小型激光雕刻機(jī)
所謂激光切割就是將激光束照射到工件表面時釋放的能量來使工件融化并蒸發(fā)，以達(dá)到切割和雕刻的目的，具有精度高，切割快速，不局限于切割圖案限制，自動排版節(jié)省材料，切口平滑，加工成本低等特點(diǎn)，將逐漸改進(jìn)或取代于傳統(tǒng)的切割工藝設(shè)備。
簡述
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激光作為一種新型的工具目前越來越成熟的運(yùn)用到各種行業(yè)，包含激光切割機(jī)、激光雕刻機(jī)、激光打標(biāo)機(jī)、激光焊接機(jī)等。那么激光切割到底是怎么運(yùn)用的，激光切割的好壞又怎么區(qū)分呢？
首先激光的能量以光的形式集中成一條高密度的光束，光束傳遞到工作表面，產(chǎn)生足夠的熱量，使材料熔化，加之與光束同軸的高壓氣體直接除去熔化金屬，從而達(dá)到切割的目的，這說明激光切割加工同機(jī)床的機(jī)械加工有著本質(zhì)的區(qū)別。
它是利用從激光發(fā)生器發(fā)射出的激光束，經(jīng)外電路系統(tǒng)，聚焦成高功率密度的激光束照射條件，激光熱量被工件材料吸收，工件溫度急劇上升，到達(dá)沸點(diǎn)后，材料開始汽化并形成孔洞，隨著光束與工件相對位置的移動，最終使材料形成切縫。切縫時的工藝參數(shù)(切割速度，激光器功率，氣體壓力等)及運(yùn)動軌跡均由數(shù)控系統(tǒng)控制，割縫處的熔渣被一定壓力的輔助氣體吹除。
一般來說，激光切割質(zhì)量可以由以下6個標(biāo)準(zhǔn)來衡量。
1.切割表面粗糙度Rz
2.切口掛渣尺寸
3.切邊垂直度和斜度u
4.切割邊緣園角尺寸r
5.條紋后拖量n
6.平面度F
原理
激光是一種光，與自然界其它發(fā)光體一樣，是由原子(分子或離子等)躍遷產(chǎn)生的，而且是自發(fā)輻射引起的。 激光雖然是光，但它與普通光明顯不同是激光僅在最初極短的時間內(nèi)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(qiáng)度。 激光同時又具有高相干性、高強(qiáng)度性、高方向性，激光通過激光器產(chǎn)生后由反射鏡傳遞并通過聚集鏡照射到加工物品上，使加工物品（表面）受到強(qiáng)大的熱能而溫度急劇增加，使該點(diǎn)因高溫而迅速的融化或者汽化，配合激光頭的運(yùn)行軌跡從而達(dá)到加工的目的。激光加工技術(shù)在廣告行業(yè)的應(yīng)用主要分為：激光切割、激光雕刻兩種工作方式，對于每一種工作方式，我們在操作流程中有一些不盡相同的地方。
激光雕刻：主要是在物體的表面進(jìn)行，分為位圖雕刻和矢量雕刻兩種：
位圖雕刻：我們先在PHOTOSHOP里將我們所需要雕刻的圖形進(jìn)行掛網(wǎng)處理并轉(zhuǎn)化為單色BMP格式，而后在專用的激光雕刻切割軟件中打開該圖形文件。根據(jù)我們所加工的材料我們進(jìn)行合適的參數(shù)設(shè)置就可以了，而后點(diǎn)擊運(yùn)行，激光雕刻機(jī)就會根據(jù)圖形文件產(chǎn)生的點(diǎn)陣效果進(jìn)行雕刻。
矢量雕刻：使用矢量軟件如Coreldraw，AutoCad，Iluustrator等排版設(shè)計，并將圖形導(dǎo)出為PLT，DXF，AI格式,打標(biāo)機(jī)，然后再用專用的激光切割雕刻軟件打開該圖形文件，傳送到激光雕刻機(jī)里進(jìn)行加工。
