工业机器人运用于激光切割的研究

第一篇：工业机器人运用于激光切割的研究

工业机器人运用于激光切割的研究

随着生产工业的需要，激光加工机器人是国际上面向21世纪的先进制造技术。本文从工业机器人出发，综述了机器人对于激光切割技术的作用、应用及体系构建。生产制造工业企业对于智能化机器人的要求也越来越高。而工业机器人在工艺激光切割应用中的实用性也越来越强。因此，本文从工艺激光切割工业智能化的角度出发，结合相关理论对工业的生产工艺进行研究，如PLC 激光信号的应用及切割工艺的应用等，本文的研究具备长远意义，可为日后的生产应用作参考。

0 引言

几乎在激光诞生的同时，1962 年美国Unimation公司推出首台工业机器人。此后，机器人技术经历了一系列不断的发展过程。直到 20世纪 90 年代全球信息化浪潮风起云涌，计算机技术、微电子技术、网络技术和先进制造技术等快速进步，工业机器人技术也得到了飞速发展。它具有重复性精确生产特征，适应制造业中规模化批量生产要求，装配在生产线上代替人工作业，不仅解除了工人的繁复劳动，而且提高了生产质量。它可以流动作业，适应个性化生产需求。目前工业机器人技术日趋成熟，已经成为一种标准设备而广泛应用于工业界，国内外形成了一批著名的工业机器人公司。当社会经济结构遭遇工业智能化信息结构的影响，各个经济产业都会应势而转型。产业与产业之间开始对专业化人才的要求越来越高，而工业智能化应用作为现代应用的代表作，在我国各个行业的工业生产中都有其意义所在。其中，制造工业企业所需的专业化人才也越来越多，相关科研所为了摒弃脱离现代化制造产业的传统应用模式，开始对工业机器人进行有效的应用与管理，信息技术能够加强高科技工业企业的生产应用能力。因此，本文以工业机器人在工艺激光切割的应用为研究对象，探索社会所需的专业工业智能化应用模式，进而提高生产工业能力，促进经济发展。工业机器人在工艺激光切割工业生产中的作用

近年来激光技术飞速发展，涌现出可与机器人柔性耦合的光纤传输的高功率工业型激光器。先进制造领域在智能化、自动化和信息化技术方面的不断进步促进了机器人技术与激光技术的结合，特别是汽车产业的发展需求，带动了激光加工机器人产业的形成与发展。从20世纪90年代开始，德国、美国、日本等发达国家投入大量人力物力进行研发激光加工机器人。进入 2000 年，德国 KUKA，瑞士的ABB，日本 FA NUC 等机器人公司均研制激光焊接机器人和激光切割机器人的系列产品。目前在国内外汽车产业中，激光焊接机器人和激光切割机器人已成为最先进的制造技术，获得了广泛应用。德国大众汽车、美国通用汽车、日本丰田汽车等汽车装配生产线上，已大量采用激光焊接机器人代替传统的电阻点焊设备，不仅提高了产品质量和档次，而且减轻了汽车车身重量，节约了大量材料，使企业获得很高的经济效益，提高了企业市场竞争能力。在中国，一汽大众、上海大众汽车公司也引进了激光机器人焊接生产线。目前有沈阳新松机器人公司涉足激光切割和焊接机器人制造领域。对于工业机器人在激光切割中的应用，主要归结为三点作用：一是工业机器人能够通过现代信息化制造技术为生产工人提供更前沿的学习内容。工艺激光切割所应用的行业涉及到金工、电子、数控等产业。在制造工艺的应用中，传统的应用模式俨然跟不上社会发展节奏。因此，工业机器人加强了生产工人对于信息、材料、通信、控制、环保等生产要素的应用，并实时为生产工人提供更前沿、更创新的新技术和新制造工艺；二是工业机器人还能为生产工人创造更全面的工业企业生产支持，帮助生产工人更好的掌握制造产业的生产流程。工艺激光切割应用在光纤激光器，此项应用在于体现工业机器人的生产优势，尤其是在生产波束范围广及效果良好、工作功率与效率稳定、光斑小及切割速度快精准等；三是提升了激光接线信号，激光接线信号由激光占空比、激光频率、激光功率、氧气压力、激光开关、随动开关、氧气开关、开始生产、暂停生产、停止生产、回零位等组成，这些激光信号来源主要以模拟量与数字量的方式输出，端口分别以软信号无需接线、PLC-2AO-

1、PLC-2AO-

2、PLC-CPU1-DQa0.2、PLC-CPU1-DQa0.3、PLC-CPU1-DQa0.4、PLC-CPU1-DIa0.1、PLC-CPU1-DIa0.2、PLC-CPU1-DIa0.3、PLC-CPU1-DIa0.4 等为主。PLC 激光信号的输出分为CPU 模块和模拟量模块，而工业机器人在这两个模块的应用性是比较好的。工业机器人的应用

2.1 生产应用

基于PLC激光信号，工业智能化设计与制造产业对机器人应用进行创新性研究，而工艺激光切割的工智能化应用模式应以工业智能化机器人现代制造应用为主。然而，在生产中，机器人需要四点信息整合：一是机器人信息；二是工业信息；三是PLC 激光信息；四是生产工人信息。工业信息主要是生产工艺、制造和管理等。而激光机器人信息则是以符合国家生产标准的机器人在工作原理、原则及激光处理等工作内容的信息录入。PLC 激光信息则是以激光信号发射出来的工作，包括设备、工装、原材料、耗材等信息的录入。生产工人信息是以工人的生产权限划分为主。机器人在生产激光应用中，应遵循工业智能化生产标准，整合专业应用内容，进行高效应用。而完善工业智能化设计与制造一体化应用平台，实现在机械工程学科应用中的应用与推广，对于工艺激光切割应用模式的创新有促进作用。在通过工业智能化设计制造一体化的研究中，机器人科研所需实现与工业企业的对接，为工业企业提供设计制造一体化原型系统和人员培训，打造一个机器人高效稳定的工作平台。

