数控激光切割机编程与加工工艺毕业综合实践报告

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数控激光切割机编程与加工工艺毕业综合实践报告 本文简介：广东职业技术学院毕业综合实践报告题目：数控激光切割机编程与加工工艺类型：研究类专业：数控技术班级：数控学生姓名：杨学号：107指导教师：黎完成时间：2013年5月18日广东职业技术学院毕业综合实践报告目录摘要1一、引言21.1数控激光切割机的发展及其现状的概述21.2数控激光切割机的发展趋势31.3

数控激光切割机编程与加工工艺毕业综合实践报告 本文内容：

广东职业技术学院

毕业综合实践报告

题

目：

数控激光切割机编程与加工工艺

类

型：

研

究

类

专

业：

数

控

技

术

班

级：

数

控

学生姓名：

杨

学

号：

107

指导教师：

黎

完成时间：

2013年5月18日

广东职业技术学院毕业综合实践报告

目

录

摘

要1

一、引

言2

1.1数控激光切割机的发展及其现状的概述2

1.2数控激光切割机的发展趋势3

1.3数控激光切割机的特点4

二、数控激光切割机切割的材料与板材工艺5

2.1切割的材料5

2.2切割的板材工艺5

三、数控激光编程及排料的规范6

3.1正确选用板材6

3.2正确选用切割工艺参数：7

3.3切割起始点的位置：7

3.4强制切割顺序：9

3.5其它事项10

四、各行业对数控激光切割机床的要求12

五、结束语13

参考文献13

1

摘

要

本文主要研究数控激光切割机。数控激光切割机是利用经聚焦的高功率密度激光束照射工件，使被照射的材料迅速熔化、汽化、烧蚀或达到燃点，同时借助与光束同轴的高速气流吹除熔融物质，从而实现将工件割开。激光切割属于热切割方法之一。

数控激光切割机是钣金零件加工方面可大幅提高劳动生产率的先进装备，有着加工零件的精度高、加工周期短、加工中无需传统冲压模具的更换，就可以加工任意复杂零件等优点，从而被越来越多的开关设备制造企业采用。本文就数控激光编程及切割技术在生产中所遇到的一些工艺问题作了一些探讨。

关键词：CNC；数控激光切割机；钣金零件；编程；加工工艺。

Abstract：This

paper

mainly

studies

the

numerical

control

laser

cutting

machine.

CNC

laser

cutting

machine

is

the

use

of

focused

by

a

high

power

density

laser

beam

irradiation

workpiece,which

is

rapidly

melting,vaporization

and

ablation

material

exposure,or

reach

the

ignition

point,at

the

same

time

with

the

high-speed

airflow

and

beam

coaxial

blowing

molten

material,so

as

to

realize

the

workpiece

cut.

Laser

cutting

is

one

of

hot

cutting

method.

CNC

laser

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machine

is

the

processing

of

sheet

metal

parts

can

greatly

improve

labor

productivity

of

advanced

equipment,have

a

replacement

instead

of

the

traditional

stamping

die

processing

of

high

precision

parts,short

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cycle,processing,can

be

arbitrarily

complex

processing

parts

etc.,thus

switching

equipment

more

and

more

manufacturing

enterprises

use.

Discussed

some

technological

problems

of

the

CNC

laser

cutting

technology

in

programming

and

production

encountered.

Keywords:

CNC;

CNC

laser

cutting

machine;

sheet

metal

parts;

programming;

processing

technology.

一、引

言

1.1数控激光切割机的发展及其现状的概述

1994年湖南大学激光研究所研制成功国内第一台析架式折叠准封离型切割与焊接激光器，并获得国家发明专利。每台设备的售价只有国外产品的1/2.

