激光切割控制卡常用技术参数及原理.pdf

激光切割控制卡常用技术参数及原理 激光切割控制卡的应用越来越普遍，激光切割控制知识也成了越来越多人想要了解的技能, 本篇将针对激光切割的局部基础技术参数进行讲解，希望能帮助到有需求的用户 1¥1减少因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 C02 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外表距离（standoff） 的Z 轴是两个相互独立的局部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 （3）控制聚焦镜（一般为金属反射聚焦系统）的水压假设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。

2 .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：（Blastdrilling）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：（Pulsedrilling）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 C02激光器不能适应激光切割的要求。

此外脉冲穿孔还需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 3 .喷嘴设计及气流控制技术的原理激光切割钢材时，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 行放热反响；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外表，其压力称切割压力 Pc,最后气体膨胀到大气压力 Pa。

研究工作说明随着 Pn 的增加，气流流速增加，Pc 也不断增加可用以下公式计算： V=8.2d2（Pg+l）V-气体流速 L/mind-喷嘴直径 mmPg-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=lbarx（1.2）3.5=1.89baro当喷嘴压力更高 Pn/Pa=（l+l/n）l+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 外表形成涡流，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。