光纖激光快速切割薄板應(yīng)用技術(shù)研究

周志兵，周 慶，劉愛偉，彭 濤

（江蘇金方圓數(shù)控機(jī)床有限公司，江蘇 揚(yáng)州 225127）

隨著鈑金加工工藝的飛速發(fā)展，激光切割機(jī)特別是光纖激光切割機(jī)成為了該領(lǐng)域的主流加工設(shè)備，市場(chǎng)需求呈暴發(fā)性增長，市場(chǎng)保有量持續(xù)增高。光纖激光切割機(jī)前幾年以中低功率為主，近年來逐步向高功率方向發(fā)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(fā)揮盡量高的加工效率？其受制于諸多因素：如機(jī)床結(jié)構(gòu)、光源質(zhì)量、控制系統(tǒng)、應(yīng)用工藝等等。本文主要從應(yīng)用工藝方面對(duì)提升薄板加工效率做分析研究。

1光纖激光切割機(jī)結(jié)構(gòu)

以金方圓TFC系列光纖激光切割機(jī)為例。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。如圖2所示為橫梁切割頭部分結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1 光纖激光切割機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 橫梁切割頭部分結(jié)構(gòu)示意圖

2 加工工藝過程分析研究

光纖激光切割機(jī)主要加工工藝過程為：制圖-編程-機(jī)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(zhuǎn)化成CAD圖），此道工序，對(duì)提高機(jī)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(zhuǎn)化成機(jī)床能夠識(shí)別加工的程序代碼，其流程如下：排版-檢查糾錯(cuò)-編譯（配刀加工）-生成代碼。

2.2.1 排版

合理科學(xué)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(shù)量增多，批次產(chǎn)品所需總的加工時(shí)間減少，效率提高。

2.2.2 檢查糾錯(cuò)

檢查糾錯(cuò)能夠顯示或自動(dòng)修改錯(cuò)誤的圖形，包含相同的位置重復(fù)（多條）線段糾錯(cuò)，如果沒有此道工序，機(jī)床會(huì)在同一位置進(jìn)行多次切割，這樣的切割是非正常加工，不僅降低效率、浪費(fèi)成本，還有可能損壞機(jī)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(chǎn)工藝需求進(jìn)行配刀加工。

編譯對(duì)快速穩(wěn)定生產(chǎn)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(jī)床加工穩(wěn)定性，即對(duì)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(shí)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(zhuǎn)化成機(jī)床可以識(shí)別的代碼。對(duì)加工效率為次要因素，不多贅述。

2.3 機(jī)床切割加工

工人上下板材等輔助工作省略，重點(diǎn)分析程序切割加工過程：①出保護(hù)氣（切割頭鏡片防污染）；②板材預(yù)處理（讀取加工數(shù)據(jù)和定義原點(diǎn)等）；③快速定位（蛙跳）到要切割的輪廓；④關(guān)閉保護(hù)氣；⑤出穿刺氣體并且執(zhí)行隨動(dòng)動(dòng)作；⑥發(fā)射穿刺激光（隨動(dòng)動(dòng)作完成后出光穿刺）；⑦關(guān)閉穿刺激光；⑧關(guān)閉穿刺氣體；⑨出切割氣體；10發(fā)射切割激光（切割輪廓）；11輪廓切割結(jié)束 (關(guān)閉切割激光、切割氣體等)；12出保護(hù)氣；13快速定位（蛙跳）到下個(gè)輪廓；14循環(huán)步驟④～13；15切割加工結(jié)束；16關(guān)閉保護(hù)氣體；17程序結(jié)束。

針對(duì)上述切割加工過程進(jìn)行分析和試驗(yàn)，需要對(duì)機(jī)床的加工過程進(jìn)行改善優(yōu)化。改善優(yōu)化的宗旨與目標(biāo)是盡可能地提高機(jī)床的加工效率；保證機(jī)床能夠安全正常的工作；不能增加機(jī)床易損件的消耗。

優(yōu)化后的切割加工過程如下：①出保護(hù)氣（切割頭鏡片防污染）；②板材預(yù)處理（讀取加工數(shù)據(jù)和定義原點(diǎn)等）；③快速定位（蛙跳）到要切割的輪廓。

取消“關(guān)閉保護(hù)氣體”動(dòng)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(dǎo)致聚焦鏡及保護(hù)鏡的使用壽命大大縮短，經(jīng)分析、試驗(yàn)，機(jī)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(hù)鏡。此時(shí)增加功率控制（激光出光功率和切割速度成一定的函數(shù)關(guān)系）功能，使得機(jī)床在出光的瞬間（速度為0）功率控制在一定范圍內(nèi)，可使熔渣變少，從而延長保護(hù)鏡的使用壽命。

④出切割氣體；⑤發(fā)射切割激光（切割輪廓）；⑥輪廓切割結(jié)束，取消"出保護(hù)氣"動(dòng)作，因?yàn)楸Ｗo(hù)氣沒有關(guān)閉，不需要打開；⑦快速定位（蛙跳）到下個(gè)輪廓；⑧循環(huán)步驟③～⑥；⑨切割加工結(jié)束；10關(guān)閉保護(hù)氣體；11程序結(jié)束。

優(yōu)化后的加工過程由原來的17個(gè)步驟縮減為11個(gè)步驟。

3 結(jié)語

通過上述針對(duì)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(jīng)大量試驗(yàn)驗(yàn)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(zhì)量和效率的方法[J].金屬加工（熱加工），2016，（10）：37-39.