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東莞市AG亚游集团激光機械設備有限公司

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激光切割設備不為人知的奧秘

發布時間:2017/9/5     信息來源:http://www.mediaworksasia.com   作者:激光切割機    0

一台技術先進功能強大的高功率激光切割機,稱得上是龐然大物。此複雜龐然大物的奧妙之處,須細加窺探,才能得其門道。讓AG亚游集团一起來窺探。

 

1.蛙跳

蛙跳是激光切割機的空程方式。

如下圖所示,切割完孔1,接著要切割孔2。切割頭要從點A移動到點B。當然,移動過程中要關閉激光。從點A到點B之間的運動過程,機器“空”跑,稱為空程。

 

早期的激光切割機的空程如下圖所示,切割頭要次第完成三個動作:上升(到足夠安全的高度)、平動(到達點B的上方)、下降。

 

壓縮空程時間,可提高機器的效率。如果將次第完成的三個動作,變為“同時”完成,可縮短空程時間:切割頭從點A開始向點B移動時,即同時上升;接近點B時,同時下降。如下圖所示。

 

切割頭空程運動的軌跡,猶如青蛙跳躍所畫出的一條弧線。

 

在激光切割機的發展過程中,蛙跳算得上一個突出的技術進步。蛙跳動作,隻占用了從點A到點B平動的時間,省卻了上升、下降的時間。青蛙一跳,捕捉到食物;激光切割機的蛙跳,“捕捉”到的是高效率。

如果激光切割機現在還不具備蛙跳功能,恐怕就不入流了。

2.自動調焦

切割不同材料時,要求激光束的焦點落在工件截麵的不同位置。如下圖所示。

 

因此,就需要調整焦點的位置(調焦)。早期的激光切割機,一般采用手動調焦方式;當下,許多廠商的機器 都實現了自動調焦。

可能有人會說,改變切割頭的高度就好了,切割頭升高,焦點位置就高,切割頭降低,焦點位置就低。沒有這麽簡單。

如下圖所示,切割頭底部為噴嘴。在切割過程中,噴嘴與工件之間的距離(噴嘴高度)約0.5~1.5mm,不妨看作是一個固定值,即噴嘴高度不變,所以不能通過升降切割頭來調焦(否則無法完成切割加工)。

 

聚焦鏡的焦距是不可改變的,所以也不能指望通過改變焦距來調焦。

如果改變聚焦鏡的位置,則可改變焦點位置:聚焦鏡下降,則焦點下降,聚焦鏡上升,則焦點上升。——這確是調焦的一種方式。采用一個電機驅動聚焦鏡作上下運動,可以實現自動調焦。

另一種自動調焦的方法是:在光束進入聚焦鏡之前,置一變曲率反射鏡(或稱可調鏡),通過改變反射鏡的曲率,改變反射光束的發散角度,從而改變焦點位置。如下圖所示。

 

有了自動調焦功能,可顯著提高激光切割機的加工效率:厚板穿孔時間大幅縮減;加工不同材質、不同厚度的工件,機器可自動將焦點快速調整到最合適的位置。

3.自動尋邊

如下圖所示,當板料放到工作台上時,如果歪斜,切割時可能造成浪費。如果能夠感知板料的傾斜角度和原點,則可調整切割加工程序,以適合板料的角度和位置,從而避免浪費。自動尋邊功能應運而生。

 

啟動自動尋邊功能後,切割頭從P點出發,自動測得板料兩垂直邊上的3點:P1、P2、P3,並據此自動計算出板料的傾斜角度A,以及板料的原點。

借助自動尋邊功能,省卻了早先調整工件的時間——在切割工作台上調整(移動)重達數百公斤的工件不是件易事,提升了機器的效率。

一台技術先進功能強大的高功率激光切割機,是光、機、電一體化的複雜係統。細微之處,往往隱藏奧妙。讓AG亚游集团一起來窺探其奧妙。

4.集中穿孔

集中穿孔,也稱預穿孔,是一種加工的工藝,並非機器本身的功能。

激光切割較厚板材時,每一輪廓的切割加工都要經曆兩個階段:1.穿孔、2.切割。

 

常規加工工藝(A點穿孔→切割輪廓1→B點穿孔→切割輪廓2→……)

所謂集中穿孔,就是將整張板上的所有穿孔過程提前集中執行,然後回頭再執行切割過程。

 

 

集中穿孔加工工藝(完成所有輪廓的穿孔→回到起點→切割所有輪廓)

與常規加工工藝相比,集中穿孔時,機器的運行軌跡總長是增加了的。那為什麽還要采用集中穿孔呢?

