《激光加工机器人 通用技术条件》GB

第一篇：《激光加工机器人 通用技术条件》GB

激光加工机器人 通用技术条件

GB/T20722-2006

激光加工机器人 通用技术条件

General specifications of laser processing robots

前言

本标准由中国机械工业联合会提出。

本标准由全国工业自动化系统与集成标准化技术委员会归口。

本标准起草单位：沈阳新松机器人自动化股份有限公司、北京机械工业自动化所

本标准主要起草人：董吉顺、徐方、杨书评。

本标准是首次制定。

激光加工机器人 通用技术条件

范围

本标准规定了激光加工机器人的技术要求、试验方法和检验规则等。

本标准适用于用激光对材料进行加工的激光加工机器人。

规范性引用文件

下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本部分达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准a

GB/T191-2000 包装储运图示标志(eqv ISO 780：1997)

GB2893-2001 安全色(neq ISO 3864：1984)

GB2894-1996 安全标志(neq ISO 3864：1984)

GB/T4768-1995 防霉包装(neq IEC 68；1988)

GB/T4879-1999 防锈包装

GB4943-2001 信息技术设备的安全(idt IEC 60950；1999)

GB/T5048-1999 防潮包装

GB5226.1-2002 机械安全 机械电气设备第1部分：通用技术条件(IEC 60204-1：2000，IDT)

GB7247.1-2001 激光产品的安全 第1部分：设备分类、要求和用户指南(idt IEC 60825-1：1993)

GB11291-1997 工业机器人 安全规范(eqv ISO 10218：1992)

GB/T12642-2001 工业机器人性能规范及其试验方法(eqv ISO 9283：1998)

GB/T12644-2001 工业机器人 特性表示(eqv ISO 9946：1999)

GB18490-2001 激光加工机械 安全要求(eqv ISO 11553；1996)

GB/Z19397-2003 工业机器人 电磁兼容性试验方法和性能评估准则 指南(ISO/TR 11062：1994，IDT)

GB50169-2006 电气装置安装工程 接地装置施工及验收规范

JB/T8896-1999 工业机器人 验收规则

产品分类

3.1 按坐标型式分

a)直角坐标型激光加工机器人；

b)圆柱坐标型激光加工机器人；

c)球坐标型激光加工机器人；

d)关节型激光加工机器人。

3.2 按驱动方式分

a)伺服型激光加工机器人；

b)非伺服型激光加工机器人。

性能

4.1 激光加工机器人(以下简称机器人)的性能指标，应在产品标准中规定，应包括下列各项：

a)坐标型式；

b)轴数；

c)额定负载；

d)各轴运动范围；

e)工作空间；

f)最大单轴速度；

g)工作速度范围(为直接进行激光加工作业时所允许的最高、最低速度区间)；

h)位姿准确度；

i)位姿重复性；

J)位置超调量；

k)位姿准确度漂移；

l)位姿重复性漂移；

m)轨迹准确度；

n)轨迹速度准确度；

o)轨迹重复性；

p)轨迹速度重复性；

q)轨迹速度波动；

r)摆动偏差；

s)拐角偏差；

t)程序存储容量；

u)基本动作控制方式；

v)输入输出接口；

w)编程方式；

x)动力源参数及耗电功率；

y)外形尺寸及重量。

4.2 与机器人配套的激光设备，其主要技术性能和参数，应符合机器人激光加工工艺的要求。

技术要求

5.1 一般要求

5.1.1 机器人应按规定程序批准的设计图样和工艺文件进行制造。

5.1.2 制造机器人所用材料及外购元器件、部件，入厂时需经检验部门复检，并应符合有关标准规定。

5.2 外观和结构

5.2.1 机器人结构应布局合理，操作方便，造型美观，便于维修。

5.2.2 机器人成套设备中，所有紧固部分应无松动；活动部分润滑和冷却状况良好。

5.2.3 文字、符号、标志应清晰、端正。各轴关节处应标明轴号及其运动方向。

5.2.4 机器人表面，不得有裂缝、明显的凹痕和变形；漆膜及镀层应均匀，无起泡、划伤、脱落和磨损等缺陷；金属零件不应有锈蚀及其他机械损伤。

5.2.5 激光头夹持器应有防护机构。

5.3 功能

5.3.1 开关、按钮、显示、报警及联锁装置功能应正常。

5.3.2 操作机各轴运动平稳、正常。

5.3.3 各种操作方式中，指令与动作应协调一致。

5.3.4 电力线与信号线尽可能分开远离，并对信号线采用屏蔽、双绞等抗干扰措施。

5.3.5 电气设备在突然停电后，再恢复供电时，不得自行接通。

5.3.6 机器人停机开关、急停开关能使机器人停机，同时隔离激光束或者不再产生激光束。

5.4 安全

5.4.1 基本要求

机器人的安全除应符合GB11291外，还应符合GB18490的规定，特别是对激光辐射和有毒物料蒸汽的防护。

5.4.2 保护接地电路的连续性

机器人操作机，控制装置、动力源都必须有接地点。不能明显表明的接地点，应在其附近标注明显的接地符号保护导线截面积>6.0mm[sup]2[/sup]，引入来自PELV电源的50Hz低电压、10A电流至少10s时间，PE端子和保护接地部件各测试点间的最大实测电压降不应超过1.0V。PELV电源应符合GB5226.1-2002第6.4.2条的规定。

