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激光切割機特點及發展趨勢詳解

2019/6/6 16:58:09

隨著我國激光切割機行業的不斷發展和強大,激光切割機種類數目的不斷增多,激光切割機機型的不斷豐富,各大激光切割機企業生產的產品質量不斷地提高。

隨著我國激光切割機行業的不斷發展和強大,激光切割機種類數目的不斷增多,激光切割機機型的不斷豐富,各大激光切割機企業生產的產品質量不斷地提高。

  改革開放以來,我國激光切割機雖然在來獲得了快速的發展,但其面臨的問題依然不少,國內激光切割機技術含量和質量較高的制造商寥寥無幾,且大多停留在中低速水平。同國外的同類產品相比,無論在裝備的發展水平技術含量和應用推廣方面都不盡人意在市場分配中,國產的激光切割機只是在中低檔市場上略占優勢,而高檔市場幾乎全部被國外產品所占據。除了一些專業生產激光切割機的廠商以外,國內的一些大學和科研院所也參與到激光切割機的研制生產中來相信依托各個大學和科研院所的科研實力。

  國產激光切割機的研制生產在不久的將來會有重大的突破。隨著我國激光切割機市場規模的日趨增大,產品種類的日益繁多,激光切割機廠家的不斷增多,生產自動化程度的不斷提高,市場對激光切割機的需求也在不斷地膨脹。

  當前,國內的相關企業必將面臨外商的強有力的競爭,國內的企業要敢于參與競爭,不僅在國內市場上參與競爭,更要積極參加國際市場的競爭這就對國內的相關企業提出了更高的要求和更廣闊的市場空間,國內企業應該立足國內,放眼國際,積極參與競爭。

  激光切割機的技術特點及應用

  隨著激光技術的不斷發展與成熟,激光設備已經被廣泛的應用在各行各業中,如激光打標機、激光焊接機、激光打孔機及激光切割機等等,特別是數控激光切割機械設備在最近幾年內飛速發展,被廣泛應用在鈑金、五金制品、鋼結構、精密機械、汽車配件、眼鏡、首飾、銘牌、廣告、工藝品、電子、玩具、包裝等行業。數控激光切割機相比其他切割設備的顯著優勢主要體現在以下幾個方面:

  1、切割速度快,切割質量好,精度高:

  2、切縫窄,切割面光滑,不損傷工件;

  3、不受工件形狀的影響,不受被切材料的硬度影響;

  4、除對金屬材質進行加工外,還可以對非金屬進行切割加工;

  5、節約模具投資,節省材料,更有效的節省成本;

  6、操作簡單,安全,性能穩定,提高新產品開發速度,具有廣泛的適應性和靈活性。

  數控金屬激光切割設備機架是該激光設備最主要的部件,不僅絕大多數零部件都安裝于機架上,而且還要承受工作臺重力以及加、減速過程中的全部慣性沖擊載荷。

  數控金屬激光切割機機架的設計與研發工作主要包括:

  1、確定數控激光切割設備在各種工況及環境下快速、高精度、穩定運行的條件。

  2、根據功能性要求確定機架的結構、參數,結合激光切割機的結構特點,建立起相應的動力學模型。

  3、研究機架的結構、參數對機架的靜、動態剛度及熱穩定性的影響,并為機架設計提供理論根據。

      4、確定機架與其他部件間的相互耦合關系。

  因此,在數控金屬切割機機架的設計中如何合理布置金屬,減輕自重,提高機身剛度,降低溫度變化對精度的影響,是設計過程中需要重點考慮的問題。

  在數控金屬激光切割機實際電路中,模擬信號與數字信號之間有一個強電干擾的問題。光電隔離電路的作用是在電隔離的情況下,以光為煤介傳送信號,對輸入和輸出電路可以進行隔離.因而能有效地抑制系統噪聲,消除接地回路的干擾,有響應速度較快、壽命長、體積小耐沖擊等好處,使其在強-弱電接口,特別是在微機系統的前向和后向通道中獲得廣泛應用。

  光電耦合器具有三個特點:

