发布时间 : 星期三 文章正式B5 高精密激光切割技术的应用研究陈文敬 - 图文更新完毕开始阅读54e1d49b168884868662d6de
c)无刀具磨损，也谈不上刀具的替换问题；
d)切割材料无需考虑它的硬度，也即激光切割能力不受被切材料硬度影响，任何硬度的材料都可切割[5]；
e)与自动化装备结合方便，容易实现切割过程自动化；
f)由于不存在切割工件的限制，激光束具有无限的仿形切割能力[6]； (3)与其它热切割方法相比
同时作为热切割过程。别的方法不能像激光束那样集中能量于一个极小区域，结果导致切口宽、热影响区大和较明显的工件热变形。激光能切割非金属，而其它热切割方法则不能[7]。
(4)对非金属材料
波长为10.6 μm的CO2激光束很容易被非金属材料所吸收，低的导热性和低的蒸发温度又使吸收的光束能几乎全部传入材料的内部，并在光斑照射处瞬间汽化，形成起始孔洞，进入切割过程的良性循环。激光能切割塑料(聚合物)、橡胶、木材、纸制品、皮革以及天然和合成织物等有机材料，同时也能切割石英、陶瓷等无机材料，还能切割新型轻质加强纤维聚合体等复合材料[8]。
1. 4激光切割技术的现状和发展趋势
1.4.1激光切割技术的现状 （1）国外现状
智能、精密、微细、多学科交叉、系统化、自动化是先进制造技术的发展趋势，这种趋势是为了满足制造产品的多变性、高品质、低成本、交货期短等市场要求。作为先进制造技术之一的激光切割技术，由于其特有的、优异的加工性能而被广泛应用，西方工业化国家和先进的发展中国家均致力于这项技术的研究和应用，其正以每年15%～20%的速度增长[9-11]。以日本为例，目前己拥有CO2激光加工机2万多台，约占全球激光加工机总量的1/3，其中80%为激光切割设备。现在激光切割技术己从特殊用途的加工技术变为通用的、具有多种加工能力的加工技
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术。几年前，美国科学家就预言“激光将成为未来制造业的通用手段”，德国亦有“无所不能的激光技术”的长篇报道。目前，国外探索的激光切割应用范围正在不断地扩大，已达20多个领域。激光被誉为“万能加工工具”、“未来制造系统的共同加工手段”，不仅在国防工业领域而且在民用工业领域也获得了广泛应用。工业用激光器的制造及其引入生产的速度已成为衡量一个国家工业生产效率及其在发达国家中地位的标准之一。
从工业应用领域来看，金属和非金属的激光切割是激光切割最主要的应用领域，其中最具有代表性和应用最为广阔的是汽车制造业，该工业是激光切割的最早应用领域之一，也是最大的潜在市场，尤为重要的是汽车工业愈来愈成为高功率激光系统(CO2和YAG)发展的关键因素。据专家估计，约有60%的汽车零部件可以通过激光切割来提高质量。在美国汽车工业中，通用汽车公司已经建立了22条激光加工生产线，其中切割生产线占总体的65%以上。在欧洲汽车工业中，三维激光切割首先用于原型样机的制造和试生产，也用于中小批量生产;同样在日本汽车工业中，较多的三维激光切割用于小批量产品的切割、样车的生产。近年来，美、日、德、英等国正致力于研制各种工业用激光器，研究各种激光加工方法及工艺，激光切割工艺己初具规模，正在形成一门新的产业。日本的ShunihcSato等试验了用KrF准分子激光器与CO激光器联合作用的双波激光切割，重复频率为220Hz。KrF激光波长0.248μm，与5μm的CO激光协同工件，总功率只有300W，就可实现常规激光切割时功率500~1000W的效果。双波切割还应用于CO2准分子、YAG准分子等组合，具有广阔的应用前景。
从激光切割工艺研究现状来看，日本在激光切割工艺方面的研究走在世界的前列，美国、德国以及一些欧洲国家也在七、八十年代开始在大量的激光切割工艺试验的基础上，总结激光切割工艺，建立工艺数据库，并着手研究高性能的激光切割系统。
（2）国内现状
同国外的发展情况相比，我国激光加工技术研究起步较晚，工业基