2.2 切割工艺应用

工艺激光切割机器人的工艺应用主要是以火焰切割原理、等离子切割原理、激光切割原理出发，以数控切割技术和机器人切割技术为主。火焰切割原理是以火焰实现切割过程的，在金属燃烧过程中效率更高。火焰切割工艺具备燃点低于熔点、热量足及热性低、熔点低及流动性好等特点。等离子切割较于火焰切割熔点更低，等离子切割用其气压、电压及磁场的共同物理切割流程，让自由弧迅速化成极小的离子弧。激光切割工艺的切割密度更高，工业机器人用机械数据处理技术和机器人辅助工程，运用逆向工程技术进行激光熔化切割、激光汽化切割、激光氧化切割和激光划片与控制断裂等。火焰切割运用材料是低合金钢，切割板厚是中、大厚度钢板，切割速度慢，切割精度是0.7-1.0mm，切割表面Ra 值是50um，切缝大小是0.9-1.2mm，切割断面垂直度好，热影响区是大(0.6-1.2mm)，切割板材变形大，设备费用低，维护方式简单。等离子切割运用材料是碳钢、不锈钢、铝铜、铸铁等导电金属，切割板厚是中厚1-38mm，切割速度快，切割精度是较高的0.5mm-1.0mm，切割表面Ra 值是30-100um，切缝大小是1.0mm，切割断面垂直度是0.5 度-1.5 度倾斜，热影响区是较小的(0.5-1.0mm)，切割板材变形较小，设备费用中高，维护方式需要许多组件维护。激光切割运用材料是(特种)金属材料、非金属材料、复合材料，切割板厚是中薄，切割速度快（<=6mm 以下），切割精度是高的0.05mm-0.1mm，切割表面Ra 值是20-100um，切缝大小是0.2mm-0.3mm，切割断面垂直度好，热影响区是很小的(<=0.1mm)，切割板材变形很小，设备费用高，维护方式需要专业人员及维护复杂。因此，对比之下，激光切割的优势更好。另外，这帮助了生产工人更好的切割应用。

2.3 激光应用

PLC激光切割的应用帮助生产工人拥有更好的生产能力，Pro/E等软件的组合应用也能加强机器人的有效应用以及加强生产工人对于数控自动编程的操作能力。在工艺激光切割中，生产工人需以机器人辅助设计与制造为主。产品设计、装备设计以及反求设计共同组成机器人生产环节，而工艺设计与制造环节、质检环节需融合工业活动的具体需求，巧妙应用PLC 激光切割的软硬件。工业智能化工业制造可关联到三点：一是工业智能化设计；二是工业智能化制造；三是工业智能化管理。工业智能化制造主要针对机器人辅助离线切割，工艺以激光随动、数控技术NC 以及快速原型技术RP 等的应用为主，用有限元法对于离线切割进行更好的应用。而工业机器人辅助工艺过程中，注重激光随动系统中零件信息的描述与输入、派生式激光随动系统和创成式激光随动系统等。工业机器人辅助数控加工编程，并用工业机器人与Pro/E 软件加工组合使用。其中，工业机器人的激光应用需要逆向工程技术、虚拟制造技术、网络化制造和快速响应制造等技术的整合使用。在工业机器人的支撑下，机械系统集成在产品数据交换标准的应用应用中也是难题之一。工业机器人激光切割体系的构建

按照工业生产制造产业链的结构需要，工业激光切割体系拟提供工业智能化激光切割与设计、工业机器人与技术研发、工业智能激光科研成果转化等。

3.1 工业智能化激光切割、设计与咨询

工业智能化激光切割与设计：包括工业智能化现场切割、数据处理与分析、机器人激光方案设计、机器人激光规划、机器人激光技术咨询等。采用智能化切割设备对工业制造进行自动化切割，通过激光专家系统对切割数据进行处理和分析，诊断制造类型和产生机理，为客户提供激光规划、激光方案设计、激光技术咨询、激光工程量及投资预算等决策信息。

3.2 激光技术与材料研发

随着“资源节约型、环境友好型”社会建设的持续深入发展，低碳环保的要求不断提高，工业机器人激光切割技术需会在工业建设中得到广泛应用。随着工业生产高峰的纷至沓来，未来工业产业切割材料及相关技术等的市场规模需会飞速发展。

工业机器人一直奉行“抢占技术制高点，制造社会大生产”的发展理念，为加快产业转型升级，走可持续发展之路，自2006 年以来，投入了大量资金和人力开展相关技术研究，并取得了一系列国内领先和国际先进的研究成果，部分成果已在工业建设和激光上得到应用，为需来机器人发展打下了坚实的技术基础。工业激光切割体系组建后，需固定科技研发队伍，保证研发资金可持续投入，继续开展工业智能绿色机器人激光技术、“高精尖”难点技术、激光新材料、新工艺的研发，抢占技术制高点，以技术培育和主导市场。

3.3 工业智能机器人激光科研成果转化

相关研究所需研发相关机器人激光切割材料，促进其大规模推广应用，主营材料生产与销售、应用技术咨询等。同时，机器人还应实现废物利用和节能减排。研究工业机器人激光切割的成套技术，从事相关材料生产与销售、应用技术咨询等，并研发再生剂及应用成套技术。未来可以从事工业面切割生产技术咨询与制造、生产质量控制与监测等业务。结论与展望

未来的发展中，工业产业需与机器人科研单位按照现金出资的方式，以独立法人形式共同组建机器人工业激光切割体系。机器人工业激光切割体系出资只收购激光切割方案的设计资产及资质，并购买常规试验检测设备。涉及大型的智能化激光切割项目，工业激光切割体系可与工业生产中心合作完成，共享项目利润。在工业机器人激光切割中，工业激光切割体系需以激光技术和高精尖难点技术研发与推广应用为产业发展方向。工业机器人是专业工业生产的现代化平台，工艺激光切割专业应用后，生产工人的专业应用性更强，工业的生产效率也会增高。同时，工业机器人的应用内容涉及到生产制造工业的生产环境，工业机器人的应用加大了生产工人对于工业生产制造工艺的优化。本文的研究对于工艺激光切割的应用主要归结于生产应用，切割工艺应用及激光应用。本文的研究总结的内容比较多，涉及到工业机器人的作用，专业化工业生产的应用内容及发展情况，文章的研究在通信、制造、工艺等具备可塑性，可为此领域下的相关研究做参考依据。

参考文献：

本文来源于中国数字化企业网工业机器人专区整理编辑（http://articles.e-works.net.cn/robort/）

第二篇：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.