在廣告行業(yè)主要適用于木板、雙色板、有機(jī)玻璃、彩色紙等材料的加工。
激光切割：我們可以理解為是邊緣的分離。對這樣的加工目的，我們應(yīng)該先在CORELDRAW、AUTOCAD里將圖形做成矢量線條的形式,氣動打標(biāo)機(jī)，然后存為相應(yīng)的PLT、DXF格式，用激光切割機(jī)操作軟件打開該文件，根據(jù)我們所加工的材料進(jìn)行能量和速度等參數(shù)的設(shè)置再運(yùn)行即可。激光切割機(jī)在接到計算機(jī)的指令后會根據(jù)軟件產(chǎn)生的飛行路線進(jìn)行自動切割。如：現(xiàn)有激光切割機(jī)，可以根據(jù)電腦繪制好的模板，然后直接輸入電腦，自動切割圖形?，F(xiàn)有的激光切割機(jī)一般都有自己的硬盤，可輸入海量數(shù)據(jù)源。
簡單方便。
巧手激光切割機(jī)
激光切割的種類
激光熔化切割
在激光熔化切割中，工件被局部熔化后借助氣流把熔化的材料噴射出去。因為材料的轉(zhuǎn)移只發(fā)生在其液態(tài)情況下，所以該過程被稱作激光熔化切割。
激光光束配上高純惰性切割氣體促使熔化的材料離開割縫，而氣體本身不參于切割。激光熔化切割可以得到比氣化切割更高的切割速度。氣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。**切割速度隨著激光功率的增加而增加，隨著板材厚度的增加和材料熔化溫度的增加而幾乎反比例地減小。在激光功率一定的情況下，限制因數(shù)就是割縫處的氣壓和材料的熱傳導(dǎo)率。激光熔化切割對于鐵制材料和鈦金屬可以得到無氧化切口。產(chǎn)生熔化但不到氣化的激光功率密度，對于鋼材料來說，在104W/cm2～105 W/cm2之間。
激光火焰切割
激光火焰切割與激光熔化切割的不同之處在于使用氧氣作為切割氣體。借助于氧氣和加熱后的金屬之間的相互作用，產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)使材料進(jìn)一步加熱。由于此效應(yīng)，對于相同厚度的結(jié)構(gòu)鋼，采用該方法可得到的切割速率比熔化切割要高。
另一方面，該方法和熔化切割相比可能切口質(zhì)量更差。實(shí)際上它會生成更寬的割縫、明顯的粗糙度、增加的熱影響區(qū)和更差的邊緣質(zhì)量。激光火焰切割在加工精密模型和尖角時是不好的（有燒掉尖角的危險）?？梢允褂妹}沖模式的激光來限制熱影響，激光的功率決定切割速度。在激光功率一定的情況下，限制因數(shù)就是氧氣的供應(yīng)和材料的熱傳導(dǎo)率。
激光氣化切割
在激光氣化切割過程中，材料在割縫處發(fā)生氣化，此情況下需要非常高的激光功率。
為了防止材料蒸氣冷凝到割縫壁上，材料的厚度一定不要大大超過激光光束的直徑。該加工因而只適合于應(yīng)用在必須避免有熔化材料排除的情況下。該加工實(shí)際上只用于鐵基合金很小的使用領(lǐng)域。
該加工不能用于，象木材和某些陶瓷等，那些沒有熔化狀態(tài)因而不太可能讓材料蒸氣再凝結(jié)的材料。另外，這些材料通常要達(dá)到更厚的切口。在激光氣化切割中，**光束聚焦取決于材料厚度和光束質(zhì)量。激光功率和氣化熱對**焦點(diǎn)位置只有一定的影響。在板材厚度一定的情況下，**切割速度反比于材料的氣化溫度。所需的激光功率密度要大于108W/cm2，并且取決于材料、切割深度和光束焦點(diǎn)位置。在板材厚度一定的情況下，假設(shè)有足夠的激光功率，**切割速度受到氣體射流速度的限制。
編輯本段
技術(shù)