接地装置应符合GB50169的规定。

5.4.3 绝缘电阻

机器人控制装置动力交流电源电路与壳体之间绝缘电阻应不小于1MΩ。

5.4.4 耐电强度

机器人动力交流电源电路与邻近的非带电导体间，应能承受交流(50Hz)电压有效值1000V持续1min的耐电强度试验，无击穿、闪络及飞弧现象。

5.5 噪声

机器人在空载运行时所产生的噪声，应不大于70dB(A)。

5.6 连续运行

机器人在额定负载和工作速度下，连续运行120h，工作应正常。

5.7 工艺操作

按激光加工工艺要求，对机器人进行示教编程或离线编程和工艺操作，工作应正常。

5.8 电源适应能力

当供电电网电压波动，在额定电压的-15%~+10%范围内，频率为50Hz时，机器人工作应正常。

5.9 电磁兼容性

机器人的电磁兼容性应符合GB/Z19397-2003中第6.5条的规定。

5.10 环境条件

5.10.1 环境气候适应性

机器人在表1环境条件下使用、运输和贮存时，应能保持正常。其他项目由产品标准规定。

表1

5.10.2 耐振性

机器人的操作机、控制装置在受到频率为5Hz～55Hz，振幅为0.15mm的振动时，工作应正常。

5.11 耐运输性

机器人按要求包装和运输后，应保持正常。

5.12 可靠性

机器人的可靠性用平均无故障工作时间(MTBF)和平均修复时间(MTTR)来衡量，具体数值应在产品标准中规定。一般MTBF不小于5000h，MTTR不大于30min。

5.13 成套性

5.13.1 机器人应包括操作机、控制装置、动力源装置、连接电缆等成套设备。

5.13.2 机器人出厂时，应备有供正常生产使用的附件、维修用的备件及专用工具。

5.13.3 机器人出厂时，应提供特性数据表、技术说明书或操作、安装、维修说明书等技术文件以及产品合格证明书。

试验方法

6.1 试验条件

见JB/T8896-1999第5.1条。

6.2 外观和结构

按JB/T8896-1999第5.2条进行检查，应符合条件。

6.3 功能检查

见JB/T8896-1999第5.3条。

6.4 性能测试

6.4.1 各轴位移量测量

见JB/T8896-1999第5.4.1条。

6.4.2 工作空间测量

见JB/T8896-1999第5.4.2条和GB/T12644-2001第5.5条。

6.4.3 最大单轴速度

在额定负载条件下，使被测关节进入稳定工作状态，其他关节固定。令机器人被测关节以最大速度做最大范围的运动，测出速度的最大值。重复测量10次，以10次所测结果的平均值作为测量结果。

6.4.4 工作速度范围

在额定负载条件下，使各关节进入稳定工作状态，令机器人以指令速度做大范围的运动，测出机械接口坐标原点或工具中心点的速度。重复测量10次，以10次测得结果的平均值作为测量结果。

6.4.5 位姿准确度测量

见GB/T12642-200l第7.2.1条。

6.4.6 位姿重复性测量

见GB/T12642-2001第7.2.2条。

6.4.7 位置超调量测量

见GB/T12642-2001第7.5条。

6.4.8 位姿准确度漂移测量

见GB/T12642-2001第7.6条。

6.4.9 位姿重复性漂移测量

见GB/T18642—2001第7.6条。

6.4.10 轨迹准确度测量

见GB/T12642 200l第8.2条。

6.4.11 轨迹速度准确度测量

见GB/T12642 2001第8.6.2条。

6.4.12 轨迹重复性测量

见GB/T12642-2001第8.3条。

6.4.13 轨迹速度重复性测量

见GB/T12642-2001第8.6.1条和第8.6.3条的测量方法。

6.4.14 轨迹速度波动测量

见GB/T12642-2001第8.6.1条和第8.6.4条的测量方法。

6.4.15 摆动偏差测量

见GB/T12642-2001第11.1条。

6.4.16 拐角偏差测量

见GB/T12642-2001第8.5条。

6.5 电气安全试验

6.5.1 保护接地电路的连续性测量

见GB5226.1-2002第19.2条。

6.5.2 绝缘电阻测量

按GB 5226.1-2002第19.3条的要求检验，其结果应符合产品标准的要求。

6.5.3 耐电强度试验

见GB5225.1-2002第19.4条。

6.6 噪声试验

见JB/T8896-1999第5.7条。

6.7 连续运行试验

见JB/T8896-1999第5.6条。

6.8 工艺操作试验

在正常工艺条件下，按激光加工工艺要求，对机器人进行示教编程和离线编程，并启动机器人进行自动运行，工作应正常。

6.9 电源适应能力试验

见JB/T 8896-1999第5.8条。

6.10 电磁兼容性试验

见GB/Z19397-2003第6章。

6.11 环境气候适应性试验

见JB/T8896-1999第5.10条。

6.12 振动试验

见JB/T8896-1999第5.11条。

6.13 运输试验

见JB/T8896-1999第5.12条。

6.14 可靠性试验

由产品标准规定。

检验规则

见JB/T8896-1999第3章。

检验项目

见表2。

表2 标志、包装、运输和贮存

9.1 标志

9.1.1 机器人产品上应装有标牌，标牌上应包括下述内容：

a)产品名称；

b)产品型号；

c)动力源参数及耗电功率；

d)外形尺寸和重量；

e)生产编号；

f)制造单位名称；

g)出厂年、月。

9.1.2 警告标志

a)激光辐射警告标志，应符合GB7247.1的规定。

b)除GB7274.1对标记的要求以外，机器人在安装固定后，应该具有其他有关的注意事项和警告标志(如：本机器人工作时可能产生有毒的烟雾/颗粒物)。该标志的大小和位置应能使在危险区外面的人员安全、清楚地看到。标志的颜色、尺寸及印刷型式应符合GB2893和GB2894的规定。

9.1.3 包装标志

包装箱外表面上，应按GB/T191规定做图示标志。

9.2 包装

9.2.1 机器人在包装前，必须将操作机活动臂部分牢靠固定。

9.2.2 操作机底座及其他装置与包装箱底板牢靠固定。

9.2.3 控制装置应单独包装。

9.2.4 包装材料符合GB/T4768、GB/T4879、GB/T5048的规定。

9.2.5 若有其他特殊包装要求，应在产品标准中规定。

9.2.6 包装箱内应有下列文件：

a)特性数据表和产品合格证明书；

b)使用说明书及安装图或操作、安装、维修说明书；

c)随机备件、附件及其清单；

d)装箱清单及其他有关技术资料。

9.3 运输

运输、装卸时，应按9.1.3“包装标志”的规定标识方向放置，以保持包装箱的竖立位置，并不得堆放。

9.4 贮存

长期存放机器人产品的仓库，其环境温度为0℃～40℃，相对湿度不大于80%。其周围环境应无腐蚀、易燃气体，无强烈机械振动、冲击及强磁场作用。贮存期限及其维护要求由产品标准规定。