2003年3月，中科院长春光机与物理研究所研制的“数控激光管材加工设备”，改变了我国石油行业依赖进口设备加工管材的局面。这标志着我国制造先进装备的能力已达到国际先进水平。

济南铸锻所数控机械公司开发制造出国产第一台LC2-18*30型交换式双工作台双边驱动数控精密激光切割机。在设计上突破了两项关键技术，一是解决了轴双边驱动时两个电极的同步问题，二是解决了升降工作台8个气缸的同步问题。

2004年9月，华工科技成功推出第一台国产化高性能激光切割机。

日本目前已拥有CO2激光加工机2万台，约占全球激光加工机总量的1/3，其中80%为激光切割机设备。日本自1995年以来，年生产激光加工机已超过500台左右，其中YAG激光切割机100多台。全球的高功率数控激光切割成套设备累计拥有量达35000台（套）左右，而我国目前高功率数控激光切割成套设备的拥有量为1500台左右。国产数控激光切割机的主要特点是：价格较低，约是进口价格的1/3，激光器功率较低，一般为1.5KW以下。与国外机相比表现为切缝宽，表面质量、机械精度、整机的稳定性、柔性较差，但具有价格方面的优势。

2007年国内大型激光切割设备的销售额达到15亿元，在中低端产品方面基本占领国内市场，并有部分产品出口。但与美国、欧盟、日本等发达国家相比，我国的激光切割设备仍然停留在低端产品阶段，而且高功率激光器、激光专用控制系统、激光光束传输控制、激光切割专有技术等绝大部分核心技术还依赖进口。目前，国际上德国通快

TRUMPF公司、瑞士百超BYSTRONIC和意大利PRIMA等国际知名公司已经开发出大功率、大幅面、高速、飞行光路、多维立体、数控自动的激光切割机。在高端激光切割系统领域，我国与国际先进水平存在较大差距，产品基本依赖进口，每年不得不花费数十亿元从国外引进相关技术与设备。如船舶制造业中厚钢板的激光切割设备、三维立体激光切割设备、有色金属激光切割设备等，引进价格昂贵、订货周期长、售后服务无法及时保证，严重制约了我围困民经济的发展。并且由于国外在该领域出口对我国有明确的限制，采用许可证制度，严格规定该项技术不能用于军工、航空航天等领域，因此我国急需突破该项技术。

1.2数控激光切割机的发展趋势

高速、高精度激光切割机由于大功率激光器光束模式的改善及32位微机的应用，为激光切割设备的高速、高精度创造了有利条件。

厚板切割和大尺寸工件切割的大型激光切割机随着可用于激光切割激光器功率的增大，激光切割正从轻工业薄板的钣金加工向着重工业厚板切割方向发展。

三维立体多轴数控激光切割机，为了满足汽车、航空等工业的立体工件切割的需要，目前已发展了各种各样的五轴或六轴三维激光切割机，数控轴数达到九轴，加工速度快，精度高。在先进国家的汽车生产线上，激光切割机器人的应用愈来愈多。目前，三维激光切割机正向高效率、高精度、多功能和高适应性方向发展，其应用范围将会愈来愈大。

激光切割单元自动化和无人化为了提高生产率和节省劳动力，目前激光切割正向着激光切割单元（FMC）和无人化、自动化方向发展。发展这种单元自动化系统，必须依赖于现金的自动控制、网络控制技术及计算机生产辅助管理系统技术等。国外已有各种各样的激光切割单元可供应市场，并有由6台大型激光切割机为核心组成的无人化的切割生产线在工厂运行。

紧凑型和组合一体化数控激光切割机随着激光器提及的缩小和功率的增大，以及辅助装置的不断完善，出现了把激光器、电源、主机、控制系统和冷却水循环装置等紧密地组合在一起，形成占地面积小、功能完善的整套紧凑型激光切割机。此外，激光切割技术正与激光焊接、激光表面淬火等激光加工工艺组合，以发展一机多用，进一步提高设备的利用率。

1.3数控激光切割机的特点

空载电压和弧柱电压：等离子切割电源，必须具有足够高的空载电压，才能容易引弧和使等离子弧稳定燃烧。空载电压一般为120-600V，而弧柱电压一般为空载电压的一半。提高弧柱电压，能明显地增加等离子弧的功率，因而能提高切割速度和切割更大厚度的金属板材。弧柱电压往往通过调节气体流量和加大电极内缩量未达到，但弧柱电压不能超过空载电压的65%，否则会使等离子弧不稳定。