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础较差，激光加工的整体水平比较落后，工业生产自动化程度不是很高，但是国家在激光加工技术方面的研究给予了相当的重视，除了将激光加工技术列入国家重点科技攻关外，它在国家自然科学基金、国家“863\计划、国家“火炬”计划等也有相当的项目被列入。在“七五”期间，我国成功研制了低阶模横流CO2激光器和基模轴流CO2激光器，为激光切割的应用创造了条件，并对钢板、合金钢、硬质合金及硅钢片的切割工艺进行了研究。随着我国制造业的发展，许多产业部门也急需采用激光加工技术和设备以提高产品质量、生产效率和加工柔性化，从而增强市场竞争能力，自1985年以来我国激光切割技术以每年25%以上的速度增长[9，10]，以济南铸造锻压机械研究所为例，20世纪80年代后期激光切割机年产量仅为2台，到90年代后期年产量达到了10台，在“十五”期间年产量达到25台。
在我国，激光切割技术的推广和应用潜力很大，随着我国国民经济的飞速发展，许多传统产业需要改造，许多钣金加工领域有待开发。同时随着可用于切割的激光器功率的增大，激光切割正从轻工业薄板的钣金加工向着重工业厚板切割方向发展，如湖南大学李力钧先生带领一大批学者对激光加工技术进行了大量的研究，华中科技大学对激光加工设备的完善使其具有良好的性能进行了研究。在新世纪之初，我国还应加速研制厚板激光切割的新产品、新工艺，以改造我国桥梁制造、建筑机械和造船等重工业的热切割工艺，提高经济效益，以填补我国在厚板激光切割方面的空白。另外，我国在激光三维切割方面的应用研究才刚刚起步[12]。国家自然科学基金委在1997年把“大功率CO2及YAG激光三维焊接和切割理论与技术”作为重点项目进行资助，国家产学研激光技术中心的有关学者对此进行了系统的研究，为在我国汽车车身制造业中应用三维激光立体加工技术做出了很大贡献。北京工业大学国家产学研激光技术中心(NCTL)针对激光的柔性加工，研究分析了激光加工的运动过程，采用面向对象技术，利用AuotCAD的二次开发工具ARX，开发出计算机辅助激光加工软件系统，并对激光三维加工轨迹进行了计算机仿真。目前国内企业对三维激光切割机已经有需求，如柳州微型汽
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车厂已经有了CO2五轴激光加工机;上海大众汽车公司新的桑塔纳生产线也在引进高功率YAG三维加工系统;济南铸锻研究所为一汽开发的六轴CO2激光加工机也进入运行阶段，用于轿车车身的切割成形。随着市场和经济的快速发展，在汽车、航空、机车及工程机械等行业对三维激光切割机的需求将会不断增大，对其参数、性能和可靠性等各方面的要求也将不断提高。
目前我国的激光切割技术研究仍需解决的问题是:一方面要解决激光器的质量(模式、可靠性、配套性);另一方面要系统地解决工艺参数、规范问题。开发出性能优良、工作可靠、使用方便的激光加工机将使我国的激光切割水平大大地提高。总体来说，我国的激光切割技术的综合水平还是比较低。作为切割工艺的改革性技术，它的发展对我们来说是一项挑战，更是一次机遇，希望该技术可以得到政府部门，尤其是企业领导的高度重视，尽早实现科研─—产业─—一体化的进程，使得这项高科技为我国的现代化建设做出应有的贡献。
1.4.2激光切割技术的发展趋势
近年来，激光切割技术正以飞快的速度发展，而且随着数控技术与激光技术的结合，其应用也越来越广泛，从军用转向民用，正逐步深入社会生产的各个领域，下面从四个方面概括激光切割技术的发展趋势:
（l）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系统可以获得高的加工速度和高的加工质量，同时减小热影响区和热畸变，能切割的材料板厚也将进一步提高。低功率激光器所产生的激光可以通过使用Q开关或加载脉冲波转化为高功率激光。
（2）根据激光切割工艺参数对切割质量的影响情况，改进加工工艺，如:增加辅助气体对切割熔渣的吹力;加入造渣剂提高熔化物的流动性;增加辅助能源，并改善能量之间的耦合;增加功率密度等。随着激光切割工艺参数数据库及工艺参数智能选择系统的建立激光切割将向高度自动化、柔性化、智能化方向发展，逐步完善CAD/CAPP/CAM以及
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