【发布日期】20061213

【实施日期】20070701

第二篇：激光加工技术

激光加工技术

一、技术概述

激光加工技术是利用激光束与物质相互作用的特性对材料（包括金属与非金属）进行切割、焊接、表面处理、打孔及微加工等的一门加工技术。激光加工技术是涉及到光、机、电、材料及检测等多门学科的一门综合技术，它的研究范围一般可分为：

1．激光加工系统。包括激光器、导光系统、加工机床、控制系统及检测系统。

2．激光加工工艺。包括切割、焊接、表面处理、打孔、打标、划线、微调等各种加工工艺。

二、现状及国内外发展趋势

作为20世纪科学技术发展的主要标志和现代信息社会光电子技术的支柱之一，激光技术和激光产业的发展受到世界先进国家的高度重视。

激光加工是国外激光应用中最大的项目，也是对传统产业改造的重要手段，主要是kW级到10kW级CO2激光器和百瓦到千瓦级YAG激光器实现对各种材料的切割、焊接、打孔、刻划和热处理等。据1997~1998年的最新激光市场评述和预测，1997年全世界总激光器市场销售额达32.2亿美元，比1996年增长14％，其中材料加工为8.29亿美元，医疗应用3亿美元，研究领域1.5亿美元。1998年总收入预计增长19％，可达到38.2亿美元。其中占第一位的材料加工预计超过10亿美元，医用激光器是国外第二大应用。

激光加工应用领域中，CO2激光器以切割和焊接应用最广，分别占到70％和20％，表面处理则不到10％。而YAG激光器的应用是以焊接、标记（50％）和切割（15％）为主。在美国和欧洲CO2激光器占到了70~80％。我国激光加工中以切割为主的占10％，其中98％以上的CO2激光器，功率在1.5kW~2kW范围内，而以热处理为主的约占15％，大多数是进行激光处理汽车发动机的汽缸套。这项技术的经济性和社会效益都很高，故有很大的市场前景。

在汽车工业中，激光加工技术充分发挥了其先进、快速、灵活地加工特点。如在汽车样机和小批量生产中大量使用三维激光切割机，不仅节省了样板及工装设备，还大大缩短了生产准备周期；激光束在高硬度材料和复杂而弯曲的表面打小孔，速度快而不产生破损；激光焊接在汽车工业中已成为标准工艺，日本Toyota已将激光用于车身面板的焊接，将不同厚度和不同表面涂敷的金属板焊接在一起，然后再进行冲压。虽然激光热处理在国外不如焊接和切割普遍，但在汽车工业中仍应用广泛，如缸套、曲轴、活塞环、换向器、齿轮等零部件的热处理。在工业发达国家，激光加工技术和计算机数控技术及柔性制造技术相结合，派生出激光快速成形技术。该项技术不仅可以快速制造模型，而且还可以直接由金属粉末熔融，制造出金属模具。

到了80年代，YAG激光器在焊接、切割、打孔和标记等方面发挥了越来越大作用。通常认为YAG激光器切割可以得到好的切割质量和高的切割精度，但在切割速度上受到限制。随着YAG激光器输出功率和光束质量的提高而被突破。YAG激光器已开始挤进kw级CO2激光器切割市场。YAG激光器特别适合焊接不允许热变形和焊接污染的微型器件，如锂电池、心脏起搏器、密封继电器等。YAG激光器打孔已发展成为最大的激光加工应用。

目前，国外激光打孔主要应用在航空航天、汽车制造、电子仪表、化工等行业。激光打孔的迅速发展，主要体现在打孔用YAG激光器的平均输出功率已由5年前的400w提高到了800w至1000w。打孔峰值功率高达30~50kw，打孔用的脉冲宽度越来越窄，重复频率越来越高，激光器输出参数的提高，很大程度上改善了打孔质量，提高了打孔速度，也扩大了打孔的应用范围。国内目前比较成熟的激光打孔的应用是在人造金刚石和天然金刚石拉丝模的生产及手表宝石轴承的生产中。

目前激光加工技术研究开发的重点可归纳为：

－－新一代工业激光器研究，目前处在技术上的更新时期，其标志是二极管泵浦全固态激光器的发展及应用；

－－精细激光加工，在激光加工应用统计中微细加工1996年只占6％，1997年翻了一倍达12％，1998年已增加到19％；

－－加工系统智能化，系统集成不仅是加工本身，而是带有实时检测、反馈处理，随着专家系统的建立，加工系统智能化已成为必然的发展趋势。

激光技术在我国经过30多年的发展，取得了上千项科技成果，许多已用于生产实践，激光加工设备产量平均每年以20％的速度增长，为传统产业的技术改造、提高产品质量解决了许多问题，如激光毛化纤技术正在宝钢、本钢等大型钢厂推广，将改变我国汽车覆盖件的钢板完全依赖进口的状态，激光标记机与激光焊接机的质量、功能、价格符合国内目前市场的需求，市场占有率达90％以上。

存在的主要问题：

－－科研成果转化为商品的能力差，许多有市场前景的成果停留在实验室的样机阶段；

－－激光加工系统的核心部件激光器的品种少、技术落后、可靠性差。国外不仅二级管泵浦的全固态激光器已用于生产过程中，而且二级管激光器也被应用，而我国二极管泵浦的全固态激光器还处在刚开始研究开发阶段。

－－对加工技术的研究少，尤其对精细加工技术的研究更为薄弱，对紫外波激光进行加工的研究进行的极少。

－－激光加工设备的可靠性、安全性、可维修性、配套性较差，难以满足工业生产的需要。

三、“十五”目标及主要研究内容

1．目标

“十五”的主要工作是促进激光加工产业的发展，保持激光器年产值20％的平均增长率，实现年产值200亿元以上；在工业生产应用中普及和推广加工技术，重点完成电子、汽车、钢铁、石油、造船、航空等传统工业应用激光技术进行改造的示范工程；为信息、材料、生物、能源、空间、海洋等六大高科技领域提供崭新的激光设备和仪器。

