鋁型材加工切割工藝算法控制系統(tǒng)項(xiàng)目成員

王曾

“新威”專用激光切割機(jī)控制系統(tǒng)。

1.采用專用硬件控制芯片，極大地降低了CPU負(fù)擔(dān)，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2.采用先進(jìn)的多級(jí)換緩存和實(shí)時(shí)性控制算法，極大地提高了加工的效率和流程性。

3.加入全新的動(dòng)態(tài)仿真功能，使用戶更快速的更直觀地查看文件加工效果，更方便地預(yù)測(cè)評(píng)估加工中可能存在的問題。

4.采用更高實(shí)時(shí)性的功率控制算法，保證了加工產(chǎn)品的質(zhì)量。

激光切割汽化切割

在高功率密度激光束的加熱下，材料表面溫度升至沸點(diǎn)溫度的速度是如此之快，足以避免熱傳導(dǎo)造成的熔化，于是部分材料汽化成蒸汽消失，部分材料作為噴出物從切縫底部被輔助氣體流吹走。一些不能熔化的材料，如木材、碳素材料和某些塑料就是通過這種汽化切割方法切割成形的。

汽化切割過程中，蒸汽隨身帶走熔化質(zhì)點(diǎn)和沖刷碎屑，形成孔洞。汽化過程中，大約40%的材料化作蒸汽消失，而有60%的材料是以熔滴的形式被氣流驅(qū)除的。

激光切割熔化切割

當(dāng)入射的激光束功率密度超過某一值后，光束照射點(diǎn)處材料內(nèi)部開始蒸發(fā)，形成孔洞。一旦這種小孔形成，它將作為黑體吸收所有的入射光束能量。小孔被熔化金屬壁所包圍，然后，與光束同軸的輔助氣流把孔洞周圍的熔融材料帶走。隨著工件移動(dòng)，小孔按切割方向同步橫移形成一條切縫。激光束繼續(xù)沿著這條縫的前沿照射，熔化材料持續(xù)或脈動(dòng)地從縫內(nèi)被吹走。

激光切割氧化熔化

熔化切割一般使用惰性氣體，如果代之以氧氣或其它活性氣體，材料在激光束的照射下被點(diǎn)燃，與氧氣發(fā)生激烈的化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生另一熱源，稱為氧化熔化切割。具體描述如下：

⑴材料表面在激光束的照射下很快被加熱到燃點(diǎn)溫度，隨之與氧氣發(fā)生激烈的燃燒反應(yīng)，放出大量熱量。在此熱量作用下，材料內(nèi)部形成充滿蒸汽的小孔，而小孔的周圍為熔融的金屬壁所包圍。

⑵燃燒物質(zhì)轉(zhuǎn)移成熔渣控制氧和金屬的燃燒速度，同時(shí)氧氣擴(kuò)散通過熔渣到達(dá)點(diǎn)火前沿的快慢也對(duì)燃燒速度有很大的影響。氧氣流速越高，燃燒化學(xué)反應(yīng)和去除熔渣的速度也越快。當(dāng)然，氧氣流速不是越高越好，因?yàn)榱魉龠^快會(huì)導(dǎo)致切縫出口處反應(yīng)產(chǎn)物即金屬氧化物的快速冷卻，這對(duì)切割質(zhì)量也是不利的。

⑶顯然，氧化熔化切割過程存在著兩個(gè)熱源，即激光照射能和氧與金屬化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的熱能。據(jù)估計(jì)，切割鋼時(shí)，氧化反應(yīng)放出的熱量要占到切割所需全部能量的60%左右。

很明顯，與惰性氣體比較，使用氧作輔助氣體可獲得較高的切割速度。

⑷在擁有兩個(gè)熱源的氧化熔化切割過程中，如果氧的燃燒速度高于激光束的移動(dòng)速度，割縫顯得寬而粗糙。如果激光束移動(dòng)的速度比氧的燃燒速度快，則所得切縫狹而光滑。

激光切割控制斷裂

對(duì)于容易受熱破壞的脆性材料，通過激光束加熱進(jìn)行高速、可控的切斷，稱為控制斷裂切割。這種切割過程主要內(nèi)容是：激光束加熱脆性材料小塊區(qū)域，引起該區(qū)域大的熱梯度和嚴(yán)重的機(jī)械變形，導(dǎo)致材料形成裂縫。只要保持均衡的加熱梯度，激光束可引導(dǎo)裂縫在任何需要的方向產(chǎn)生。

要注意的是，這種控制斷裂切割不適合切割銳角和角邊切縫。切割特大封閉外形也不容易獲得成功?？刂茢嗔亚懈钏俣瓤欤恍枰叩墓β?，否則會(huì)引起工件表面熔化，破壞切縫邊緣。其主要控制參數(shù)是激光功率和光斑尺寸大小。

激光切割切割程序

1、交點(diǎn)位置的檢出。激光切割前需先根據(jù)材質(zhì)調(diào)整光束焦點(diǎn)在工件上的位置，由于激光束，特別是CO2氣體激光，一般肉眼看不到，可采用楔形丙烯塊檢測(cè)出焦點(diǎn)位置，然后調(diào)節(jié)割炬的高度，使焦點(diǎn)處于設(shè)定位置。

2、穿孔操作要點(diǎn)。世紀(jì)切割加工時(shí)，有的零件從板材的內(nèi)部開始切割，這就要先在板材上打孔。一種方法是采用連續(xù)激光，在薄板上穿孔，可以用正常的輔助氣體壓力，光束照射0.2~1s就能貫穿工件，然后即可轉(zhuǎn)入切割。當(dāng)工件厚度較大（如板厚為2~4mm）時(shí)，采用正常的氣體壓力穿孔，在工件表面上會(huì)形成尺寸比較大的溶坑。不但影響切割質(zhì)量，而且熔融物質(zhì)濺出可能損壞透鏡或噴嘴。此時(shí)宜適當(dāng)增大輔助氣體的壓力，同事略微增大噴嘴的孔徑與工件的距離。這種方法的缺點(diǎn)是氣體流量增加并使切割速度降低。

3、防止工件銳角轉(zhuǎn)折處的燒熔。用連續(xù)激光切割帶有銳角零件時(shí)，如切割參數(shù)匹配或操作不當(dāng)，在銳角的轉(zhuǎn)折處很容易發(fā)生自燒熔，不能形成轉(zhuǎn)角處的尖角。這不僅使該部位的質(zhì)量變差，而且還會(huì)影響隨后的切割。解決這一問題的方法是選擇適宜的切割參數(shù)，而采用脈沖激光切割時(shí)不存在銳角轉(zhuǎn)折處的燒熔問題。