光纖激光快速切割薄板應用技術研究

周志兵，周 慶，劉愛偉，彭 濤

（江蘇金方圓數控機床有限公司，江蘇 揚州 225127）

隨著鈑金加工工藝的飛速發展，激光切割機特別是光纖激光切割機成為了該領域的主流加工設備，市場需求呈暴發性增長，市場保有量持續增高。光纖激光切割機前幾年以中低功率為主，近年來逐步向高功率方向發展。高功率的光纖激光具有更高的切割能力（速度），如何使更高功率的光纖激光發揮盡量高的加工效率？其受制于諸多因素：如機床結構、光源質量、控制系統、應用工藝等等。本文主要從應用工藝方面對提升薄板加工效率做分析研究。

1光纖激光切割機結構

以金方圓TFC系列光纖激光切割機為例。其結構示意圖如圖1所示。如圖2所示為橫梁切割頭部分結構示意圖。

圖1 光纖激光切割機結構示意圖

圖2 橫梁切割頭部分結構示意圖

2 加工工藝過程分析研究

光纖激光切割機主要加工工藝過程為：制圖-編程-機床切割加工。

2.1 制圖

制圖是指把所需加工的零件畫成CAD圖（或者轉化成CAD圖），此道工序，對提高機床加工效率為次要因素，不多贅述。

2.2 編程

編程是指把CAD圖轉化成機床能夠識別加工的程序代碼，其流程如下：排版-檢查糾錯-編譯（配刀加工）-生成代碼。

2.2.1 排版

合理科學的排版可以提高板材利用率，板材利用率提高，單次加工的零件數量增多，批次產品所需總的加工時間減少，效率提高。

2.2.2 檢查糾錯

檢查糾錯能夠顯示或自動修改錯誤的圖形，包含相同的位置重復（多條）線段糾錯，如果沒有此道工序，機床會在同一位置進行多次切割，這樣的切割是非正常加工，不僅降低效率、浪費成本，還有可能損壞機床。

2.2.3 編譯

編譯是指把排版后合格完好的CAD圖按照生產工藝需求進行配刀加工。

編譯對快速穩定生產具有很大作用：①合理的加工路徑，可以提高加工效率；②合理的微連接，可以提高機床加工穩定性，即對提高加工效率也有幫助；③合理的共邊切割，可以減少切割路徑，即可以減少加工時間和加工成本、提高板材利用率；④合理的穿刺方式，也可提高加工效率。

2.2.4 生成代碼

生成代碼即把編譯好的加工圖形轉化成機床可以識別的代碼。對加工效率為次要因素，不多贅述。

2.3 機床切割加工

工人上下板材等輔助工作省略，重點分析程序切割加工過程：①出保護氣（切割頭鏡片防污染）；②板材預處理（讀取加工數據和定義原點等）；③快速定位（蛙跳）到要切割的輪廓；④關閉保護氣；⑤出穿刺氣體并且執行隨動動作；⑥發射穿刺激光（隨動動作完成后出光穿刺）；⑦關閉穿刺激光；⑧關閉穿刺氣體；⑨出切割氣體；10發射切割激光（切割輪廓）；11輪廓切割結束 (關閉切割激光、切割氣體等)；12出保護氣；13快速定位（蛙跳）到下個輪廓；14循環步驟④～13；15切割加工結束；16關閉保護氣體；17程序結束。

針對上述切割加工過程進行分析和試驗，需要對機床的加工過程進行改善優化。改善優化的宗旨與目標是盡可能地提高機床的加工效率；保證機床能夠安全正常的工作；不能增加機床易損件的消耗。

優化后的切割加工過程如下：①出保護氣（切割頭鏡片防污染）；②板材預處理（讀取加工數據和定義原點等）；③快速定位（蛙跳）到要切割的輪廓。

取消“關閉保護氣體”動作，如果需要穿刺和切割出氣則只需改變氣體種類的選通閥和控制壓力的比例閥即可。

取消穿刺功能，即取消上述步驟⑤～⑧，這樣可大幅縮短加工工藝過程，但容易導致聚焦鏡及保護鏡的使用壽命大大縮短，經分析、試驗，機床在加工出光瞬間，激光功率大、割嘴離板面近，飛濺的熔渣容易污損保護鏡。此時增加功率控制（激光出光功率和切割速度成一定的函數關系）功能，使得機床在出光的瞬間（速度為0）功率控制在一定范圍內，可使熔渣變少，從而延長保護鏡的使用壽命。

④出切割氣體；⑤發射切割激光（切割輪廓）；⑥輪廓切割結束，取消"出保護氣"動作，因為保護氣沒有關閉，不需要打開；⑦快速定位（蛙跳）到下個輪廓；⑧循環步驟③～⑥；⑨切割加工結束；10關閉保護氣體；11程序結束。

優化后的加工過程由原來的17個步驟縮減為11個步驟。

3 結語

通過上述針對光纖激光切割薄板工藝流程的分析研究，掌握了提高光纖激光切割薄板效率的方法，經大量試驗驗證，薄板切割加工效率大為提高。

[1] 陳 聰，高 明，顧云澤，等.光纖激光切割鋁合金薄板工藝特性研究[J].中國激光，2014，41（6）：73-79.

[2] 王榮輝.提高板材切割質量和效率的方法[J].金屬加工（熱加工），2016，（10）：37-39.