CO2激光切割機(jī)的幾項關(guān)鍵技術(shù)是光、機(jī)、電一體化的綜合技術(shù)。
在CO2激光切割機(jī)中激光束的參數(shù)、機(jī)器與數(shù)控系統(tǒng)的性能和精度都直接影響激光切割的效率和質(zhì)量。特別是對于切割精度較高或厚度較大的零件,必須掌握和解決以下幾項關(guān)鍵技術(shù)： 1、焦點(diǎn)位置控制技術(shù)：激光切割的優(yōu)點(diǎn)**是光束的能量密度高,一般10W/cm2。由于能量密度與4/πd2成正比,所以焦點(diǎn)光斑直徑盡可能的小,以便產(chǎn)生一窄的切縫；同時焦點(diǎn)光斑直徑還和透鏡的焦深成正比。聚焦透鏡焦深越小,焦點(diǎn)光斑直徑就越小。但切割有飛濺,透鏡離工件太近容易將透鏡損壞,因此一般大功率CO2激光切割機(jī)工業(yè)應(yīng)用中廣泛采用5〃~7.5〃〞(127~190mm)的焦距。實(shí)際焦點(diǎn)光斑直徑在0.1~0.4mm之間。對于高質(zhì)量的切割,有效焦深還和透鏡直徑及被切材料有關(guān)。例如用5〃的透鏡切碳鋼,焦深為焦距的+2%范圍內(nèi),即5mm左右。因此控制焦點(diǎn)相對于被切材料表面的位置十分重要。顧慮到切割質(zhì)量、切割速度等因素,原則上6mm的金屬材料,焦點(diǎn)在表面上； 6mm的碳鋼,焦點(diǎn)在表面之上； 6mm的不銹鋼,焦點(diǎn)在表面之下。具體尺寸由實(shí)驗確定。
在工業(yè)生產(chǎn)中確定焦點(diǎn)位置的簡便方法有三種：
?。?）打印法：使切割頭從上往下運(yùn)動,在塑料板上進(jìn)行激光束打印,打印直徑**處為焦點(diǎn)。
（2）斜板法：用和垂直軸成一角度斜放的塑料板使其水平拉動,尋找激光束的**處為焦點(diǎn)。
（3）藍(lán)色火花法：去掉噴嘴,吹空氣,將脈沖激光打在不銹鋼板上,使切割頭從上往下運(yùn)動,直至藍(lán)色火花**處為焦點(diǎn)。
對于飛行光路的切割機(jī),由于光束發(fā)散角,切割近端和遠(yuǎn)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(diǎn)光斑的直徑越小。為了減少因聚焦前光束尺寸變化帶來的焦點(diǎn)光斑尺寸的變化,國內(nèi)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：
?。?）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(jìn)行擴(kuò)束處理,擴(kuò)束后的光束直徑變大,發(fā)散角變小,使在切割工作范圍內(nèi)近端和遠(yuǎn)端聚焦前光束尺寸接近一致。
?。?）在切割頭上增加一獨(dú)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(dú)立的部分。當(dāng)機(jī)床工作臺移動或光軸移動時,光束從近端到遠(yuǎn)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(nèi)保持一致。如圖二所示。
（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(diǎn)光斑直徑變大時,自動控制水壓改變聚焦曲率使焦點(diǎn)光斑直徑變小。
?。?）飛行光路切割機(jī)上增加x、y方向的補(bǔ)償光路系統(tǒng)。即當(dāng)切割遠(yuǎn)端光程增加時使補(bǔ)償光路縮短；反之當(dāng)切割近端光程減小時,使補(bǔ)償光路增加,以保持光程長度一致。