切割电流：增加切割电流同样能提高等离子弧的功率，但它受到最大允许电流的限制，否则会使等离子弧柱变粗、割缝宽度增加、电极寿命下降。

气体流量：增加气体流量既能提高弧柱电压，又能增强对弧柱的压缩作用而使等离子弧能量更加集中、喷射力更强，因而可提高切割速度和质量。但气体流量过大，反而会使弧柱变短，损失热量增加，使切割能力减弱，直至使切割过程不能正常进行。

电极内缩量：所谓内缩量是指电极到割嘴端面的距离，合适的距离可以使电弧在割嘴内得到良好的压缩，获得能量集中、温度高的等离子弧而进行有效的切割。距离过大或过小，会使电极严重烧损、割嘴烧坏和切割能力下降。内缩量一般取8-11mm。

割嘴高度是指割嘴端面至被割工件表面的距离。该距离一般为4~10mm。它与电极内缩量一样，距离要合适才能充分发挥等离子弧的切割效率，否则会使切割效率和切割质量下降或使割嘴烧坏。

切割速度：以上各种因素直接影响等离子弧的压缩效应，也就是影响等离子弧的温度和能量密度，而等离子弧的高温、高能量决定着切割速度，所以以上的各种因素均与切割速度有关。在保证切割质量的前提下，应尽可能的提高切割速度。这不仅提高生产率，而且能减少被割零件的变形量和割缝区的热影响区域。若切割速度不合适，其效果相反，而且会使粘渣增加，切割质量下降。

二、数控激光切割机切割的材料与板材工艺

2.1切割的材料

目前激光切割机是现在技术发展的成果，现在激光技术不断的发展成熟，它已经应用于很多行业之中。

金属板材：激光设备高精度割打孔机主要用于手机、数码产品、汽车及摩托车等行业不锈钢板、铁板、铝板、铜板的高精度切割与打孔。

碳钢板切割：现代激光切割系统可以切割碳钢板的最大厚度接近20mm，对薄板其切缝可窄至0.1mm左右。激光切割低碳钢其热影响区极小，且切逢平整、光滑，垂直度好。对高碳钢，激光切割切边质量好于低碳钢，但其热影响区较大。

不锈钢切割：激光切割较容易切割不锈钢薄板。用高功率YAG激光切割系统，切割不锈钢最大厚度已可达4mm。小功率YAG激光切割系统切割不锈钢厚度可达4mm。

合金钢板切割：大多数合金钢都能用激光切割，切边质量良好。但含钨高的工具钢和热模钢，激光切割时会有熔蚀和粘渣。

铝及合金板材切割：铝切割属于熔化切割，加以辅助气体把切割区的熔融物吹走，可获得较好的切面质量。目前，切割铝板的最大厚度为1.5mm。

其它金属材料切割：铜材不适合激光切割,切割的很薄。钛及钛合金、镍合金大多数都可用激光切割。

激光切割机加工非金属材料：CO2激光切割机系列适用切割雕刻木材、纸张、橡胶、皮革、亚克力、塑料、布匹纤维复合材料、雕刻牛角、双色板、漆铜板。

2.2切割的板材工艺

随着激光切割技术的迅速发展,激光切割机由于其独特的优势在各行各业发挥独特的作用，所有材料宏观的性能决定于微观，不同的材料具有不同的特性，所以在使用激光切割时需要注意的事项也不同。

结构钢：该材料用氧气切割时会得到较好的结果。当用氧气作为加工气体时，切割边缘会轻微氧化。对于厚度达4mm的板材，可以用氮气作为加工气体进行高压切割。这种情况下，切割边缘不会被氧化。厚度在10mm以上的板材，对激光器使用特殊极板并且在加工中给工件表面涂油可以得到较好的效果。

