激光切割的數(shù)控加工特點

摘 要：沖片材質(zhì)是碳鋼或不銹鋼，精度要求高，傳統(tǒng)加工方式為沖壓，先生產(chǎn)模具，再上沖床沖出。在批量生產(chǎn)過程中，模具磨損較快，沖片毛刺較多，必須進(jìn)行去毛刺處理。由于沖片加工周期短，且批量較大，而且沖壓要求板材厚度，所以必須要探索出新的加工方法。

關(guān)鍵詞：激光切割；數(shù)控加工；特點

1 數(shù)控加工工藝分析

結(jié)合實際情況，如一些大型的汽輪發(fā)電機(jī)項目，磁極沖片較大，板材的余料每邊僅能剩下5mm，即使制造出模具在沖床上加工的話，毛刺多，板材薄易變形，極易產(chǎn)生廢件，所以激光切割是最好的選擇。激光切割集合了智能化、精確化、通用化、簡單化等特點，是數(shù)控加工的必備條件，也是在新時期、新時代更好發(fā)展的有利因素。

2 激光切割的特點

2.1 激光切割之所以精確是因為它基于“全飛行光路”原理，并配置TRUPFTLF激光器平面，配西門子840D數(shù)控系統(tǒng)。它是完成數(shù)控加工的首要條件。激光切割是一種以激光為能源的無接觸加工技術(shù)。激光束經(jīng)聚焦其能量密度高達(dá)105-108瓦/平方厘米，足以汽化、熔化多種工程材料。在切割黑色金屬時同時吹噴氧氣，氧氣與金屬氧化反應(yīng)，釋放大量熱能促使金屬進(jìn)一步熔化，同時高速氣流可以排除切縫中的熔渣。因此激光切割具有切割速度快、材料變形小，精度高、噪音小等優(yōu)點。

以L3050激光切割機(jī)為例，X軸最大行程為3140mm，利用伺服電機(jī)運(yùn)動，Y軸最大行程1580mm，利用磁懸浮系統(tǒng)運(yùn)動。適用于加工各種型號工件，有大的行程，又有傳動的精確性是保證質(zhì)量的前提。同時，還配有ToPs100編程軟件，針對于激光切割機(jī)的專用軟件。圖1中虛線為激光束關(guān)閉情況下的路線，實線為切割路線（即要得到的工件）。ToPs100以最優(yōu)化的形式安排加工路線，這樣避開了重要配合部分作為起割點和結(jié)束點，與此同時也節(jié)約了時間，從這一點上更好的體現(xiàn)了它的智能化。

2.2 必須要求加工部件為全封閉圖形，這樣能保證圖形從板材上剝離開來。我們利用UG軟件的草圖功能制圖，通過對所有線條的約束，使圖形完全封閉，避免了加工中出現(xiàn)的問題。圖1磁極沖片分成六瓣，每一瓣都是一個封閉多邊形，孔是單獨的封閉圓形，這樣激光可以連續(xù)進(jìn)行加工；

圖1 磁極沖片加工激光光路 圖2 手工排樣

2.3 ToPs100特有的幾種文件格式為GEO、TAF、JOB，加工中要進(jìn)行排樣，后置處理等等操作時，這些文件是不可或缺的。但同時ToPs100具有通用性，用AutoCAD或UG制圖后，可以生成dxf、dwg、igs文件，導(dǎo)入到ToPs100中，再進(jìn)行加工操作就可以了。ToPs100提供的是簡單的制圖功能，所以這一功能是必須具有的。

