隨著(zhù)重工業(yè)的不斷發(fā)展，激光切割技術(shù)從薄板切割向厚板大尺寸切割方向發(fā)展，激光切割逐漸進(jìn)入大功率時(shí)代。新時(shí)代工業(yè)制造對金屬板材切割精度、速度、厚度提出了新的要求，激光切割機可實(shí)現的功率越來(lái)越高。從工業(yè)的發(fā)展來(lái)看，大功率激光切割機是一定階段的必然產(chǎn)物，也是行業(yè)發(fā)展的大勢所趨。

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序言

在金屬板材加工領(lǐng)域中，激光切割機的優(yōu)勢非常凸顯，因精度高、速度快、質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)，已逐漸取代傳統的加工工藝，成為金屬板料切割的核心設備[1]。從激光切割機興起，到光纖激光切割機取代YAG、CO2等機器，再到大功率激光切割機的不斷推出，對于切割厚板和切割效率來(lái)說(shuō)，大功率的設備已經(jīng)是大勢所趨。

近年來(lái)，大功率激光切割機成了激光切割領(lǐng)域的熱門(mén)話(huà)題，眾多企業(yè)不斷推出萬(wàn)瓦級以上的光纖激光切割設備。對于鈑金加工行業(yè)來(lái)說(shuō)，大功率切割設備的誕生，大大提升了鈑金切割的厚度和效率。這種大功率切割機的出現，不斷打破材料切割厚度的級限。由此帶來(lái)的加工厚板價(jià)格降低，形成一個(gè)良好的循環(huán)，促進(jìn)激光切割應用領(lǐng)域的進(jìn)一步擴大。

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大功率激光切割機的簡(jiǎn)介

（1）大功率切割機介紹

激光切割機可根據功率分為小功率、中功率和大功率。對于厚度一般的不銹鋼和碳素鋼，小功率激光切割機就可以進(jìn)行良好的切割。而對于切割厚板和切割效率來(lái)說(shuō)，大功率的激光切割機可以很好的實(shí)現。因此，激光器功率在萬(wàn)瓦級以上的激光切割機統稱(chēng)為大功率激光切割機（見(jiàn)圖1）。

（2）光纖激光器功率的規格

針對激光切割金屬板材厚度的不同，大功率切割機上所選的光纖激

光器的功率規格也不同，從目前發(fā)展趨勢上來(lái)看，在金屬加工市場(chǎng)中，各大中小型企業(yè)逐漸升級到多種規格，見(jiàn)表1。

（3）使用氣體的規格

在大功率激光切割機工作時(shí)，為保障切割的精度、切割的速度、切割斷面的效果等諸多優(yōu)勢，對所使用的氧氣純度要求較高，一般要求純度為99.99%。

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大功率激光切割機的特點(diǎn)

3.1 技術(shù)突破

（1）高動(dòng)態(tài)性能的高速切割機床

搭載萬(wàn)瓦級光纖激光器的機床，采用新款的三角形結構橫梁，其特點(diǎn)：①重量減輕30%，動(dòng)態(tài)性能明顯提升。②較大移動(dòng)速度可達到200m/min，加速度為4g的動(dòng)態(tài)響應特性。③底座增加了重量，約為20%，改變機床固定方式，消除高加速度運動(dòng)對機床沖擊力的影響。

（2）全新的軟件系統

軟件及控制系統就像機床的大腦及指揮中心，機床運行的精度、效率除了硬件升級帶來(lái)的紅利之外，整機性能的差異主要來(lái)自于軟件及控制系統的不同，且往往差異很大。

（3）可實(shí)現速度達100m/min的穩定切割

①電容式傳感器的響應速度比傳統的切割頭提高了3倍。②Z軸速度提升，運行無(wú)停頓，且更為流暢，薄板切割效率提升30%以上，提升蛙跳功能的效能，改進(jìn)了加速度適應功能。③完善快速穿孔與精密穿孔功能以及遠程診斷功能，為實(shí)現“工業(yè)4.0”的功能預留了智能接口[2]。

3.2 切割頭特點(diǎn)

大功率切割頭在高功率連續作業(yè)的情況下是確保切割穩定的核心部件，具有以下特點(diǎn)：①大功率切割頭有著(zhù)密封性更好和冷卻更充分的冷卻系統、應用范圍更加廣泛的焦點(diǎn)和耐高溫的鏡片。②大功率熱透鏡效應的影響，切割頭在長(cháng)時(shí)間的工作下，光束會(huì )有焦點(diǎn)漂移的現象發(fā)生，為了克服焦點(diǎn)漂移的問(wèn)題，大功率切割頭采用了新的氣路設計結構及更換了新結構的噴嘴，從而來(lái)提高切割的速度及切割的穩定性。

3.3 大功率激光切割能力

（1）切割厚板的厚度不斷提升

目前大功率激光切割機切割鋁合金板材厚度可達40mm，不銹鋼板材厚度可達130mm，隨著(zhù)大功率激光切割機技術(shù)的不斷升級，切割材料的厚度還會(huì )不斷增加，加工厚板的價(jià)格會(huì )逐漸降低，并加快促進(jìn)大功率激光切割機在厚板領(lǐng)域中的應用[3]。

（2）切割中薄板的效率倍增

①切割厚度為3～10mm的不銹鋼板材時(shí)，10 000W激光切割機的切割速度是6000W的兩倍以上。②10 000W激光切割機在碳素鋼的切割應用中，可以達到18～20mm/s的快速亮面切割，是普通標準切割速度的兩倍。③可以用壓縮空氣或氮氣切割12mm以?xún)鹊奶妓劁摪?，切割效率是氧氣切割碳素鋼速度?~7倍。

3.4 床身特點(diǎn)

