所以要定期的更换循环水和对水箱进行清洗。这个最好一个星期进行一次。

二、风机清洁：机器中的风机长时间的使用，会使风机里面积累很多的固体灰尘，让风机产生很大噪声，也不利于排气和除味。当出现风机吸力不足排烟不畅时，就要对风机进行清洗了。

三、镜片的清洁：机器上会有些反射镜和聚焦镜。激光是通过这些镜片反射、聚焦后从激光头发射出来。镜片很容易沾上灰尘或其它的污染物，造成激光的损耗或镜片损坏。所以每天对镜片进行清洁。清洁的同时要注意：1.镜片应轻轻擦拭，不可损坏表面镀膜；2.擦拭过程应轻拿轻放，防止跌落；3.聚焦镜安装时请务必保持凹面向下。

四、导轨清洁：导轨、直线轴作为设备的核心部件之一，它的功用是起导向和支承作用。为了保证机器有较高的加工精度，要求其导轨、直线具有较高的导向精度和良好的运动平稳性。设备在运行过程中，由于被加工件在加工中会产生大量的腐蚀性粉尘和烟雾，基这些烟雾和粉尘长期大量沉积于导轨、直线轴表面，对设备的加工精度有很大影响，并且会在导轨直线轴表面形成蚀点，缩短设备使用寿命。所以每半个月清洁一次机器导轨。清洁前要关闭机器。

五、螺丝、联轴节的紧固：运动系统在工作一段时间后，运动连接处的螺丝、联轴节会产生松动，会影响机械运动的平稳性，所以在机器运行中要观察传动部件有没有异响或异常现象，发现问题要及时坚固和维护。同时机器应该过一段时间用工具逐个坚固螺丝。第一次坚固应在设备使用后一个月左右。

六、光路的检查：机器的光路系统是由反射镜的反射与聚焦镜的聚焦共同完成的，在光路中聚焦镜不存在偏移问题，但三个反射镜是由机械部分固定的，偏移的可能性较大，虽然通常情况下不会发生偏移，但建议用户每次工作前务必检查一下光路是否正常。

镜片清洗

选购

1.先要弄清楚自己企业的生产范围、加工材料和切割多大厚度等，从而确定要采购的设备的机型、幅面和数量，为后期的采购工作做简单的铺垫。激光切割机应用领域涉及手机、电脑、钣金加工、金属加工、电子、印刷、包装、皮革、服装、工业面料、广告、工艺、家具、装饰、医疗器械等众多行业。市面上主流的是3015和2513，即3米乘以1.5米和2.5米乘以1.3，但是幅面这个其实不是问题，一般公司都会配有很多种幅面供客户选择，可以定做。

2.专业人员进行现场模拟解决或提供解决方案，同时也可以拿自己的材料到厂家进打样。

1）切割缝细：激光切割的割缝一般在0.10mm-0.20mm；

2）切割面光滑：激光切割的切割面有无毛刺法；一般来说，YAG激光切割机多少都有点毛刺，主要由切割厚度和使用气体来决定的。一般3mm以下是没有毛刺的，气体是氮气效果最好，氧气效果其次，空气效果最差。光纤激光切割机毛刺最少或没有，切割面非常光滑，速度也很快。

3）看材料的变形：材料的变形非常小

4）功率的大小：比如工厂多数都是切割6mm以下的金属板材，就没必要买大功率的激光切割机，500W的光纤激光切割机即可满足生产需求，如果生产量较大，担心500W效率不如大功率激光切割机，最好的选择是购买两台或者更多的中小功率的激光切割机，这样在控制成本上，提高效益上对厂家都有帮助。

5）激光切割的核心部位：激光器和激光头，是进口的还是国产的，进口激光器一般的用的IPG的较多，国产的一般是锐科的较多，同时，激光切割的其它配件也要注意，如电机是不是进口伺服电机、导轨、床身等等，因为它们在一定程度上影响着机器的切割精度。特别需要注意的一点是激光切割机的冷却系统——冷却柜，很多公司直接用家用空调来冷却，那样的效果其实大家都清楚，非常不好，最好的办法是使用工业专用空调，专机专用，才能达到最好效果。

3.任何一台设备在使用过程中都会出现不同程度的损坏，那么在损坏后进行维修而言，维修是否及时与收费高低也就成为了需要考虑的问题。所以在购买是要通过多种渠道了解企业的售后服务问题了，比如说维修收费是否合理等等。