激光數控切割機的性能與切割中出現的問題

激光數控切割機VS水切割性能綜合比較

    在目前市面上所采用的精密切割技術中，其切割精度高的兩類設備分別為激光數控切割機和水射流數控切割機，其中激光數控切割機屬于熱切割應用范疇的高端精密切割機型，其加工精度可達到10個絲以內，主要針對不銹鋼、碳棒及有色金屬材料，廣泛應用于廣告、燈飾、鈑金等行業；水射流數控切割機則屬于冷切割應用，通過高壓水槍形成的細密水流沖刷達到切割目的，可廣泛應用于石材、金屬等多種性質材料切割。本文由武漢嘉倍徳科技技術部編輯整理，詳細就激光數控切割機和水射流數控切割機的各方面切割性能予以綜合對比，希望能給更多還在考慮選擇切割設備的企業和用戶一些幫助和參考。

一、激光數控切割機性能介紹

    激光數控切割機是當前世界上先進的切割工藝。它的大優點是由于激光光斑小，能量集中，所以切割的割縫小、無掛渣、幾乎沒有熱變形，切割面光潔度高。激光數控切割機加工關鍵在激光源。切割厚度大小、切割質量優劣、切割穩定性如何等都取決于激光源的性能。

    通用的CO2工業激光源是用電場或高頻振蕩迫使密封在容器內的混合氣體處于激發狀態，并產生受激輻射的單色光，此種光輻射在反射鏡及反射透射鏡之間往復反射，等積聚到足夠能量后由輸出透鏡射出。這種激光源電極距離工件遠且電極裝在激光束之中。電極易燒損，載流氣體消耗大，激光波長有干擾。工作電壓高（約10～25kV）形成操作上的不安全。激光源體積較大。維修比較復雜。易損件的消耗大。

    目前比較先進的是用高頻諧振方式激發混合氣體的激光源，這種激光源電極距離工件近且電極裝在激光束之外。與通用的CO2工業激光源相比電極幾乎沒有燒損。載流氣體消耗少。激光波長不受干擾。工作電壓低（約l～1.2kV），操作十分安全。激光器體積小，維修簡單。激光切割由于速度快、精度高，必須由微機控制的高速切割機來配合。

二、水射流數控切割機性能介紹

    高壓磨料水射流數控切割機加工無塵、無味、無毒、無火花、振動小、噪聲低。尤其適合惡劣的工作環境和有防爆要求的危鹼環境。它可以切割各種金屬、非金屬材料，各種硬、脆、韌性材料，如鈦鎳合金、陶瓷、玻璃、復合材料等。是目前世界上先進的切割工藝方法之一。

    水射流數控切割機的原理是將水增至超高壓100～400MPa，經節流小孔（φ0.15～φ0.4mm),使水壓熱能轉變為射流動能（流速高達900mm/s）。用這種高速密集的水射流進行切割。磨料水射流切割則是再往水射流中混入磨料粒子，經混合管形成磨料射流進行切割。在磨料射流中，水射流作為載體使磨料粒子加速，由于磨料質量大、硬度高，磨料水射流較之水射流其射流動能更大，切割效能更強。磨料水射流數控切割機的組成和流程如下：

    1. 供水系統

    是將水質軟化，使pH值達到6～8，并精濾到0.5μm以下。藍寶石水噴嘴的工作壽命取決于水質，直接用自來水時壽命僅為34h，用軟化水壽命為78h，用混合展軟水壽命高于200h。

　　2. 增壓系統

    增壓系統是設備的關鍵部分，其核心是增壓器。增壓比一般選10：1～20：1。水在420MPa時將被壓縮12％。為使水壓穩定在±5％之內，需在增壓器與噴嘴之間設置蓄壓器。增壓缸和蓄壓缸都是超高壓壓力容器，因此要有足夠的疲勞強度和工作壽命。

　　3. 高壓水路系統

    高壓水路連接增壓系統和切割頭裝置。要采用超高壓鋼管和旋轉接頭，鋼管要有撓性，各類接頭要小巧、可靠、靈活，旋轉接頭要有多種旋向型式和一定的工作壽命。

　　4. 磨料供給系統

    包括料倉、磨料、流量閥和輸送管。料倉形狀和料倉內的網篩要保證磨料供給通暢、不至堵塞。流量閥應能控制磨料流量的通斷和大小，還應能排除輸送管中的水分。硬件配置方面，水射流數控切割機的主要構成包括以下幾個方面：　　

    切割頭裝置：切割頭包括高壓水開關閥和寶石質嘴、水/磨料混合室和混合管?；旌瞎苁且讚p件。以前用硬質含金制造，精切割時使用壽命約2h，粗切割壽命約10h?，F改用工程陶瓷材料壽命高達20～100h。

　　接收裝置：置于切割頭和工件的下方，用來收集切割剩余射流。具有消能、降噪、防濺和安全等功能。射流暴露會產生高達42dB（A）的噪聲。設置接收裝置后，使噪聲被控制在80～90dB（A）以內。

　　運動控制系統：高壓水射流切割是一種高精度的切割工藝方法，必須由高精度的切割設備來實現。目前的切割設備均是微機控制或由工業機器人操作，可實行五軸聯動。重復精度可達±0.05mm。

一般來說塑料或橡膠材質的隔膜是真空泵中是一個非常重要的零件.因為其隔膜必須在泵的內外腔之間形成一個密閉的空間,從而完成高效的泵送過程.而隔膜的邊緣則必須是非常平整而且光化的,不能因為粗糙或凹凸不均勻.而使得激光切割的工藝不能滿足這些材料的切割要求,從而影響切割質量。其還可以提供高質量的切邊,提高產品的品質,同時降低機械切割隔膜可能造成的一些邊緣損傷.

    激光切割機的切割隔膜可以提供良好的切邊質量,同時可以降低機械切割所造成的一些損傷，減低切割的風險。

    對于這一應用的要求,由于在由分層氯丁膠和聚四氟乙烯（鐵氟龍?）制成的1mm（0.039”）厚的隔膜上切出一個中心安裝的小孔孔.孔的直徑一般為22.9mm（0.9“）.

    在切割的過程使用了安裝在XY平臺上的一臺Synrad 80W激光器,配備了2.5”焦距鏡頭的切割頭,它可以提供0.1mm（0.004 “）的聚焦光斑.并且使用CDA（清潔干燥的空氣）作為輔助氣體,通過0.9mm（0.0345”）寬的噴嘴以每秒100 PSI的流速噴出,以減少熔料對鏡頭的危害.這樣我們便能夠以74mm/s（175inches/min）的切割速度完成需要的切割工作.后得到的切邊非常光滑,而且融化量很小材料.一般隔膜上直徑0.9“中心孔是使用80W功率速度為74 mm/s （175 IPM）的激光切割出來的.