第三篇：激光切割技术的原理及应用

辽宁科技大学学生论文

激光切割技术的原理及应用

1.激光切割技术简介.......................................................................2 1.1激光切割技术概述................................................................2 1.2激光切割技术的原理............................................................4 1.3激光切割技术的发展历史....................................................5 2.激光切割的特点.............................................................................6 2.1激光切割的总体特点............................................................6 2.2 CO2激光切割技术的特点.....................................................7 2.3半导体激光切割机................................................................8 2.4光纤激光切割机....................................................................8 3.激光切割技术的应用及发展前景.............................................10 3.1激光切割技术的市场现状..................................................10 3.2激光切割技术的应用..........................................................12 结论..................................................................................................13

辽宁科技大学学生论文

激光切割技术的原理及应用

材料12A文修曜

摘要

激光加工技术是一种先进制造技术，而激光切割是激光加工应用领域的一部分，激光切割是当前世界上先进的切割工艺。由于它具备精密制造、柔性切割、异型加工、一次成形、速度快、效率高等优点，所以在工业生产中解决了许多常规方法无法解决的难题。激光能切割大多数金属材料和非金属材料。

Abstract

The laser processing technology is a kind of advanced manufacturing technology, and laser cutting is part of the laser processing applications, laser cutting is the current advanced cutting technology in the world.Because it has flexible cutting, stone processing, precision manufacturing, a forming, fast speed, higher efficiency, so in industrial production solved many conventional methods cannot solve the problem.Can laser cutting most of the metal materials and nonmetal materials.关键词：激光切割的原理；激光切割的分类及特点；激光切割技术的应用

1.激光切割技术简介

1.1激光切割技术概述

激光切割是激光加工行业中最重要的一项应用技术。它占整个激光加工业的70%以上。激光切割与其他切割方法相比，最大区别是它具有高速、高精度及高适应性的特点。同时还具有割缝细、热影响区小、切割面质量好、切割时无噪声、切割过程容易实现自动化控制等优点。激光切割板材时，不需要模具，可以替代 2 辽宁科技大学学生论文

一些需要采用复杂大型模具的冲切加工方法，能大大缩短生产周期和降低成本。因此，目前激光切割已广泛地应用于汽车、机车车辆制造、航空、化工、轻工、电器与电子、石油和冶金等工业部门中。

激光切割主要是CO2激光切割,激光切割是用聚焦镜将CO2激光束聚焦在材料表面使材料熔化,并使CO2激光束与材料沿一定轨迹作相对运动,从而形成一定状的切缝。激光切割是用聚焦镜将CO2激光束聚焦在材料表面使材料熔化，同时用与激光束同轴的压缩气体吹走被熔化的材料，并使激光束与材料沿一定轨迹作相对运动，从而形成一定形状的切缝。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。

激光束聚焦成很小的光点其最小直径可小于0.1mm，使焦点处达到很高的功率密度可超过106W／cm2)。这时光束输入（由光能转换）的热量远远超过被材料反射、传导或扩散部分，材料很快加热至汽化湿度，蒸发形成孔洞。随着光束与材料相对线性移动，使孔洞连续形成宽度很窄（如0.1mm左右）的切缝。切边热影响很小，基本没有工件变形。

切割过程中还添加与被切材料相适合的辅助气体。钢切割时得用氧作为辅助气体与溶融金属产生放热化学反应氧化材料，同时帮助吹走割缝内的熔渣。切割聚丙烯一类塑料使用压缩空气，棉、纸等易燃材料切割使用惰性气体。进入喷嘴的辅助气体还能冷却聚焦透镜，防止烟尘进入透镜座内污染镜片并导致镜片过热。

大多数有机与无机都可以用激光切割。在工业制造占有分量很重的金属加工业，许多金属材料，不管它具有什么样的硬度，都可进形无变形切割。当然，对高反射率材料，如金、银、铜和铝合金，它们也是好的传热导体，因此激光切割很困难，甚至不能切割。

激光切割无毛刺，皱折、精度高，优于等离子切割。对许多机电制造行业来说，由于微机程序的现代化激光切割系统能方便切割不同形状与尺寸的工件，它往往比冲切、模压工艺更被优先选用；尽管它加工速度慢于模冲，但它没有模具消耗，无需修理模具，还节约更换模具时间，从而节省加工费用，降低产品成本，所以从总体上讲在经济上更为合算。

另一方面，从如何使模具适应工件设计尺寸和形状变化角度看，激光切割也 3 辽宁科技大学学生论文

可发挥其精确、重现性好的优势。作为层叠模具的优先制造手段，由于不需要高级模具制作工，激光切割运转费用也并不昂贵，因此还能显著地降低模具制造费用。激光切割模具还带来的附加好处是模具切边会产生一个浅硬化层，提高模具运行中的耐磨性。激光切割的无接触特点给圆锯片切割成形带来无应力优势，由此提高了使用寿命。

1.2激光切割技术的原理

在激光束能量作用下（氧助切割机制下，还要加上喷氧气与到达燃点的金属发生放热反应放出的热量），材料表面被迅速（ms范围）加热到几千乃至上万度（℃）而熔化或汽化，随着汽化物逸出和熔融物体被辅助高压气体（氧气或氮气等惰性气体）吹走，切缝便产生了。脉冲激光适用于金属材料,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。

激光切割是利用高功率密度的激光束扫描过材料表面，在极短时间内将材料加热到几千至上万摄氏度，使材料熔化或气化，再用高压气体将熔化或气化物质从切缝中吹走，达到切割材料的目的。

该技术采用激光束照射到钢板表面时释放的能量来使不锈钢熔化并蒸发。激光源一般用二氧化碳激光束，工作功率为500～2500瓦。该功率的水平比许多家用电暖气所需要的功率还低，但是，通过透镜和反射镜，激光束聚集在很小的区域。能量的高度集中能够进行迅速局部加热，使不锈钢蒸发。此外，由于能量非常集中，所以，仅有少量热传到钢材的其它部分，所造成的变形很小或没有变形。利用激光可以非常准确地切割复杂形状的坯料，所切割的坯料不必再作进一步的处理。

激光切割是用聚焦镜将CO2激光束聚焦在材料表面使材料熔化，同时用与激光束同轴的压缩气体吹走被熔化的材料，并使激光束与材料沿一定轨迹作相对运动，从而形成一定形状的切缝。从二十世纪七十年代以来随着CO2激光器及数控技术的不断完善和发展，目前已成为工业上板材切割的一种先进的加工方法。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 辽宁科技大学学生论文

