激光切割是使用激光聚集后产生的高功率密度能量来完成的。在计算机的操控下,经过脉冲使激光器放电,然后输出受控的重复高频率的脉冲激光,形成频率,脉宽的光束,该脉冲激光束经过光路传导及反射并经过聚集透镜组聚集在加工物体的外表上,形成一个个纤细的、密度光斑,焦斑位于待加工面附近,以瞬间高温熔化或气化被加工资料。每一个激光脉冲瞬间就把物体外表溅射出一个细微的孔,在计算机操控下,激光加工头与被加工资料按预先绘好的图形进行接连相对运动打点,这样就会把物体加工成想要的形状。
焦点位置控制技术
激光切割的优点之一是光束的能量,一般10W/cm2。因为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;一起焦点光斑直径还和透镜的焦深成正比。聚集透镜焦深越小,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,因而一般大功率CO2激光切割机工业使用中广泛采用5〃~7.5〃〞(127~190mm)的焦距。实际焦点光斑直径在0.1~0.4mm之间。关于切割,有用焦深还和透镜直径及被切资料有关。例如用5〃的透镜切碳钢,焦深为焦距的+2%范围内,即5mm左右。因而操控焦点相关于被切资料外表的方位重要。顾虑到切割质量、切割速度等因素,原则上6mm的金属资料,焦点在外表上; 6mm的碳钢,焦点在外表之上; 6mm的不锈钢,焦点在外表之下。具体尺度由试验确定。
在工业生产中确定焦点方位的简洁办法有三种:
(1)打印法:使切割头从上往下运动,在塑料板上进行激光束打印,打印直径处为焦点。
(2)斜板法:用和垂直轴成一角度斜放的塑料板使其水平拉动,寻觅激光束的处为焦点。
(3)蓝色火花法:去掉喷嘴,吹空气,将脉冲激光打在不锈钢板上,使切割头从上往下运动,直至蓝色火花处为焦点。
关于飞行光路的切割机,因为光束发散角,切割近端和远端时光程长短不同,聚集前的光束尺度有差别。入射光束的直径越大,焦点光斑的直径越小。为了削减因聚集前光束尺度变化带来的焦点光斑尺度的变化,激光切割体系的制造商供给了一些装置供用户选用:
(1)平行光管。这是一种常用的办法,即在CO2激光器的输出端加一平行光管进行扩束处理,扩束后的光束直径变大,发散角变小,使在切割工作范围内近端和远端聚集前光束尺度挨近一致。
(2)在切割头上添加一独立的移动透镜的下轴,它与操控喷嘴到资料外表距离(stand off)的Z轴是两个相互独立的部分。当机床工作台移动或光轴移动时,光束从近端到远端F轴也一起移动,使光束聚集后光斑直径在整个加工区域内保持一致。如图二所示。
(3)操控聚集镜(一般为金属反射聚集体系)的水压。若聚集前光束尺度变小而使焦点光斑直径变大时,自动操控水压改动聚集曲率使焦点光斑直径变小。
(4)飞行光路切割机上添加x、y方向的补偿光路体系。即当切割远端光程添加时使补偿光路缩短;反之当切割近端光程减小时,使补偿光路添加,以保持光程长度一致。