（1）設備配備了chao強承重的機械結構

大功率切割機都配備了鑄鐵床身，采用較低抗拉強度200MPa的片狀石墨鑄鐵一體澆鑄成形，含碳量、抗壓強度、減振性以及耐磨性等都有大幅度的提高（見(jiàn)圖3）。

（2）鑄鐵床身的特性

①床身具備良好的潤滑性能、耐腐蝕性和尺寸穩定性，減少因床身振動(dòng)帶來(lái)的加工誤差。②降低設備在使用時(shí)的損耗，提高穩定性系數30%以上，提高質(zhì)量精度30%以上，提高床身壽命達70年以上。

3.5 自動(dòng)更換噴嘴

（1）手動(dòng)更換噴嘴模式

切割中根據切割材料的厚度及材質(zhì)需要更換噴嘴，多年來(lái)一直采用人工手動(dòng)更換噴嘴的形式，這樣不僅效率低下，需要技術(shù)人員重復勞動(dòng)，而且難以保障更換后的精度和穩定性。如何高，效、快速地更換噴嘴，并保障每次更換都萬(wàn)無(wú)一失并保持精度，是激光切割領(lǐng)域的一個(gè)技術(shù)難題。

（2）自動(dòng)更換噴嘴技術(shù)

大功率激光切割機應用了噴嘴自動(dòng)更換的功能?？蓪?shí)現噴嘴的自動(dòng)更換、激光頭的標定、噴嘴全自動(dòng)清洗等功能，降低了人工重復勞動(dòng)量。噴嘴自動(dòng)更換時(shí)在觸摸屏上操作相應的命令即可實(shí)現。自動(dòng)更換噴嘴技術(shù)具有以下優(yōu)勢：

1）降低勞動(dòng)強度，保障了更換噴嘴時(shí)的定位精度和工作穩定性。

2）配套了完善的控制系統，能實(shí)現根據不同的材質(zhì)和不同的板厚自動(dòng)更換噴嘴的型號和規格，減少了由人工來(lái)更換的時(shí)間，從而提高了生產(chǎn)效率。

3）自動(dòng)更換噴嘴為全封閉式的防護裝置，為噴嘴設備和人身安全提供了很好的保障。

3.6 閃電穿孔及級限小孔成形

（1）閃電穿孔

穿孔時(shí)間短，熱聚焦能量小，起刀點(diǎn)穩定，保持隨動(dòng)系統的穩定性，可以保障達到較佳的切割效果。閃電穿孔優(yōu)點(diǎn)見(jiàn)表2。

（2）級限小孔

激光切割行業(yè)，一直認為板材的厚度即為切割小孔的較小直徑，大功率激光切割機可以實(shí)現較小孔的直徑為板厚的0.15倍，甚至更小，如圖4所示。

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大功率激光切割機的優(yōu)勢

（1）高速度

激光切割速度已chao過(guò)20m/min，加工切割機的兩軸移動(dòng)速度可以達到250m/min，加速度在運行過(guò)程中已經(jīng)達到10g左右。

（2）高精度

1mm厚的板材中?10mm左右的小孔，每分鐘可以切割500個(gè)左右。在切割過(guò)程中這些小孔之間的誤差非常小。

（3）向厚板方向發(fā)展

大功率激光切割機的功率逐步加大，相應切割的厚板尺寸也不斷增加。

（4）向大尺寸方向發(fā)展

激光切割技術(shù)的加工尺寸范圍也在不斷加大，激光切割技術(shù)已經(jīng)開(kāi)始朝著(zhù)大尺寸的方向發(fā)展。

（5）自動(dòng)無(wú)人化

激光切割技術(shù)的自動(dòng)無(wú)人化具有發(fā)展的必要性和緊迫性。①計算機網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的應用促使激光切割技術(shù)實(shí)現了自動(dòng)無(wú)人化。②市場(chǎng)對這種技術(shù)的應用需求也不斷增大，促使激光切割技術(shù)要實(shí)現全自動(dòng)無(wú)人化。

（6）智能化

按照工業(yè)4.0的技術(shù)要求，緊跟智能制造的步伐。采用準確的圖形識別技術(shù)，簡(jiǎn)單的操作工序，便捷的人機智能交互，實(shí)現了激光器與計算機控制、數控技術(shù)、光學(xué)系統、高精度和自動(dòng)化定位裝置等結合起來(lái)，將自動(dòng)排料、切割工藝數據庫、遠程故障診斷、遠程控制等集成為一體，滿(mǎn)足大批量及復雜零件加工的需要[3-4]。

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結束語(yǔ)

（1）大功率設備發(fā)展

激光切割作為切割加工中非常理想的加工手段，代表著(zhù)現代金屬加工技術(shù)的發(fā)展方向。大功率激光切割機目前也正在向著(zhù)高速度、高精度、大幅面、三維切割及特種材料切割等領(lǐng)域進(jìn)行關(guān)鍵性技術(shù)研究和發(fā)展，從而促進(jìn)大功率激光切割的技術(shù)發(fā)展來(lái)滿(mǎn)足日益增長(cháng)的市場(chǎng)需

求。

（2）大功率設備選擇

一些企業(yè)在選擇大功率激光切割設備時(shí)，需要慎重考慮：除了切割速度和精度外，特別要檢驗滿(mǎn)功率連續切割時(shí)的穩定性和一致性，機床的速度匹配能力，機床控制的先，進(jìn)性及精度壽命等。不能像購買(mǎi)小功率激光切割設備那樣，簡(jiǎn)單比較價(jià)格因素。大功率意味著(zhù)高投入，高投入蘊含著(zhù)高風(fēng)險。企業(yè)在進(jìn)入這個(gè)高回報市場(chǎng)時(shí)，一定要認識到其風(fēng)險性。