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。

1.3激光切割技术的发展历史

激光切割是激光加工行业中最量要的一项应用技术,由于具有诸多特点,已广泛地应用于汽车、机车车辆制造、航空、化工、轻工、电器与电子、石油和冶金等工业部门。近年来，激光切割技术发展很快，国际上每年都以20％～30％的速度增长。我国自1985年以来，更以每年25％以上的速度增长。由于我国激光工业基础较差，激光加工技术的应用尚不普遍，激光加工整体水平与先进国家相比仍有较大差距，相信随着激光加工技术的不断进步，这些障碍和不足会得到解决。激光切割技术必将成为21世纪不可缺少的重要的钣金加工手段。激光切割加工广阔的应用市场，加上现代科学技术的迅猛发展，使得国内外科技工作者对激光切割加工技术进行不断探入的研究，推动着激光切割技术不断创新，激光切割技术的发展方向如下：

(1)伴随着激光器向大功率发展以及采用高性能的CNC及伺服系统,使用高功率的激光切割可获得高的加工速度,同时减小热影响区和热畸变;所能够切割的材料板厚也格进一步地提高，高功率激光可以通过使用Q 开关或加载脉冲波，从而使低功率激光器产生出高功率激光。

(2)根据激光切割工艺参数的影响情况，改进加工工艺，如：增加辅助气体对切割熔渣的吹力；加入造渣剂提高熔体的流动性；增加辅助能源，并改善能量之间的耦合；以及改用吸收率更高的激光切割。

(3)激光切割将向高度自动化、智能化方向发展。将CAD/CAPP/CAM[4]以及人工智能运用于激光切割，研制出高度自动化的多功能激光加工系统。

(4)根据加工速度自适应地控制激光功率和激光模式或建立工艺数据库和专家自适应控制系统使得激光切割整机性能普遍提高。以数据库为系统核心，面向通用化CAPP开发工具，对激光切割工艺设计所涉及的各类数据进行分析，建立相适应的数据库结构。

(5)向多功能的激光加工中心发展，将激光切割、激光焊接以及热处理等各 辽宁科技大学学生论文

道工序后的质量反馈集成在一起，充分发挥激光加工的整体优势。

(6)随着Internet和WEB技术的发展，建立基于WEB的网络数据库，采用模糊推理机制和人工神经网络来自动确定激光切割工艺参数，并且能够远程异地访问和控别激光切割过程成了不可避免的趋势。

(7)三维高精度大型数控激光切割机及其切割工艺技术，为了满足汽车和航空等工业的立体工件切割的需要，三维激光切割机正向高效率、高精度、多功能和高适应性方向民展，激光切割机器人的应用范围将会愈来愈大。激光切割正向着激光切割单元FMC、无人化和自动化方向发展。

2.激光切割的特点

2.1激光切割的总体特点

激光加工作为一种全新的加工方法，以其加工精确、快捷、操作简单、自动化程度高等优点，在皮革、纺织服装行业内逐渐得到广泛的应用。镭射激光切割机与传统的切割方式相比不仅价格低,消耗低.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。用镭射激光机切割出来的无尘布无纺布边不发黄,自动收边不散边,不变形，不会发硬,尺寸一致且精确；可切割任意复杂形状；效率高、成本低，电脑设计图形,可切割任意形状任各种大小的花边。开发速度快：由于激光和计算机技术的结合，用户只要在计算机上设计，即可实现激光雕刻输出并且可随时变换雕刻,可边设计边出产品。

激光切割是用聚焦镜将激光束聚焦在材料表面，使材料熔化,同时用与激光束同轴的压缩气体吹走被熔化的材料,并使激光束与材料沿一定轨迹作相对运动,从而形成一定外形的切缝。

1．精度高：定位精度0.05mm，重复定位精度0.02 mm 2．切缝窄：激光束聚焦成很小的光点，使焦点处达到很高的功率密度，材料很快加热至气化程度，蒸发形成孔洞。随着光束与材料相对线性移动，使孔洞连续形成宽度很窄的切缝。切口宽度一般为0.10～0.20mm。

3．切割面光滑：切割面无毛刺，切口表面粗糙度一般控制在Ra12.5以内。辽宁科技大学学生论文

4．速度快：切割速度可达50m/min，最大定位速度可达70m/min，比线切割的速度快很多。

5．切割质量好：无接触切割，切边受热影响很小，基本没有工件热变形，完全避免材料冲剪时形成的塌边，切缝一般不需要二次加工。

6．不损伤工件：激光切割头不会与材料表面相接触，保证不划伤工件。7．不受被切材料的硬度影响：激光可以对布料，橡皮等柔软材质进行加工，不管什么样的硬度，都可以进行无变形切割。

8．不受工件外形的影响：激光加工柔性好，可以加工任意图形，可以切割管材及其它异型材。

9．可以对非金属进行切割加工：如塑料、木材、PVC、皮革、纺织品、有机玻璃等。

10．节约模具投资：激光加工不需模具，没有模具消耗，无须修理模具，节约更换模具时间，从而节省了加工费用，降低了生产成本，尤其适合大件产品的加工。

2.2 CO2激光切割技术的特点

1.切割质量好

切口宽度窄（一般为0.1--0.5mm）、精度高（一般孔中心距误差0.1--0.4mm，轮廓尺寸误差0.1--0.5mm）、切口表面粗糙度好（一般Ra为12.5--25μm），切缝一般不需要再加工即可焊接。2.切割速度快

例如采用2KW激光功率，8mm厚的碳钢切割速度为1.6m/min；2mm厚的不锈钢切割速度为3.5m/min，热影响区小，变形极小。3.清洁、安全、无污染

大大改善了操作人员的工作环境。当然就精度和切口表面粗糙度而言，CO2激光切割不可能超过电加工；就切割厚度而言难以达到火焰和等离子切割的水平。但是就以上显著的优点足以证明：CO2激光切割已经和正在取代一部分传统的切割工艺方法，特别是各种非金属材料的切割。它是发展迅速，应用日益广泛的一种先进加工方法。