2．主要研究内容

（1）激光加工用大功率CO2和固体激光器及准分子激光器的引进机型研究，提高国产机水平；同时开发和研制专用配套的激光加工机床，提高激光器产品在生产线上稳定运行的周期，力争在国内建立较全面的加工用激光器的生产基地。

（2）建立激光加工设备参数的检测手段，并进行方法研究。

（3）激光切割技术研究。对现有的激光切割系统进行二次开发和产业化，提供性能好、价格便宜的2－3轴数控CO2切割机，并开展相应的切割工艺的研究，使该工艺广泛用于材料加工、汽车、航天及造船等领域。为此应着重在激光器外围装置，如：导光系统、过程监测和控制、喷咀、浮动装置的设计和研制以及CAD／CAM等方面开展工作。

（4）激光焊接技术研究。开展激光焊接工艺及材料、焊接工艺对设备要求及焊接过程参数监测和控制技术研究，从而掌握普通钢材、有色金属及特殊钢材的焊接工艺。

（5）激光表面处理技术研究。开展维CAD／CAM技术、激光表面处理工艺、材料性能及激光表面处理工艺参数监测和控制研究，使激光表面处理工艺能较大幅度的应用于生产。

（6）激光加工光束质量及加工外围装置研究。研究各种激光加工工艺对激光光束的质量要求、激光光束和加工质量监控技术，光学系统及加工头设计和研制。

（7）择优支持2~3个国家级加工技术研究中心，开展激光加工工艺技术研究，重点是材料表面改性和热处理方面的研究和推广应用；开展激光快速成形技术的应用研究，拓宽激光应用领域。

第三篇：激光加工技术有哪些【详情】

激光加工技术有哪些

内容来源网络，由深圳机械展收集整理！更多激光加工设备技术展示，就在深圳机械展！

激光加工技术是利用激光束与物质相互作用的特性，对材料（包括金属与非金属）进行切割、焊接、表面处理、打孔及微加工等的一门加工技术。激光加工作为先进制造技术已广泛应用于汽车、电子、电器、航空、冶金、机械制造等国民经济重要部门，对提高产品质量、劳动生产率、自动化、无污染、减少材料消耗等起到愈来愈重要的作用。

激光技术是涉及到光、机、电、材料及检测等多门学科的一门综合技术，传统上看，它的研究范围一般可分为以下9个方面：

1.激光加工系统。包括激光器、导光系统、加工机床、控制系统及检测系统； 2.激光加工工艺。包括焊接、表面处理、打孔、打标、微调等各种加工工艺；

3.激光焊接：汽车车身厚薄板、汽车零件、锂电池、心脏起搏器、密封继电器等密封器件以及各种不允许焊接污染和变形的器件。使用的激光器有YAG激光器，CO2激光器和半导体泵浦激光器；

4.激光切割：汽车行业、计算机、电气机壳、木刀模业、各种金属零件和特殊材料的切割、圆形锯片、压克力、弹簧垫片、2mm以下的电子机件用铜板、一些金属网板、钢管、镀锡铁板、镀亚铅钢板、磷青铜、电木板、薄铝合金、石英玻璃、硅橡胶、1mm以下氧化铝陶瓷片、航天工业使用的钛合金等等。使用激光器有YAG激光器和CO2激光器；

5.激光打标：在各种材料和几乎所有行业均得到广泛应用，使用的激光器有YAG激光器、CO2激光器和半导体泵浦激光器；

6.激光打孔：激光打孔主要应用在航空航天、汽车制造、电子仪表、化工等行业。激光打孔的迅速发展，主要体打孔用YAG激光器的平均输出功率已由400w提高到了800w至1000w。国内比较成熟的激光打孔的应用是在人造金刚石和天然金刚石拉丝模的生产及钟表和仪表的宝石轴承、飞机叶片、多层印刷线路板等行业的生产中。使用的激光器多以YAG激光器、CO2激光器为主，也有一些准分子激光器、同位素激光器和半导体泵浦激光器；

7.激光热处理：在汽车工业中应用广泛，如缸套、曲轴、活塞环、换向器、齿轮等零部件的热处理，同时在航空航天、机床行业和其它机械行业也应用广泛。我国的激光热处理应用远比国外广泛得多。使用的激光器多以YAG激光器，CO2激光器为主；

8.激光快速成型：将激光加工技术和计算机数控技术及柔性制造技术相结合而形成，多用于模具和模型行业。使用的激光器多以YAG激光器、CO2激光器为主；

9.激光涂敷：在航空航天、模具及机电行业应用广泛。使用的激光器多以大功率YAG激光器、CO2激光器为主。

激光加工为工业制造提供了一个清洁无污染的环境及生产过程，而这也是当下激光加工的优势。技术特性

激光加工技术与传统加工技术相比具有很多优点，所以得到如此广泛的应用。尤其适合新产品的开发：一旦产品图纸形成后，马上可以进行激光加工，可以在短的时间内得到新产品的实物。

1、光点小，能量集中，热影响区小。

2、不接触加工工件，对工件无污染。

3、不受电磁干扰，与电子束加工相比应用更方便。

4、激光束易于聚焦、导向，便于自动化控制。

5、范围广泛：几乎可对任何材料进行雕刻切割。

6、安全可靠：采用非接触式加工，不会对材料造成机械挤压或机械应力。

7、精确细致：加工精度可达到0.1mm。

8、效果一致：同一批次的加工效果几乎一致。

9、高速快捷：可立即根据电脑输出的图样进行高速雕刻和切割，且激光切割的速度与线切割的速度相比要快很多。

10、成本低廉：不受加工数量的限制，对于小批量加工服务，激光加工更加便宜。

11、切割缝细小：激光切割的割缝一般在0.1-0.2mm。

12、切割面光滑：激光切割的切割面无毛刺。

13、热变形小：激光加工的激光割缝细、速度快、能量集中，因此传到被切割材料上的热量小，引起材料的变形也非常小。

14、适合大件产品的加工：大件产品的模具制造费用很高，激光加工不需任何模具制造，而且激光加工完全避免材料冲剪时形成的塌边，可以大幅度地降低企业的生产成本提高产品的档次。