集中穿孔可避免過燒。厚板穿孔過程中,在穿孔點周圍形成熱量聚集,如緊接著切割,就會出現過燒現象。采用集中穿孔工藝方式,完成所有穿孔、返回起點再切割時,由於有充分的時間散熱,就避免了過燒現象。

 

集中穿孔可提高加工效率。目前,仍有許多激光切割機不具備自動調焦的功能。加工厚板,穿孔、切割兩個階段的工藝參數(激光模式、功率、噴嘴高度、輔助氣體壓力等)是不同的。穿孔過程中噴嘴高度要高於切割過程。如果采取常規的加工工藝(輪廓1穿孔→輪廓1切割→輪廓2穿孔→輪廓2切割→……),為了保證切割質量和效率,激光束的焦點隻能按照切割的需要人工調定到最佳位置(試想如果是這樣:一開始,將焦點人工調定到穿孔所需要的位置,穿孔;然後,再將焦點調到切割所需要的位置,切割;再調到穿孔位置,穿孔;……;直至加工完成——這簡直是惡夢)。因此,穿孔時的焦點就必定不在最佳位置,穿孔時間也就較長。但是,采取集中穿孔方式,就可先將焦點調整到適合穿孔的位置,待穿孔完成後,使機器暫停,再將焦點位置調整到切割所要求的最佳位置;這樣,穿孔時間可縮短一半以上,大大提升效率。當然,如必要,還可在集中穿孔和切割中間調整或改變其他工藝參數(比如可使用空氣+連續波進行穿孔,而使用氧氣進行切割,中間有足夠的時間完成氣體的切換)。AG亚游集团一般把驅動聚焦鏡自動變焦稱作F軸;像這樣采用手動變焦進行集中穿孔、切割,是不是可以叫做“H”(Hand)軸“變焦”呢?

集中穿孔也有風險。如果在切割過程中發生碰撞,致使板材位置變動,則尚未切割的部分可能報廢。

集中穿孔工藝需要自動編程係統的幫助。

5.橋位(微連接)

進行激光切割加工時,板料被鋸齒狀的支撐條托住。被切割下來的零件,如果不夠小,不能從支撐條的縫隙中落下;如果又不夠大,不能被支撐條托住;則可能失去平衡,翹起。高速運動的切割頭可能與之發生碰撞,輕則停機,重則損壞切割頭。

 

利用橋位(微連接)切割工藝,可避免發生此種現象。

在對圖形進行激光切割編程時,有意將封閉的輪廓,斷開若幹處,使得切割完成後零件與周圍的材料粘連在一起,不致掉落,這些斷開處,就是橋位。也稱為斷點,或微連接(這種叫法源自對Micro Joint的生硬翻譯)。斷開的距離,約0.2~1mm,與板料的厚度成反比。基於不同的角度,有了這些不同的叫法:基於輪廓,斷開了,所以叫斷點;基於零件,與母材相粘連,所以叫橋位或微連接。

 

橋位將零件與周圍材料連在一起

成熟的編程軟件,可根據輪廓的長度,自動加上合適數量的橋位。還能區分內外輪廓,決定是否加橋位,使不留橋位的內輪廓(廢料)掉落,而留橋位的外輪廓(零件)與母材粘連在一起,不掉落,從而免去分揀的工作。

6.共邊切割

如果相鄰的零件輪廓是直線,且角度相同,則可以合為一條直線,隻切割一次。此即共邊切割。顯而易見,共邊切割減少了切割長度,可顯著提高加工效率。

共邊切割並不要求零件的外形是矩形。如下圖。

 

天藍色線條為公共邊

共邊切割,不僅節省切割的時間,而且減少穿孔的次數,因此,效益非常明顯。假如每天因共邊切割節省1.5小時,每年約節省500小時,每小時綜合成本按100元計,則相當於一年額外創造了5萬元效益。

共邊切割需要仰賴於智能化的自動編程軟件。

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