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2.3半导体激光切割机

1简介

半导体激光切割机采用半导体泵浦激光器，半导体泵浦激光器是近年来国际上发展最快，应用较广的新型激光器。该类型的激光器利用输出固定波长的半导体激光器代替了传统的氪灯或氙灯来对激光晶体进行泵浦，从而取得了崭新的发展，被称为第二代的激光器。这是一种高效率、长寿命、光束质量高、稳定性好、结构紧凑小型化的第二代新型固体激光器，目前在空间通讯，光纤通信，大气研究，环境科学，医疗器械，光学图象处理，激光打印机等高科技领域有着独具特色的应用前景。

2特点

1、采用半导体泵浦源和德国高速标记振镜头，光电转化效率高、光束质量好。

2、采用全数字化激光标记和独特的激光选模及深雕技术，确保了设备具有极高的稳定性、精确性和友好的操作性。并可选配自动测焦和调焦系统，满足精确切割和多样化打标需求。

3、周到的防护设计：缺水保护，激光谐振腔光路和激光腔腔体双重密封，防潮装置，防长出光装置。

4、多样的外围装置设计：自动上、下料系统，旋转标记转台，排风除尘系统，激光防护罩及灯光警示装置。

5、光路预览功能，焦点指示功能：在激光的光轴上叠加了可见红光，用于指示激光束的位置，实现对打标范围的预览。增加了指示对焦红光，直观方便的实现了对焦功能。

半导体激光切割机GDBEC-130250，选用进口半导体泵浦源和德国高速标记振镜头，光电转化效率高，光束质量好，可在金属、非金属等各类固性材料上进行精确、快速的打标和划线，并可根据加工材料厚度，调整激光焦距，确保加工的最佳效果。适用于各类普通金属及合金（铁、铜、铝、镁、锌等所有金属）、稀有金属及合金（金、银、钛）、金属氧化物、ABS料（电器用品外壳、日用品）、油墨（透光按键、印刷制品），环氧树脂（电子元件的封装、绝缘层）等材料。

2.4光纤激光切割机

1简介 辽宁科技大学学生论文

光纤激光切割机是利用光纤激光发生器作为光源的激光切割机。光纤激光器是国际上新发展的一种新型光纤激光器输出高能量密度的激光束，并聚集在工件表面上，使工件上被超细焦点光斑照射的区域瞬间熔化和气化，通过数控机械系统移动光斑照射位置而实现自动切割。同体积庞大的气体激光器和固体激光器相比具有明显的优势，已逐渐发展成为高精度激光加工、激光雷达系统、空间技术、激光医学等领域中的重要候选者。

光纤激光切割机它既可做平面切割,也可做斜角切割加工,且边缘整齐、平滑,适用于金属板等高精度的切割加工，同时加上机械臂可以进行三维切割代替原本进口的五轴激光。比起普通二氧化碳激光切割机更节省空间和气体消耗量，光电转化率高，是节能环保的新产品，也是世界上领先技术产品之一。2光纤激光切割机较CO2激光切割机的优势：

1）卓越的光束质量：聚焦光斑更小，切割线条更精细，工作效率更高，加工质量更好；

2）极高的切割速度：是同等功率CO2激光切割机的2倍；

3）极高的稳定性：采用世界顶级的进口光纤激光器，性能稳定，关键部件使用寿命可达10万小时；

4）极高的电光转换效率：光纤激光切割机光电转换效率达30%左右，是CO2激光切割机高3倍，节能环保；

5）极低的使用成本：整机耗电量仅为同类CO2激光切割机的20-30%； 6）极低的维护成本：无激光器工作气体；光纤传输，无需反射镜片；可节约大量维护成本；

7）产品操作维护方便：光纤传输，无需调整光路；

8）超强的柔性导光效果：体积小巧，结构紧凑，易于柔性加工要求。

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当然了，与二氧化碳激光切割机相比，光纤的切割范围相对狭窄。因为波长的原因，其只能切金属材料，对非金属不容易被其吸收，从而影响其切割范围。3与YAG激光切割机相比的优势：

1）切割速度：光纤激光切割机的速度是YAG的4-5倍，适用于大量加工与生产

2）使用成本：光纤激光切割机的使用成本比YAG固体激光切割更少 3）光电转换效率：光纤激光切割机的光电转换效率是YAG的10倍左右 相应的光纤激光器的价格较高，所以光纤激光切割机价高比之YAG激光切割机要高出不少，但比二氧化碳激光切割机要低很多。但其性比价确实三者中最高的。

3.激光切割技术的应用及发展前景

激光切割的应用领域非常广泛, 比如汽车行业、计算机、电气机壳、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、航天工业使用的钦合金等等。近年来, 激光切割的新应用层出不穷, 令人耳目一新。

3.1激光切割技术的市场现状

我国激光产业的发展，虽然是一个初步发展，但在国际科技带领下已经完成了飞跃的发展，并且比同等质量有一个高阶段的突出。以激光切割机来讲，市场的需求高达千万，为广阔的市场添加了新的生机。自从60年代第一台激光设备的诞生和应用开始，我国就有多位专家在激光行业付出了努力，并达到了国际一个微小的差值。在激光行业的发展同时，激光成套工业设备也进入了生产的市场，摆脱了长期依靠国外的局面，解决了国内激光行业的尴尬局面。

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国内经济的飞速发展，成为激光市场的高产业支柱，并且可以达到每年20%以上的增长速，成为全球激光市场的一个新起点，根据专家预测，国内的激光市场仍处于高速的增长阶段，在未来可以在进行翻倍的增加，来最大的扩充激光切割设备的市场，填补国内空白，将国内高端激光设备摆脱受困的状态，成为国际上的顶梁柱。目前国内的激光产业主要在深圳、武汉两地聚集，其中深圳是国内的重要销售市场，并且以多年的发展经验，领先了其他区域。

激光切割指采用激光发射性光束在产品上面打孔，根据水平移动来对应产生的缝隙称为激光切割，激光可以在多产品材料上面切割，如亚克力、刀模板、布料、皮革等行业都能运用激光进行切割，因此激光切割是一种在多行业切割的新型方案。对于这样一种新型的切割方法，相对于传统切割有着什么样的优势呢，下面光博士带您分析下。

激光是利用物质激发产生光，这种光带有强烈的温度，在接触材料时候，能够迅速的在材料表面融化，形成打孔，根据对位对点的移动形成了切割，因此这样的一种切割方法相对于传统的切割方法，缝隙更小，更能够省去大部分材料，然而根据切割效果来定义分析，根据激光进行切割的材料，其切割效果能够满意，精准度又高，这是继承了激光的优势，也是普通切割方式不能够媲美的。