15、节省材料：激光加工采用电脑编程，可以把不同形状的产品进行材料的套裁，大限度地提高材料的利用率，大大降低了企业材料成本。

不同激光技术又衍生出不同的激光器，例如，CO2激光器、固体激光器、光纤激光器和准分子激光器等等，它们在工业加工制作方面都起到了重要的作用。

而从地域发展情况来看，激光市场在亚太地区的长足发展是激光行业快速发展的又一大因素。中国、日本、韩国发展速度尤为突出。未来五年内，这些主要发展地区将在汽车制造、原始设备制造等方面获得更多发展空间。简介

激光切割分类:

1、汽化切割

工件在激光作用下快速加热至沸点，部分材料化作蒸汽逸去，部分材料为喷出物从切割缝底部吹走。这种切割机是无融化材料的切割方式。

2、熔化切割

激光将工件加热至熔化状态，与光束同轴的氩、氮等辅助气流将熔化材料从切缝中吹掉。

3、氧助熔化切割

金属被激光迅速加热至燃点以上，与氧发生剧烈的氧化反应（即燃烧），放出大量的热，又加热下一层金属，金属被继续氧化，并借助气体压力将氧化物从切缝中吹掉。

激光切割技术广泛应用于金属和非金属材料的加工中，可大大减少加工时间，降低加工成本，提高工件质

量。现代的激光成了人们所幻想追求的“削铁如泥”的“宝剑”。以CO2激光切割机为例，整个系统由控制系统、运动系统、光学系统、水冷系统、排烟和吹气保护系统等组成，采用先进的数控模式实现多轴联动及激光不受速度影响的等能量切割，同时支持DXP、PLT、CNC等图形格式并强化界面图形绘制处理能力；采用性能优越的进口伺服电机和传动导向结构实现在高速状态下良好的运动精度。

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。切割时,一股与光束同轴气流由切割头喷出，将熔化或气化的材料由切口的底部吹出(注：如果吹出的气体和被切割材料产生热效反应,则此反应将提供切割所需的附加能源；气流还有冷却已切割面，减少热影响区和聚焦镜不受污染的作用)。与传统的板材加工方法相比,激光切割其具有高的切割质量(切口宽度窄、热影响区小、切口光洁)、高的切割速度、高的柔性(可随意切割任意形状)、广泛的材料适应性等优点。

激光加工的优势

激光加工属于无接触加工,并且高能量激光束的能量及其移动速度均可调，因此可以实现多种加工的目的。它可以对多种金属、非金属加工，特别是可以加工高硬度、高脆性及高熔点的材料。激光加工柔性大主要用于切割、表面处理、焊接、打标和打孔等。激光表面处理包括激光相变硬化、激光熔敷、激光表面合金化和激光表面熔凝等。

激光加工技术主要有以下独特的优点：

①使用激光加工，生产效率高，质量可靠，经济效益。

②可以通过透明介质对密闭容器内的工件进行各种加工；在恶劣环境或其他人难以接近的地方，可用机器人进行激光加工。

③激光加工过程中无“刀具”磨损，无“切削力”作用于工件。

④可以对多种金属、非金属加工，特别是可以加工高硬度、高脆性及高熔点的材料。

⑤激光束易于导向、聚焦实现作各方向变换，极易与数控系统配合、对复杂工件进行加工，因此它是一种极为灵活的加工方法。

⑥无接触加工，对工件无直接冲击，因此无机械变形，并且高能量激光束的能量及其移动速度均可调，因此可以实现多种加工的目的。

⑦激光加工过程中，激光束能量密度高，加工速度快，并且是局部加工，对非激光照射部位没有或影响极小，因此，其热影响区小，工件热变形小，后续加工量小。

⑧激光束的发散角可<1毫弧，光斑直径可小到微米量级,作用时间可以短到纳秒和皮秒，同时，大功率激光器的连续输出功率又可达千瓦至10kW量级，因而激光既适于精密微细加工，又适于大型材料加工。激光束容易控制，易于与精密机械、精密测量技术和电子计算机相结合，实现加工的高度自动化和达到很高的加工精度。

激光加工技术已在众多领域得到广泛应用，随着激光加工技术、设备、工艺研究的不断深进，将具有更广阔的应用远景。由于加工过程中输入工件的热量小，所以热影响区和热变形小；加工效率高，易于实现自动化。

激光加工要点

目前,激光切割机行业发展的非常好,而且激光切割机的技术越来越成熟,因此激光切割机被广泛使用在各个行业中,并且激光切割机还取代了传统的切割技术,并且激光切割机技术越来越靠拢国外的激光切割机技术,而今天迪能激光为大家详细介绍的是激光切割机的精密激光加工如何,希望对大家有所帮助.激光切割机的工作效率如何,关键就是激光加工技术；而且激光切割机的精密激光加工技术可以进行加工多种的工件,那是因为其在切割的时候是不需要与被切割工件直接接触的,所以激光切割机产生的高能量激光束可以自由的进行移动,因此让被切割工件的表面受热均匀,因此切割起来的精度非常高；而且精密激光加工技术可以切割所有的工件材料,无论是高熔点、高脆性以及高硬度等材料,并且切割的效果非常的好；由于激光切割机精密激光加工技术,因此深受广大用户的喜爱.激光切割机由于具有非常好的切割效果,因此取代了传统的切割技术,而且激光切割机的精密激光加工技术完全不像传统的切割技术那样,需要使用模具,使用不仅成本费用增多了,而且切割速度非常的慢,所以被大家慢慢的淘汰了；相信国内的激光切割机精密激光加工技术会发展的越来越好.国外激光加工技术及发展动态

