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薄板激光切割机

熔化切割，在激光熔化切割中，工件被局部熔化后借助气流把熔化的材料喷射出去。因为材料的转移只发生在其液态情况下，所以该过程被称作激光熔化切割。

激光光束配上高纯惰性切割气体促使熔化的材料离开割缝，而气体本身不参于切割。激光熔化切割可以得到比气化切割更高的切割速度。气化所需的能量通常高于把材料熔化所需的能量。在激光熔化切割中，激光光束只被部分吸收。大切割速度随着激光功率的增加而增加，随着板材厚度的增加和材料熔化温度的增加而几乎反比例地减小。在激光功率一定的情况下，限制因数就是割缝处的气压和材料的热传导率。激光熔化切割对于铁制材料和钛金属可以得到无氧化切口。5mm,切割压力Pc大而稳定,是工业生产中切割手扳常用的工艺参数。产生熔化但不到气化的激光功率密度，对于钢材料来说，在104W/cm2～105 W/cm2之间。

激光切割的优点之一是光束的能量密度高,一般10W/cm2。由于能量密度与面积成反比，所以焦点光斑直径尽可能的小，以便产生一窄的切缝；同时焦点光斑直径还和透镜的焦深成正比。聚焦透镜焦深越小,焦点光斑直径就越小。但切割有飞溅,透镜离工件太近容易将透镜损坏，因此一般大功率CO2激光切割机工业应用中广泛采用5〃~7.5〃〞(127~190mm)的焦距。实际焦点光斑直径在0.1~0.4mm之间。对于高质量的切割,有效焦深还和透镜直径及被切材料有关。例如用5〃的透镜切碳钢,焦深为焦距的+2%范围内,即5mm左右。因此控制焦点相对于被切材料表面的位置十分重要。顾虑到切割质量、切割速度等因素,原则上6mm的金属材料,焦点在表面上；2d2(Pg+1)V-气体流速L/mind-喷嘴直径mmPg-喷嘴压力（表压）bar对于不同的气体有不同的压力阈值,当喷嘴压力超过此值时,气流为正常斜激波,气流速从亚音速向超音速过渡。 6mm的碳钢,焦点在表面之上； 6mm的不锈钢,焦点在表面之下。具体尺寸由实验确定。

激光切割用的喷嘴采用简单的结构,即一锥形孔带端部小圆孔（如图4）。通常用实验和误差方法进行设计。由于喷嘴一般用紫铜制造,体积较小,是易损零件,需经常更换,因此不进行流体力学计算与分析。在使用时从喷嘴侧面通入一定压力Pn(表压为Pg)的气体,称喷嘴压力,从喷嘴出口喷出,经一定距离到达工件表面,其压力称切割压力Pc,后气体膨胀到大气压力Pa。研究工作表明随着Pn的增加,气流流速增加,Pc也不断增加。试验结果如图5所示：分别表示NO2、NO4、NO5喷嘴在不同的氧气压力下,切口表面粗糙度Rz与切割速度Vc的函数关系。

伺服电机直接驱动的等光程系统

与上述两种光路补偿措施相比，等光程具有结构简单、成本低、调整方便等优点，能在连续加工中确保聚焦透镜上的光斑面积不变；同时，还能根据不同的切割工艺要求，改变切割时焦点半径和焦点深度的大小。目前，国内关于等光程方面研究还不多，如天津城市建设学院的扬晓东等，提出了光路长度补偿系统的三种机构设计方案，并从机构的角度对其进行了分析和比较，其方法的提出对激光切割机飞行光路的设计具有一定的指导意义。采用机构来实现光路补偿，会使设备的结构尺寸过大，同时增加了设备的复杂程度，安装调整难度大。随着伺服控制技术的日益成熟，采用伺服电机直接驱动等光程装置具有结构简单，调整方便等优点，是一种经济、实用的光路补偿方案。伺服电机直接驱动的等光程光路补偿方案主要包括激光发生器、固定于机身上的反射镜、伺服电机驱动的运动装置上的补偿反射镜、横梁上的反射镜、z轴上的反射镜片。当固定在z轴上的切作x，y向运动时，补偿反射镜作S向运动来补偿光路长度的变化,进而保持激光切割机在连续切割加工时焦点半径和焦点深度不变。当有不同加工需要时，比如切割不锈钢薄板与低碳钢厚板，需要不同的焦点大小、焦点深度、行走速度，此时，可通过控制器改变等光程装置的初始位置来改变光路长度，进而改变透镜表面光束直径，终改变焦点大小和焦点深度,以满足不同加工需要。由于此效应，对于相同厚度的结构钢，采用该方法可得到的切割速率比熔化切割要高。