光纤激光切割机切割的幾項樞紐技術是光、機、電一體化的綜合技術。激光束的參數、機器與數控系統的機能和精度都直接影響激光切割的效率和質量。特別是對於切割精度較高或厚度較大的零件,必需把握和解決以下幾項樞紐技術:

1、焦點位置控制技術:

激光切割的長處之一是光束的能量密度高,一般>10W/cm2。因為能量密度與4/πd2成正比,所以焦點光斑直徑盡可能的小,以便產生一窄的切縫;同時焦點光斑直徑還和透鏡的焦深成正比。聚焦透鏡焦深越小,焦點光斑直徑就越小。但切割有飛濺,透鏡離工件太近輕易將透鏡損壞,因此一般大功率激光切割產業應用中廣泛采用5〃~7.5〃〞(127~190mm)的焦距。實際焦點光斑直徑在0.1~0.4mm之間。對於高質量的切割,有效焦深還和透鏡直徑及被切材料有關。例如用5〃的透鏡切碳鋼,焦深為焦距的+2%范圍內,即5mm左右。因此控制焦點相對於被切材料表面的位置十分重要。顧慮到切割質量、切割速度等因素,原則上<6mm的金屬材料,焦點在表面上;>6mm的碳鋼,焦點在表面之上;>6mm的不鏽鋼,焦點在表面之下。詳細尺寸由實驗確定。

2、在產業出產中確定焦點位置的簡便方法有三種:

(1)打印法:使切割頭從上往下運動,在塑料板長進行激光束打印,打印直徑最小處為焦點。(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,尋找激光束的最小處為焦點。(3)藍色火花法:去掉噴嘴,吹空氣,將脈沖激光打在不鏽鋼板上,使切割頭從上往下運動,直至藍色火花最大處為焦點。

對於飛行光路的切割機,因為光束發散角,切割近端和遠端時光程是非不同,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光斑尺寸的變化,海內外光纤激光切割系統的制造商提供了一些專用的裝置供用戶選用:

(1)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行擴束處理,擴束後的光束直徑變大,發散角變小,使在切割工作范圍內近端和遠端聚焦前光束尺寸接近一致。(2)在切割頭上增加一獨立的移動透鏡的下軸,它與控制噴嘴到材料表面間隔(standoff)的Z軸是兩個相互獨立的部門。當機床工作臺移動或光軸移動時,光束從近端到遠端F軸也同時移動,使光束聚焦後光斑直徑在整個加工區域內保持一致。

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