相对于传统切割方式中，激光切割更易懂、易学、在商家需求的加工效果，速度方面都有着绝对的优势，因此相信在未来的切割方式选择中，激光切割机将是大众的需求。

激光切割加工是指采用激光设备来给产品进行加工，这种模式是针对那种初入激光行业，并且小型的加工户，然而这种模式在现今的社会都不提倡了，因为激光设备的价格不再是那种高高在上的设备了，完美的技术发展，优良的加工精细，使得现今的激光设备不再是那样的昂贵，因为它们的设备有针对行业性的，这样能够省去了以往那种高贵的大功率设备加工，现今的小功率设备也能进行加工了，这让这些想购买激光切割机的加工不在需要借用他人的设备进行加工了，激光切割加工模式逐渐被取代了，这是必然性。

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下面分析下激光切割市场以及加工效果，在激光切割市场，凡事了解一点的都清楚，激光切割能够加工多行业，然而需要购买加工多行业的设备，价格是不菲的，然而如果购买的是单行业，如刀模激光切割机、皮革激光切割机等，这些针对行业的设备，价格就不是那样昂贵了，这就是未来的市场，在其加工效果方面，单行业的加工效果，肯定针对单行业其功能是最好的，能够满足此行业的要求，这些在这些行业设备介绍中，光博士有提到，因此在如果想采用激光切割加工的商户们，不妨去尝试着使用激光切割设备直接自己购买进行加工，这样能够帮助你实现以及解决很多的问题！

3.2激光切割技术的应用

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。

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。辽宁科技大学学生论文

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。

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。

国外除上述应用外，还在不断扩展其应用领域。

⑴采用三维激光切割系统或配置工业机器人，切割空间曲线，开发各种三维切割软件，以加快从画图到切割零件的过程。

⑵为了提高生产效率，研究开发各种专用切割系统，材料输送系统，直线电机驱动系统等，如今切割系统的切割速度已超过100m/min。

⑶为扩展工程机械、造船工业等的应用，切割低碳钢厚度已超过30mm，并特别注意研究用氮气切割低碳钢的工艺技术，以提高切割厚板的切口质量。因此在中国扩大CO2激光切割的工业应用领域，解决新的应用中一些技术难题仍然是工程技术人员的重要课题。

结论

激光从提出到变为现实的发展史用了几十年，从初生到今天无处不再又是几十年，激光及应用实际上是随着社会需求的进步而得以发展。激光的出现和发展又带动了光学，实验等学科的发展。从社会角度看，激光的产生改变了人们的生活，使之更加方便快捷。随着科技的发展，激光技术必将得到更加广泛的应用于我们世界的各个方面，使人类的科技不断进步。我也坚信，我国的激光技术也将会达到世界领先的水平，为我国各行各业的发展提供有利的条件！

参考文献

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第四篇：如何最大限度保证激光切割质量

激光切割

发布日期：2011-10-14 点击次数：378 字体显示：【大】 【中】 【小】

在使用激光切割机的过程中，如何最大限度保证激光切割质量呢？华工激光法利莱提示您，切割速度、焦点位置的调整、辅助气体压力、激光输出功率和工件特性等是几大影响激光切割质量的主要因素。除此之外，工件夹紧装置对保证切割质量也至关重要，因为在激光切割过程中，热和应力释放遍及整个工件，为此必须考虑采用相适应的固定工件方法，以避免引起工件移动，影响切割工件尺寸的准确性。

华工激光法利莱激光切割机

一、切割速度对切割质量的影响

对给定的激光功率密度和材料，切割速度符合于一个经验式，只要在通阈值以上，材料的切割速度与激光功率密度成正比，即增加功率密度可提高切割速度。这里所指的功率密度不但与激光输出功率有关，而且与光束质量模式有关。另外，光束聚焦系统的特征，即聚焦后的光斑大小也对激光切割有很大的影响。

切割速度与被切割材料的密度（比重）和厚度成反比。

当其他参数保持不变，提高切割速度的因素是：提高功率（在一定范围内，如500～2 000W）；改善光束模式（如从高阶模到低阶模直至TEM00）；减小聚焦光斑尺寸（如采用短焦距透镜聚焦）；切割低起始蒸发能的材料（如塑料、有机玻璃等）；切割低密度材料（如白松木等）；切割薄型材料。

特别对金属材料而言，在其他工艺变量保持恒定的情况下，激光切割速度可以有一个相对调节范围而仍能保持较满意的切割质量，这种调节范围在切割薄金属时显得比厚件稍宽。有时，切割速度偏慢也会导致排出热融材料烧蚀口表面，使切面很粗糙。

二、焦点位置调整对切割质量的影响

由于激光功率密度对切割速度影响很大，透镜焦长的选择是个重要问题。激光束聚焦后光斑大小与透镜焦长成正比，光束经短焦长透镜聚焦后光斑尺寸很小，焦点处功率密度很高，对材料切割很有利；但它的缺点是焦深很短，调节余量小，一般比较适用于高速切割薄型材料。由于长焦长透镜有较宽焦深，只要具有足够功率密度，比较适合切割厚工件。

在确定使用何种焦长的透镜以后，焦点与工件表面的相对位置对保证切割质量尤为重要。由于焦点处功率密度最高，大多数情况下，切割时焦点位置刚处在工件表面，或稍微在表面以下。在整个切割过程中，确保焦点与工件相对位置恒定是获得稳定的切割质量的重要条件。有时，透镜工作中因冷却不善而受热从而引起焦长变化，这就需要及时调整焦点位置。

当焦点处于最佳位置时，割缝最小、效率最高，最佳切割速度可获得最佳切割结果。

在大多数应用情况下，光束焦点调整到刚处于喷嘴下。喷嘴与工件表面间距一般为1.5mm左右。

三、辅助气体压力对切割质量的影响

一般情况下，材料切割都需要使用辅助气体，问题主要牵涉到辅助气体的类型和压力。通常，辅助气体与激光束同轴喷出，保护透镜免受污染并吹走切割区底部熔渣。对非金属材料和部分金属材料，使用压缩空气或惰性气体，清除融化和蒸发材料，同时抑制切割区过度燃烧。