不锈钢：切割不锈钢需要,使用氧气，在边缘氧化不要紧的情况下；使用氮气以得到无氧化无毛刺的边缘，就不需要再作处理了。在板材表面涂层油膜会得到更好的穿孔效果，而不降低加工质量。

铝：尽管有高反射率和热传导性，厚度6mm以下的铝材可以切割，这取决于合金类型和激光器能力。当用氧切割时，切割表面粗糙而坚硬。用氮气时，切割表面平滑。纯铝因为其高纯非常难切割，只有在系统上安装有“反射吸收”装置的时候才能切割铝材。否则反射会毁坏光学组件。

钛：钛板材用氩气和氮气作为加工气体来切割。其它参数可以参考镍铬钢。

铜和黄铜：两种材料都具有高反射率和非常好的热传导性。厚度1mm以下的黄铜可以用氮气切割；厚度2mm以下的铜可以切割，加工气体必须用氧气。只有在系统上安装有“反射吸收”装置的时候才能切割铜和黄铜。否则反射会毁坏光学组件。

合成材料：切割合成材料时要牢记切割的危险和可能排放的危险物质。可加工的合成材料有：热塑性塑料、热硬化材料和人造橡胶。

有机物：在所有有机物切割中都存在着着火的危险（用氮气作为加工气体，也可以用压缩空气作为加工气体）。木材、皮革、纸板和纸可以用激光切割，切割边缘会烧焦（褐色）。

6

三、数控激光编程及排料的规范

3.1正确选用板材

根据工件的实际大小和需求数量，是否够排满一张大板(2440mm*1220mm)

。否则按余料编排，无论大板还是余板，其编排顺序都尽量以纵向排料，见图例：

例：工件尺寸=400mm*200mm;

需求数量=10pcs;

其中排料如下：

图

3-1

然后请在图3-1上注明实际的用料大小，如上图实际用料：

900mm*1220mm排料顺序从1至10。

3.2正确选用切割工艺参数：

如：T0.1至T1.0共用1.0的工艺

T1.2至T1.6共用1.5的工艺

T1.8至T2.0共用2.0的工艺

T2.2至T2.5共用2.5的工艺

T2.7至T3.0共用3.0的工艺

T3.2至T3.5共用3.5的工艺

3.3切割起始点的位置：

内轮廓的起始点要放在角部或圆弧处，同时起始点必须在轮廓的里面

。如图3-2至3-4：

图

3-2

正确

图

3-3

错误

图

3-4

错误

外轮廓的起始点也要放在角部，但这个角部应该是外角而不是内角，因為内角容易烧坏工件，同时起始点必须在轮廓的外面，如图3-5至3-7：

图

3-5正确

图

3-6错误

图

3-7

错误

3.4强制切割顺序：

(1)

先割完较小的轮廓，较大的轮廓放在最后割。

(2)

像图

3-8所示轮廓，必须先割里面及週边的孔，然后割U形。

图

3-8

(3)

如轮廓与轮廓间的间距小于7mm，且排数量较多时，应採用跳跃式切割。

(4)

对边缘曲线较多、转角较多的异形轮廓，必须采用微连方式。

(5)

在切割宽度较窄且长度较长的长条形工件时，为防止工件变形而影响加工精，其刺穿点位置及切割顺序必须如图

3-9所示：

图

3-9

3.5其它事项

(1)

下料时工件与板材的边距以及工件与工件的间距最低不能小于10mm，否则会发生撞切割头的危险。

(2)

在做二次加工补割程序时，边距必须设为0mm。

(3)

补割程序最后割边起始点一般放在工件左上角，这样有利于提高补割加工尺寸的精度。

(4)

在特殊情况下，补割时有切割线从凸包中间割过的话，这时要求凸包高度绝对不能超过1.0mm，否则不能切割，须改加工工艺。

(5)

如需在高度超过5.0mm凸包中心从凹面向下打孔时，要求凸包直径不能低于12.0mm否则难以加工。

(6)