2.4 交互式排樣：軟件操作方式的定義對于軟件的使用性能有至關(guān)重要的作用，本系統(tǒng)的操作主要包括：選入零件、刪除零件、選中零件、移動零件、旋轉(zhuǎn)零件和翻轉(zhuǎn)零件。通過交互排樣，可以對自動化排樣后不合適的零件進(jìn)行調(diào)整，直到滿意為止。加工件并不都是規(guī)則圖形，板材尺寸形狀的不同，就決定加工數(shù)量、擺放方式的不同。怎樣才能最充分的利用材料，就需要編程人員細(xì)心地測量，在電腦上模擬，才能得到最優(yōu)化的排樣模型。圖1中的磁極沖片尺寸為長2416mm、寬900mm，而料為2500mm×1000mm×3mm的Q235鋼板，每張鋼板上只能加工出一片磁極沖片，剩余了一部分料可以分割出來以備加工小的零部件，其加工順序為孔、各型，最后將未加工部分分離出來。

手工排樣就是將不規(guī)則的單個工件進(jìn)行旋轉(zhuǎn)、移動等操作后，最合理的利用材料，如圖2。我們可以通過以下這兩個表格了解一些情況：

表1中，主要說明板材的大小、重量，切削的總長度為14619.2mm，剩余材料占整張板的38.60%，通過排樣了解到這已經(jīng)是最省料的加工方式了，使余料能最大限度的成為一塊料，以便加工其它單個小工件。

表2中，主要說明單件的尺寸、面積、重量、數(shù)量，單件切削時間0.30min，單件切削長度2100.54mm。

排樣是激光切割加工中最為重要的一個環(huán)節(jié)，同樣成為數(shù)控編程過程中的難點。最為合理的利用板材是要通過編程人員不斷地模擬實驗，參數(shù)反饋，才能實現(xiàn)的。

2.5 編程中需要設(shè)置加工材料的尺寸、厚度、機(jī)床的功率、使用何種切削氣體等等，這些參數(shù)都會從程序中反映出來，傳輸給激光切割機(jī)的。具體分析如下：

2.5.1 材料

主要有三種類型：不銹鋼、鋁合金和碳鋼板。不銹鋼和鋁合金一般采用的切割氣體是N2和壓縮空氣，而碳鋼板通常則采用O2。這樣能保證最好的切削效果，避免切不斷、切縫不光滑的情況發(fā)生。

2.5.2 厚度

激光切割機(jī)加工材料的厚度一般在0.5mm-8mm。板材越厚，其實際功率越大，壓強(qiáng)越大，切削速度不易過快。

圖3 磁軛沖片

磁軛沖片尺寸為2900mm×900mm×3mm的Q235鋼板，下料尺寸為2950mm×950mm×3mm。由于此磁軛沖片尺寸過大，板材太薄，極易發(fā)生變形。試加工過程中發(fā)現(xiàn)了問題，經(jīng)過研究，發(fā)現(xiàn)引起變形的原因是由應(yīng)力引起的。怎樣去除應(yīng)力，便成了一件棘手的問題。通過不斷的實驗，最終采用了先去除邊角來釋放應(yīng)力，再進(jìn)行加工的方法，這就給編程出了一個難題，對后置進(jìn)行手工調(diào)整便迎刃而解。

2.6 后置處理

激光切割后置程序處理，與車床、銑床的后置程序處理的最大區(qū)別在于Laser on和Laser off（即開激光和關(guān)閉激光）。激光與其它刀具一樣，開激光時接觸工件就進(jìn)行切削，關(guān)閉時就進(jìn)行跨越指令。在ToPs100中，有一個數(shù)據(jù)庫存放著材料、板厚、切割氣體的所有參數(shù)，生成后置時，直接加入到程序當(dāng)中去。但是圖3的磁軛沖片，加工前要求先釋放應(yīng)力，此程序沒辦法一次生成，只能通過手工調(diào)整子程序順序來完成預(yù)期的目標(biāo)。

3 結(jié)束語

激光切割是現(xiàn)代加工行業(yè)中重要加工方式之一，要合理的利用這一工具就要了解它的特點。通過對激光切割數(shù)控加工特點的分析，將能更好的發(fā)揮它的作用，更能適應(yīng)快節(jié)奏、高質(zhì)量的生產(chǎn)情況。