对大多数金属激光切割则使用活性气体（只要是O2），形成与炽热金属发生氧化放热反应，这部分附加热量可提高切割速度1/3～1/2。

在确保辅助气体前提下，气体压力大小是个极为重要的因素。当高速切割薄型材料时，需要较高的气体压力以防止切口背面粘渣（热粘渣到工件上还会损伤切边）。当材料厚度增加或切割速度较慢时则气体压力宜适当降低，为了防止塑料切边霜化，也以较低气体压力切割为好。

激光切割实践表明，当辅助气体为O2时，它的纯度对切割质量有明显影响。O2纯度降低2%会降低50%的切割速度，并导致切口质量显著变差。

四、激光输出功率对切割质量的影响

对连续波输出的激光器来说，激光功率大小和模式好坏都会对切割发生重要影响。实际操作时，常常设置最大功率以获得较高的切割速度，或用以切割较厚材料。但光束模式（光束能量在横断面上的分布）有时显得更加重要，而且，当提高输出功率时，模式常随之稍有变差。常可发现，在小于最大功率状况下焦点处却获得最高功率密度，并获得最佳切割质量。在激光器整个有效工作寿命期间，模式并不一致。光学元件的状况、激光工作混合气体细微的变化和流量波动，都会影响模式机构。

综上所述，虽然影响激光切割的因素较为复杂，但切割速度、焦点位置、辅助气体压力和激光功率及模式结构是4个最重要的变量。在切割过程中，如发现切割质量明显变差，就首先要检查以上讨论的因素并及时加以调控。

五、工件特性对切割质量的影响

对激光切割质量甚至能否切割影响最大的有如下因素：

1.材料表面反射率

对CO2激光器发射出的10.6mm远红外光束来说，非金属材料对它吸收较好，即具有高的吸收率，面金属材料则对10.6mm光束吸收较差，特别是具有高反射率的金、银、铜和铝金属等，对这类材料一般不适宜用CO2激光束，特别是连续波光束来切割。对铝、铜金属而言，要形成足够的起始功率一般需要3kW以上，以获得穿透效果所需要的初始小孔。

黑色金属钢铁类材料及镍、钛等对10.6mm的CO2光束有一定吸收率，特别是当材料表面加热到一定温度或氧化膜以后，其吸收率还会大幅度提高，从而获得较好的切割效果。

对不透明材料，吸收率＝（1－反射率），与材料表面状态、温度及波长有关。

材料对光束的吸收率大小在加热起始阶段具有重要作用，但一旦工件内部小孔形成，小孔的黑体效应使材料对光束的吸收率接近100%。

2.材料表面状态

材料的表面状态直接影响对光束的吸收，尤其是表面粗糙度和表面氧化层会造成表面吸收率的明显变化。在激光切割实践中，有时可利用材料表面状态对光束吸收率的影响来改善材料的切割性能。

六、其他因素对切割质量的影响

1.割炬和喷嘴的影响

割炬的设计和制造对获得良好切割质量产生着重要影响，特别是喷嘴。

喷嘴如选用不当或维护不善易造成污染或损伤，或者由于喷嘴口的圆度不好或因热金属飞溅引起局部堵塞，都会在喷嘴中形成涡流，导致切割性能明显变差。有时，喷嘴口与聚焦光束不同轴，形成光束剪切喷嘴边缘，也会影响切边质量，增加切缝宽度和使切割尺寸错位。

对喷嘴来说，要特别注意两个问题。

（1）喷嘴直径的影响。喷嘴口大小对切割速度有一定的影响，喷嘴口大小也影响出口处压力分布。喷嘴直径增加，由于喷气流对切割区母材的强烈冷却作用使热影响区变窄，但也会导致切缝过宽，而喷嘴大小会引起准直困难，喷嘴口有被光束削截的危险，而且，切缝过窄，在高的切割速度下会阻碍熔渣的顺利排出。

（2）喷嘴与工件表面间距的影响。喷嘴与工件间距直接影响喷嘴气流与工件切缝的耦合。喷嘴口太靠近工件表面，对透镜会产生强烈的返回压力，减弱了对溅散切割产物质点的驱散能力，对切割质量有不利影响，但距离太远又会造成不必要的动能损失，对有效切割也不利。一般，喷口与工件间距控制在1～2mm为宜，现代激光切割系统的割炬都配有电感或电容式传感器反馈装置，以自动调节两者距离在预先设定的高度范围内。

2.外光路系统的影响

激光器射出的原始光束是经过外光路系统的传输（包括反射和透射），以极高的功率密度准确地照射到工件的表面。

外光路系统的光学元件应定期检查、及时调整，确保当切割炬在工件上方运行时，光束正确地传输到透镜中心并聚焦成很小的光点，对工件进行高质量切割。一旦其中任何一光学元件位置发生变化或受到污染，都会影响切割质量，甚至造成切割不能进行。

外光路镜片受到气流中杂质污染和切割区飞溅质点粘结，或者镜片冷却不足，都会使镜片发生过热，影响光束能量传输。引起光路准直度飘移而导致严重后果，透镜过热还会产生焦点失真，甚至危及透镜本身。

光学元件一旦受到污染甚至粘上切割产物小质点，对它的清理是个极为重要而往往会被忽视的问题，下面列出一些清洗要点：

（1）透镜的清洗：把擦镜头纸弯成几折，用几滴分析纯丙酮浸湿；用浸湿的镜头纸轻轻擦拭镜头表面，注意不能用手指压镜片；反复几次，直到镜片表面清洁、没有污垢和残存痕迹留在镜面；用干空气吹干；必要时可把用几滴丙酮弄湿的镜头纸卷成杆，轻轻地擦洗镜片表面，以去除重污滴。

要注意的是丙酮易从空气中吸收潮气和水分污染丙酮本身，所以要盖紧丙酮瓶，千万不要将清洗后剩下的丙酮液倒回到新的丙酮瓶中。

（2）反射镜镜片的清洗：从镜架上拆除镜片；镜面朝上，把镜头纸放在镜面上；在镜头纸上滴几滴丙酮，并轻拉镜头纸撩过镜面；反复上述工序，直至镜面清洁，无污秽和残渍留在镜面； 再把镜片装入镜座。