当有切割线需从凸包、断桥、翻边或折边的凸面边缘割边时，要求其边缘与切割线的距离不能过小，参考喷嘴半径如R=6.0mm，距离不能小于6.0mm。

(7)

对于抽形后拉料较严重的补割工件，在下料时尽量将四週的边料留宽，同时定位孔的位置不能离工件的切割边缘太近，这样第一可以降低工件因抽形拉料后的变形程度；第二便于的二次补割加工。

(8)

在编程排料时需按现场有的材料规格排料，切勿随心所欲。

(9)

所有需要二次补割的工件，都必须有定位标識，同时需要文字注明定位方向，以及补割后的重要尺寸。

(10)

有些比较大的工件在下料时往往会剩有余料。因此在编程时将剩余料割下来，这样有利于提高现场的生产进度与效率。

(11)

对抽形后拉料较严重的补割工件，在下料时应先在坯料的边缘破线口，以避免拉料使坯料直角边变形，影响二次加工。

(12)

对于较小的补割件可考虑做一个一次补割多件的治具来加工，以提高生产率。

四、各行业对数控激光切割机床的要求

数控切割机在各行各业得到广泛应用，是因为其高效率高精度的特点能知足各行各业日益进步的加工要求。跟着科技的迅猛发展，未来机械产业的加工要求将更高，为使数控切割性能知足不断进步的加工要求，各行业对数控机提出了下列要求：

汽车发念头和车身冲压件出产线具有连续、高效、高可靠性的特点，汽车行业要求能专门研究汽车零部件的工艺特点、与汽车行业相互交流共同研发具有模块化、系列化的成套柔性出产线。柔性出产线以汽车发念头缸体、缸盖、曲轴、连杆、凸轮轴、箱体等枢纽加工件加工为对象，适应混流出产的模块快速组合可重组出产线，把握机能评价、误差溯源、质量控制与治理集成技术，开发高速精密、机能可靠的数控切割机，同时具有高速取料、辅助设备如具有去毛刺功能等。

大型船舶的枢纽加工件集中在大功率柴油机的机座、机架、气缸体、缸盖、活塞杆、十字头、连杆、曲轴，以及减速箱传动轴、舵轴和推进器等，枢纽加工件材质为特种合金钢，一般为小批加工，要求加工成品率100%。枢纽加工件具有重量大，外形复杂、精度高，加工难度大等特点。大型船舶枢纽件加工需要具有大功率、高可靠性以及多轴的重型、超重型数控切割机。

发电设备枢纽加工件重量大，外形特殊、精度高、加工难度大、价格昂贵，如核电站压力容器单件重达400~500吨，大型汽轮机和发电机的转子单件重超过百吨，要求可靠工作30年以上。因此，发电设备枢纽件制造需要的数控切割机特点是大规格、高刚度、高可靠性。

航空产业典型零件的结构特点是大量采用整体薄壁结构，外形复杂。为了增加航空器的机动性，增加有效载荷和航程，降低本钱，进行轻量化设计和广泛采用新型轻质材料。现在大量采用铝合金、高温合金、钛合金、高强度钢、复合材料、工程陶瓷等。结构复杂的薄壁件、蜂窝件外形复杂，孔、空穴、沟槽、加强筋等较多，工艺刚性差。根据航空产业加工件的结构特点和加工要求，要求数控切割机具有足够的刚性、操纵简朴、人机界面清晰、要求样条插补、过程平均控制，以减少对拐角处加工精度的影响，具有在线丈量仿真功能。

五、结束语

数控激光切割是一项先进的制造加工技术，不仅可以大大降低研发周期，模具制造成本，而且提高了质量及生产效率，有利于改善制造行业的技术及设备革新。实际应用中，需要我们在不断地积累经验，不断地了解和实践，让这项新技术为我们的生产力提高发挥应有的贡献。

参考文献

[1]

刘书华.数控机床与编程.

北京：机械工业出版社，2001

[2]

百超数控激光切割机技术参数书.

2012

[3]

胡传昕.特种加工手册.

北京：北京出版社，2001

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