以德国、美国、日本、俄罗斯为代表的少数发达国家，目前主导和控制着全球激光技术和产业的发展方向。

其中，德国Trumpf、Rofin-Sinar公司在高功率工业激光器上称雄天下；美国IPG公司的光纤激光器引领世界激光产业发展方向。欧美主要国家在大型制造产业，如机械、汽车、航空、造船、电子等行业中，基本完成了用激光加工工艺对传统工艺的更新换代，进入“光加工”时代。

经过几十年的发展，激光技术开辟了广阔的应用天地，应用领域涵盖通信、材料加工、准分子光刻及数据存储等9个主要类别。根据国外统计资料表明，2013年全世界总的激光销售超过1000亿元。其中全球激光器市场销售额较2013年增长6.0%，达到93.34亿美元。美国市场借助出口方面的出色表现有所增长；欧洲凭借德国的出口增长仅维持收支平衡；亚洲市场，东盟国家的增长抵消了中国的经济放缓以及日本的零增长。

国内激光产业发展现状

1.国内激光产业整体格局

国内激光企业主要分布在湖北、北京、江苏、上海及深圳等地，已基本形成以上述省市为主体的华中、环渤海、长三角、珠三角四大激光产业基地，其中有一定规模的企业约300家。

2014年我国激光产业链产值约为800亿元。主要包括：激光加工装备产业达到350亿元（其中，用于切割、打标和焊接的高功率激光设备占据了67%的市场份额）；激光加工在重工业、电子工业、轻工业、军用、医疗等行业的应用达到450亿元。预计在今后三年，我国激光产业平均行业复合成长率将不低于20%。

我国激光加工产业可以分为四个比较大产业带，珠江三角洲、长江三角洲、华中地区和环渤海地区。这四个产业带侧重点不同，珠三角以中小功率激光加工机为主，长三角以大功率激光切割焊接设备为主，环渤海以大功率激光熔覆和全固态激光为主，以武汉为首的华中地区则覆盖了大、中、小激光加工设备。这四大产业带中，以华中地区尤其是武汉中国“光谷”。武汉地区可以说见证了中国激光加工产业从无到有、从弱到强的整个历程，是中国激光产业发展的缩影

2.国内激光产业重点单位

激光技术在我国经过40多年发展，有了较为雄厚的技术基础，锻炼培养了一支素质较高的队伍。以中科院四大光机所及各部委所属研究机构和一批大学为代表，形成了我国激光器系统技术研究开发的重要力量，如华中科技大学、清华大学、北京工业大学等16个科研院所。在部分激光器研究开发的核心技术上，形成了5个国家级的激光技术研究中心，10多个研究机构。

我国激光产业企业有：武汉——华工激光、楚天激光、团结激光、金运激光、锐科激光；深圳——大族激光、光韵达激光、光大激光、联赢激光；北京——大恒激光、11所；华东——上海团结普林玛、南京东方等。我国激光行业的八大激光上市公司分别为华工科技、大族激光、金运激光、光韵达、福晶科技、新松机器人、利达光电及上海新南洋。

第四篇：激光加工应用范围

主要可广泛应用于:

1: 汽车机械行业：轴承，钢套，活塞环，发动机标签，汽车面板按键，机床配件等； 2: 电子通讯行业：手机按键，键盘，电子元器件，家电面板，光缆，电缆等；

3: 五金工具行业：工具，量具，刃具，卫浴洁具，餐具，锁，刀剪，医疗器械，健身器材，不锈钢制品等；

4: 饰扣标牌行业：钮扣，箱包扣，皮带扣，金银饰品，指示牌，胸牌，考勤卡，名片贺卡，日历，相片，皮包，皮带，笔及笔盒，奖状，奖杯各种证书，收藏器，艺术品，图章，牌匾等；

5: 仪表眼镜行业：金属表壳，表底，眼镜框，仪器仪表面板等；

6: 木器工艺行业：木制工艺品，字画复制及装表，家具工艺装饰等；

7: 包装瓶盖行业：烟草，食品，药品等内外包装，金属瓶盖，易拉罐等。

第五篇：激光切割技术

激光切割技术

1.激光切割技术基本概念

激光切割是利用高能量密度的激光束作为“切割工具”对材料进行热切割的一种材料加工方式，是激光加工行业中最重要的一项应用技术。1971年用CO2激光切割包装用夹板，首次开辟了激光切割在工业领域中的应用。随着激光切割设备的不断更新和切割工艺的日益先进，激光切割技术可实现各种金属，非金属板材及众多复杂零件的切割，在汽车工业，航空航天，国防等领域获得了广泛应用。

2.激光切割技术基本原理和分类

2.1 激光切割技术基本原理

在激光束能量作用下，材料表面被迅速加热到几千至上万度而熔化或气化，随着气化物逸出和熔融物体被辅助高压气体吹走，达到切割材料的目的。脉冲激光适用于金属材料，连续激光适用于非金属材料。

2.2激光切割技术的分类

激光切割可分为：激光气化切割，激光熔化切割，激光氧化切割和激光划片与控制断裂四类。

（1）激光气化切割：利用高能量密度的激光束加热工件，使温度迅速上升，在非常短的时间内达到材料的沸点，材料开始气化，形成蒸气。这些蒸气的喷出速度很大，在蒸气喷出的同时，在材料上形成切口。材料的气化热很大，所以激光气化切割时需要很大的功率和功率密度。激光气化切割多用于极薄金属材料和非金属材料的切割。

（2）激光熔化切割：激光加热使金属材料熔化，然后通过与光束同轴的喷嘴吹非氧化性气体，依靠气体的强大压力使液态金属排出，形成切口。激光熔化切割不需要使金属完全气化，所需能量只有气化切割的1/10。激光熔化切割主要用于一些不易氧化的材料或活性金属的切割，如不锈钢，钛，铝及其合金等。