如果采用钼镜作反射镜，因为它不能镀层，抛光后即可直接使用，所以它可用水（肥皂水或含洗洁精的水）清洗镜面。但其他表面有镀层的镜片不能用水清洗，因为很多镀层溶解于水，镜片将遭破坏。

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影响激光切割机精度的几大因素

发布日期：2012-02-23 点击次数：64 字体显示：【大】 【中】 【小】

切割精度是衡量激光切割机好坏的一个重要组成部分，但是华工激光法利莱提醒您，激光切割精度也不完全取决于设备本身，而是由多方面因素组成，主要有以下几大因素：

1、激光束通过聚焦后的光斑的大小

激光束聚集后的光斑越小，切割精度越高，特别是切缝较小，最小的光斑可达0.01mm。

2、工作台的走位精度决定着切割的重复精度

工作台精度越高，切割的精度越高。

3、工件厚度越大，精度越低，切缝越大。

由于激光光束为锥形，切缝也是锥形，厚度0.3MM的不锈钢比2MM的切缝小的多。

4、工件材质对激光切割精度有一定影响。

同样情况下，不锈钢要比铝的切割精度高，切面光滑一些。

激光切割的原理

作者：管理员 发布于：2011-06-24 12:16:09 文字：【大】【中】【小】 摘要： 激光切割

激光切割是利用经聚焦的高功率密度光束照射工件，材料吸收激光能，温度急剧升高，工件表面开始熔化或气化，并吹入活性气体助燃。随着激光束与工件的相对运动，在工件上形成切缝。激光照射工件表面时，一部分光被吸收，另一部分光被工件反射。吸收部分转化为热能，使工件表面温度急剧升高，材料熔化、气化，产生黑洞效应，使材料吸收率提高，迅速加热切割区材料。此时吹氧可以助燃，并提供大量热能，使切割速度提高，还可吹走熔渣，保护和冷却镜头。

激光切割有很多特点：激光可切割特硬、特脆和特软材料；切缝宽度很窄；切割表面光洁；切割表面热影响层浅，表面应力小；切割速度快，热影响区小；适合加工板材。

第五篇：工业机器人学习心得

金石兴机器人学院

工业机器人学习心得

我大学学习的是电气自动化，毕业之后找不到合心意的工作，要么是需要有经验的，要么是在公司做那种普工，在公司又没有机会接触到技术含量的工作，后来综合考虑了一下就打算到武汉学习工业机器人技术。

当初也是在网上随便找找看有没有哪家比较靠谱的，因为现在类似的机构还是挺多的，不知道是真是假，我基本上都联系过，每一家说的话大同小异，把我都绕晕了。后来我看到武汉有一家还挺不错，就跟客服聊了下，也给了他们联系方式，不过他们从来没有乱打电话打扰我的生活和工作，这让我对他们的初步印象还是不错的。后期就一直跟那边的专业课老师咨询，对我的问题每次都很耐心的解答。

他们邀请我过去武汉的实训基地进行参观，我想着过去看看也是对他们那边的情况有个进一步的了解，万一觉得不好的话免得自己上当，然后就去了。那里的接待老师很实在，参观讲解的时候都是实事求是的。在那边参观的时候，我其实就决定要进行这个工业机器人培训了。等我回家跟家里人商量了一番，家人也觉得现在这个行业发展的很好，都很支持我来学习这个。

上课期间，讲课的时候老师讲的不快，有基础的同学不要对自己放松，一定要按照老师说的做，不要以为自己学过就对自己放松，不要高估自己，有时候就是有基础的太高估自己所以就学不好。所以，不管是对于有基础跟没基础的，我们都要按照老师说的去学习。否则，基础打不好，后面的课程学起来就会很困难。如果基础不好，遇到不

金石兴机器人学院

会的不懂的就去问老师、学习好的同学，千万不要觉得不好意思，学习态度很重要。我们去金石兴培训都是带着理想去的，所以一定不要做让自己后悔的事情。

学习要找对方法。我们在没培训之前可能没有接触过这些，不知道怎么去做，该怎么做。所以在学习过程中要认真听讲，勤做笔记，如果不会也要抄下来，一遍抄不会就多抄几遍。当时我们班有个0基础的同学，跟上课程有点吃力，他就用手机把老师讲的录音下来，晚自习或者课下的时候就一遍一遍听录音补课，有不懂得就立马去找老师解答，后来他考核的结果还挺不错的。另外自信心很重要，如果问题弄不明白，可能会对自己没有信心，对以后的学习产生负面的影响。像我，做第一个项目的时候，虽然老师在做的时候讲的很仔细，自己听的也很明白。但是，如果让自己不看老师的代码自己写的话，就会发现很多自己不懂的问题。然后我就想为什么自己不懂，为什么老师会这么写。慢慢的对这个项目就熟悉起来。对自己也有很到的信心。

在这里学习，我们每天早上还有每日一讲，每一天上课前，都会有同学对自己的经历或者心得体会或者是行业认识做个分享。我觉得这样的模式非常的好，大家都是来自不同地方的人，也有不同的生活工作经历，分享出来可以从中明白一些道理，而且通过这种每日一讲，让我的表达能力得到了提高，这为我后面的面试有很大的帮助。

在平时学习中，我们的班主任密切关注我们的状况，学习中遇到瓶颈感到沮丧时，班主任会及时跟我们谈心鼓励我们，经常问我们学的怎么样，能不能跟的上，有哪些觉得困难的·····学习的进度

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会根据我们的情况有所调整，所以我和同学们都能跟得上。

到这里学习的人都是有强烈目的的，所以大家都很用功，每天晚自习到晚上9点半，曾经在大学时不怎么上课的我，在这种学习氛围的影响下，一刻都不敢松懈。我知道工业机器人是个新兴的行业，在未来会发展的越来越好，在这个行业做个两三年，工业机器人行业的薪资绝对是不低的，之前没毕业的时候老师经常拿一个学长给我们做榜样，现在据说每月过万了。可惜我大学时贪玩不曾好好努力，现在到这里就必须要好好学习。我想法简单，学好一点，学完之后就可以推荐到好点的单位，之后努力赚钱，不让父母觉得我不争气。

我选择了工业机器人行业就不会后悔，这是一个有发展，有钱途的行业，我也会在这个行业不断努力，为自己的美好未来奋斗。同时也希望我的这些心得能对将要从事这个行业的人有所帮助，愿大家都能过上自己想要的生活！