淺談金屬激光切割機的關鍵技術

金屬激光切割的幾項關鍵技術是光、機、電一體化的綜合技術電離子切割機。激光束圓鋸機的參數、機器與數控系統的性能和精度都直接影響激光切割的效率和質量。特切割機別是對於切割精度較高或厚度較大的零件，必須掌握和解決以下幾項關鍵技術：焦點位置控制技術

激光切割的優點之一是光束的能量密度高，一般>10W/cm2。由於能量密度與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，透鏡離工件太近容易將透鏡損壞，因此植釘機一般大功率CO2激光切割工業應用中廣泛采用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自動化設備被切材料有關潛伏焊設備。例如用5”的透鏡切碳鋼，焦深為焦距的2%範圍內，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。具體尺寸由實驗確定。

在工業生產中確定焦點位置的簡便方法有三種打印法：使切割頭從上往下運動，在塑料板上進行激光束打印，打印直徑最小處為焦點。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。藍色火花法：去掉噴嘴，吹空氣，將脈衝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，由於光束發散角，切割近端和遠端時光程長短不同，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，國內外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：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，使在切割工作範圍內近端和遠端聚焦前光束尺寸接近一致。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距離（standoff）的Z軸是兩個相互獨立的部分。當機床工作台移動或光軸移動時，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。