（3）激光氧化切割：原理类似于氧-乙炔切割。是用激光作为预热热源，用氧气等活性气体作为切割气体。喷吹出的气体与切割金属发生作用，发生氧化反应，放出大量的氧化热；另一方面把熔融的氧化物和熔化物从反应区吹出，在金属中形成切口。由于切割过程中的氧化反应产生了大量的热，所以激光氧化切割所需要的能量只是熔化切割的1/2，而切割速度远远大于激光气化切割和熔化切割。激光氧化切割主要用于碳钢，钛钢以及热处理等易氧化的金属材料。

(4)激光划片与断裂控制：激光划片是利用高能量密度的激光束在脆性材料的表面进行扫描，使材料受热蒸发出一条小槽，然后施加一定的压力，脆性材料就会沿小槽处裂开。激光划片用的激光器一般为Q开关激光器和CO2激光器。断裂控制是利用激光刻槽时所产生的陡峭的温度分布，在脆性材料中产生局部热应力，使材料沿小槽断开。

3.激光切割的工艺特点和应用范围

3.1 激光切割工艺特点

（1）切割质量好，精细

由于激光光斑小，激光切割切口细窄，切割表面光洁，热影响区宽度很小，变形小，切割零件的尺寸精度可达±0.05mm，表面粗糙度只有几十微米，甚至激光切割可以作为最后一道工序。

（2）切割效率高

由于激光的传输特性，激光切割机上一般配有数控工作台，整个切割过程可全部实现数控。操作时，只需改变数控程序，就可适用不同形状零件的切割，既可进行二维切割，又可实现三位切割。材料在激光切割时不需要装夹固定，既可节省工装夹具，又节省了上，下料的时间。

（3）非接触式切割

激光切割时割炬与工件无接触，不存在工具的磨损。加工不同形状的零件，不需要更换“刀具”，只需要改变激光器的输出参数。激光切割过程噪声低，振动小，无污染。

（4）切割材料的种类多

激光切割材料包括金属，非金属，金属基和非金属基复合材料，皮革，木材及纤维等。对于不同的材料，由于自身的热物理性能及对激光的吸收率不同，表现出不同的激光切割适应性。

（5）缺点：激光切割由于受激光器功率和设备体积的限制，激光切割只能切割中、小厚度的板材和管材，而且随着工件厚度的增加，切割速度明显下降。

3.2 激光切割的应用

在材料方面受激光器功率和设备体积的限制，激光切割只能切割中，小厚度的板材和管材，而且随着工件厚度的增加，切割速度明显下降。激光切割设备费用高，一次性投资大。大多数激光切割机都由数控程序进行控制操作或做成切割机器人。激光切割作为一种精密的加工方法，几乎可以切割所有的材料，包括薄金属板的二维切割或三维切割。

在汽车制造领域，小汽车顶窗等空间曲线的切割技术都已经获得广泛应用。德国大众汽车公司用功率为500W的激光器切割形状复杂的车身薄板及各种曲面件。在航空航天领域，激光切割技术主要用于特种航空材料的切割，如钛合金、铝合金、镍合金、铬合金、不锈钢、氧化铍、复合材料、塑料、陶瓷及石英等。用激光切割加工的航空航天零部件有发动机火焰筒、钛合金薄壁机匣、飞机框架、钛合金蒙皮、机翼长桁、尾翼壁板、直升机主旋翼、航天飞机陶瓷隔热瓦等。

激光切割成形技术在非金属材料领域也有着较为广泛的应用。不仅可以切割硬度高、脆性大的材料，如氮化硅、陶瓷、石英等；还能切割加工柔性材料，如布料、纸张、塑料板、橡胶等，如用激光进行服装剪裁，可节约衣料10%～12%，提高功效3倍以上。

适合采用CO2激光切割的产品大体上可归纳为三类：

第一类：从技术经济角度不宜制造模具的金属钣金件，特别是轮廓形状复杂，批量不大,一般厚度；12mm的低碳钢、；6mm厚的不锈钢，以节省制造模具的成本与周期。已采用的典型产品有：自动电梯结构件、升降电梯面板、机床及粮食机械外罩、各种电气柜、开关柜、纺织机械零件、工程机械结构件、大电机硅钢片等。

第二类：装饰、广告、服务行业用的不锈钢（一般厚度3mm）或非金属材料（一般厚度20mm）的图案、标记、字体等。如艺术照相册的图案，公司、单位、宾馆、商场的标记，车站、码头、公共场所的中英文字体。

第三类：要求均匀切缝的特殊零件。最广泛应用的典型零件是包装印刷行业用的模切版，它要求在20mm厚的木模板上切出缝宽为0.7~0.8mm的槽，然后在槽中镶嵌刀片。使用时装在模切机上，切下各种已印刷好图形的包装盒。国内近几年来应用的一个新领域是石油筛缝管。为了挡住泥沙进入抽油泵，在壁厚为6~9mm的合金钢管上切出0.3mm宽的均匀切缝，起割穿孔处小孔直径不能大于0.3mm，切割技术难度大，已有不少单位投入生产。

4.激光切割工艺参数与质量评定

4.1激光切割工艺参数

（1）光束横模

① 基模 又称为高斯模，是切割最理想的模式，主要出现在功率小于1kw的激光器。② 低阶模 与基模比较接近，主要出现在1-2kw的中功率激光器。③ 多模 是高阶模的混合，出现在功率大与3kw的激光器（2）激光功率

激光切割所需要的激光功率主要取决于切割类型以及被切割材料的性质。气化切割所需要的激光功率最大，熔化切割次之，氧气切割最小。激光功率对切割厚度、切割速度和切口宽度等有很大影响。一般激光功率增大，所能切割材料的厚度也增加，切割速度加快，切口宽度也有所加大。

（3）焦点位置

离焦量对切口宽度和切割深度影响较大。一般选择焦点位于材料表面下方约1/3板厚处，切割深度最大，切口宽度最小。

（4）焦点深度

切割较厚板时，应采用焦点深度大的光束，以获得垂直度较好的切割面。但焦点深度大，光斑直径也增大，功率密度随之减小，使切割速度降低。若要保持一定的切割速度，则需要增大激光的功率；切割薄板宜采用较小的焦点深度，这样光斑直径小，功率密度高，切割速度加快。