2.切割穿孔技術(shù)：任何一種熱切割技術(shù),除少數(shù)情況可以從板邊緣開始外,一般都必須在板上穿一小孔。早先在激光沖壓復(fù)合機(jī)上是用沖頭先沖出一孔,然后再用激光從小孔處開始進(jìn)行切割。對于沒有沖壓裝置的激光切割機(jī)有兩種穿孔的基本方法：
?。?）爆破穿孔：(Blast drilling)，材料經(jīng)連續(xù)激光的照射后在中心形成一凹坑,然后由與激光束同軸的氧流很快將熔融材料去除形成一孔。一般孔的大小與板厚有關(guān),爆破穿孔平均直徑為板厚的一半,因此對較厚的板爆破穿孔孔徑較大,且不圓,不宜在要求較高的零件上使用（如石油篩縫管）,只能用于廢料上。此外由于穿孔所用的氧氣壓力與切割時相同,飛濺較大。
?。?）脈沖穿孔：（Pulse drilling）采用高峰值功率的脈沖激光使少量材料熔化或汽化,常用空氣或氮?dú)庾鳛檩o助氣體,以減少因放熱氧化使孔擴(kuò)展,氣體壓力較切割時的氧氣壓力小。每個脈沖激光只產(chǎn)生小的微粒噴射,逐步深入,因此厚板穿孔時間需要幾秒鐘。一旦穿孔完成,立即將輔助氣體換成氧氣進(jìn)行切割。這樣穿孔直徑較小,其穿孔質(zhì)量優(yōu)于爆破穿孔。為此所使用的激光器不但應(yīng)具有較高的輸出功率；更重要的時光束的時間和空間特性,因此一般橫流CO2激光器不能適應(yīng)激光切割的要求。此外脈沖穿孔還須要有較可靠的氣路控制系統(tǒng),以實(shí)現(xiàn)氣體種類、氣體壓力的切換及穿孔時間的控制。在采用脈沖穿孔的情況下,為了獲得高質(zhì)量的切口,從工件靜止時的脈沖穿孔到工件等速連續(xù)切割的過渡技術(shù)應(yīng)以重視。從理論上講通?？筛淖兗铀俣蔚那懈顥l件：如焦距、噴嘴位置、氣體壓力等,但實(shí)際上由于時間太短改變以上條件的可能性不大。在工業(yè)生產(chǎn)中主要采用改變激光平均功率的辦法比較現(xiàn)實(shí),具體方法有以下三種：（1）改變脈沖寬度；（2）改變脈沖頻率；（3）同時改變脈沖寬度和頻率。實(shí)際結(jié)果表明,第（3）種效果**。
3.噴嘴設(shè)計及氣流控制技術(shù)： 激光切割鋼材時,氧氣和聚焦的激光束是通過噴嘴射到被切材料處,從而形成一個氣流束。對氣流的基本要求是進(jìn)入切口的氣流量要大,速度要高,以便足夠的氧化使切口材料充分進(jìn)行放熱反應(yīng)；同時又有足夠的動量將熔融材料噴射吹出。因此除光束的質(zhì)量及其控制直接影響切割質(zhì)量外,噴嘴的設(shè)計及氣流的控制（如噴嘴壓力、工件在氣流中的位置等）也是十分重要的因素。目前激光切割用的噴嘴采用簡單的結(jié)構(gòu),即一錐形孔帶端部小圓孔（如圖4）。通常用實(shí)驗和誤差方法進(jìn)行設(shè)計。由于噴嘴一般用紫銅制造,體積較小,是易損零件,需經(jīng)常更換,因此不進(jìn)行流體力學(xué)計算與分析。在使用時從噴嘴側(cè)面通入一定壓力Pn(表壓為Pg)的氣體,稱噴嘴壓力,從噴嘴出口噴出,經(jīng)一定距離到達(dá)工件表面,其壓力稱切割壓力Pc,**氣體膨脹到大氣壓力Pa。研究工作表明隨著Pn的增加,氣流流速增加,Pc也不斷增加。
可用下列公式計算： V=8.2d2(Pg+1)
V-氣體流速 L/min
d-噴嘴直徑 mm
Pg-噴嘴壓力（表壓）bar
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