（5）切割速度

切割速度直接影响切口宽度和切口表面粗糙度。对于不同材料的板厚，不同的切割气体压力，切割速度有一个最佳值，这个最佳值约为最大切割速度的80%。

（6）辅助气体的种类和压力

切割低碳钢较多采用氧气作辅助气体，以利用铁-氧燃烧反应热促进切割过程，而且切割速度快，切口质量好，可以获得无挂渣的切口。切割不锈钢时，常采用O2+N2混合气体或双层气流，单用氧气在切口底边会发生挂渣。气体压力增大，动量增加，排渣能力增强，因此可以使无挂渣的切割速度增加。

氧气纯度对切割速度有一定的影响，研究表明，氧气纯度降低2%，切割速度就会降低50%。

喷嘴形状也影响激光切割质量和效率。不同切割机采用不同形状的喷嘴。

4.2激光切割质量评定

与其它常规加工方法相比，激光切割具有更大的适应性。首先，与其他热切割方法相比，同样作为热切割过程，别的方法不能象激光束那样作用于一个极小的区域，结果导致切口宽、热影响区大和明显的工件变形。激光能切割非金属，而其它热切割方法则不能。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 5.激光切割设备

激光切割设备与焊接设备基本类似，区别是焊接需要使用激光焊枪，而切割使用激光割炬。激光切割大都采用CO2激光切割设备，主要由激光器、导光系统、数控运动系统、割炬及抽烟系统组成。

激光器由激光电源提供高压电源，产生的激光经反射镜、导光系统把激光导向切割工件所需要的方向；数控运动系统主要用于调节割炬的移动方向，割炬与工件间的相对移动有三种情况。

① 割炬不动，工件通过工作台运动，主要用于尺寸较小的工件。② 工件不动割炬移动 ③ 割炬和工作台同时运动。

割炬主要包括枪体、聚焦透镜和辅助气体喷嘴等零件。激光切割时，割炬必须满足下列要求。

④ 能够喷射出足够的气流。

⑤ 割炬内气体的喷射方向必须和反射镜的光轴同轴。⑥ 割炬的焦距能够方便调节。

⑦ 切割时，保证金属蒸汽和切割金属的飞溅不会损伤反射镜。

激光切割时，要求激光器输出的光束经聚焦后的光斑直径最小，功率密度最高。喷嘴用于向切割区喷射辅助气体，其结构形状对切割效率和质量有一定影响。喷孔的形状有圆柱形、锥形、和缩放形等。一般根据切割工件的材质、厚度、辅助气体压力等经试验后确定。

6.激光切割的应用实例

6.1布料激光切割

制衣行业中使用的服装布料激光切割机打破了传统手工和电剪速度慢和难以排版,充分解决了效率达不到和浪费材料的难题.速度快，操作简单，只需把所要裁剪的图形及尺寸输入到电脑，机械就会把整张的材料裁剪成您所需要的成品，不用刀具、不需要模具，利用激光实现非接触式加工，简便快速。布料激光切割机与传统的切割方式相比不仅价格低,消耗低.操作更方便，效果更好，并且因为激光加工对工件没有机械压力,所以切割出来产品的效果,精度以及切割速度都非常良好.并且还具有操作安全,维修简单等特点.可连续24小时工作。

用于皮革、箱包企业及皮鞋、鞋材生产企业的激光切割雕刻机, 集切割、雕刻和镂空于一身，适用各种皮革料的加工：高档鞋材、皮包、皮衣切割特殊形状，无毛边，尺寸标准，误差小（±0.1mm），效果柔软，无高周波或刀模切压的生硬感。另可于皮革上刻画特别效果或图案，使成品更显精细及别具创意。

6.2激光切割在饰品中的应用

饰品加工是一门对比特殊的职业，由于主要是针对一些稀有的贵金属的加工改造，所以对加工改造的设备要求十分的高。可是这对小型激光切开机来说，确是一个十分好的机会，它极好的处理了加工饰品中的一些难题，并且受到了各个厂家的热捧。

运用小型激光切割机加工饰品在不需开模的情况下，就可以直接加工出想要的商品，并且精度十分的高，加工时刻只需要短短的几分钟就可以。不仅缩短了加工时刻，还降低了成本。

6.3激光切割在眼镜行业中的应用

以往眼镜行业主要利用模具做镜框，不同样式需要做不同模具，所需成本高，效率低。直到激光切割机投入后，开发新的款式只需在软件上呈现，速度快、精度大，特别适合小量、多款式的生产模式。甚至可以做到一台光纤激光切割机能够快速加工出了不同款式的眼框，为个性定制眼镜解决后顾之忧。

除此之外，激光切割机能够在板材上任意的设计图形，速度快，精度高，一次成型，无需后续处理，比传统切割设备快十几倍，极大的提高加工效率，可视排料，紧密贴合，节省材料。先进的工艺可提高眼镜厂家的新产品开发速度，能够快速收回设备投资成本。眼镜专用激光切割机能在板材上切割任意的设计图形，速度快，精度高，一次成型，无需后续处理，比线切割快十几倍，极大的提高加工效率，可视排料，紧密贴合，节省材料。先进的工艺可提高贵公司的新产品开发速度，最快为您收回设备投资成本。一机多用，既能满足客户对平板的切割要求，也能满足管圆及异形材料（方钢、扁铁、槽钢、方管）的切割。

6.4激光雕刻

使用激光雕刻和切割，过程非常简单，如同使用电脑和打印机在纸张上打印。您可以在Win98/Win2000/WinXP环境下利用多种图形处理软件，如CorelDraw等进行设计，扫描的图形，矢量化的图文及多种CAD文件都可轻松地“打印”到雕刻机中。唯一的不同之处是，打印将墨粉涂到纸张上，而激光雕刻是将激光射到木制品、压克力、塑料板、金属板、石材等几乎所有的材料之上。

7.参考文献

[1] 李亚江，王娟等编著.特种焊接技术及应用.北京：化学工业出版社，2014.[2] 关桥.高能束流加工技术—先进制造技术发展的重要方向.航空制造技术，1995.