  1、信號傳遞采取電-光-電的形式,發光部分和受光部分不接觸,能夠避免輸出端對輸入端可能產生的反饋和干擾;

  2、抑制噪聲干擾能力強;

  3、具有耐用、可靠性高和速度快等優點,響應時間一般為數以內,高速型光電耦合器的響應時間有的甚至小于10ns。

  故在數控激光切割機系統電路設計時,應該注意輸入信號電路與單片機連接時的隔離。在這里,采用光電耦合是最常用的方法。

  在工業制造系統占有份量很重的金屬加工業,許多金屬材料,不管它是什么樣的硬度,都可以進行無變形切割。當然,對高反射率材料,如金、銀、銅和鋁合金,它們也是好的傳熱導體,因此激光切割機很困難,甚至不能切割。

  盡管激光切割機技術具體明顯的巨大優勢,但是作為高新科技設備,要使用激光切割機達到理想的切割加工效果,也必須掌握其加工技術參數與操作流程。特別在金屬激光切割機切割加工過程中,要選擇合適的切割速度,否則可能會造成幾種不良的切割結果,主要表現在如下:

  1、當激光切割速度太快時,會造成如下不良結果:

 ?、俜ㄇ懈?,火花亂噴;

 ?、谠斐汕懈蠲娉尸F斜條紋路,且下半部產生熔漬;

 ?、墼斐烧麄€斷面較粗,但無熔漬產生;

  2、相反,當激光切割速度太慢,又會造成:

 ?、僭斐蛇^熔狀況,切割面較粗糙。

 ?、谇锌p變寬,在尖角部位整個溶化。

 ?、塾绊懬懈钚?。

      所以,為了使激光切割機設備更好的發揮其切割功能,可以從激光設備切割火花來判斷進給速度是否合適:

  1、如果火花由上往下擴散,則表明切割速度恰當;

  2、如果火花向后傾斜時,則表明進給速度太快;

  3、如果火花呈現不擴散且少,凝聚在一起,則表明速度太慢。

  大多數有機與無機材料都可以用激光切割機。激光切割技術相比其他傳統的切割方式具有無法比擬的明顯優勢。激光切割機不但具有切縫窄,工件變形小的主要特性而且激光切割具有速度快、效率高、成本低、操作安全、性能穩定等特點。

  近年來,隨著大功率激光器的飛速改進和發展,其在工業中的應用從最初只用于小的或者微細結構的加工發展到廣泛用來進行大結構件的加工,越來越受到人們的關注和認可并普遍應用于機械制造、航空航天、汽車工業、粉末冶金、生物醫學微電子行業等工業界領域。其中薄板的激光焊接主要應用于航空航天工業和汽車制造業。

  長久以來,飛機結構件之間的連接一直采用落后的鉚接工藝,主要原因是飛機結構采用的鋁合金材料是熱處理高強化鋁合金,一經熔焊后,熱處理強化效果就會喪失,而且晶間裂紋難以避免。因此,普通氬弧焊等熔焊方法在飛機制造中的應用成為禁區。另一方面,在80年代初,鋁及其合金的激光加工十分困難,被認為是不可能的。主要是由于鋁合金存在對10.6mm波長激光的高反射和自身的高導熱性。在當時,激光加工主要使用波長為10.6mm的CO2激光器,而鋁對CO2激光的反射率高達97%,通常作為反射鏡使用。但是,激光加工的優越性又極大地吸引著從事激光材料加工的科研工作者。他們為此付出了大量的時間和精力來研究鋁合金激光加工的可能性。

  目前,高強鋁合金激光焊接成果已經成功應用于歐洲空中客車公司飛機制造中,其鋁合金內隔板均采用激光加工,實現了激光焊接取代傳統鉚接工藝。激光焊接技術的采用,大大地簡化了飛機機身的制造工藝,使機身重量減輕18%,成本下降21.4%~24.3%,被認為是飛機制造業的一次技術大革命。

  激光切割機的發展趨勢

  1、高速、高精度激光切割機由于大功率激光器光束模式的改善及32位微機的應 用,為激光切割設備的高速、高精度創造了有利條件。

  2、厚板切割和大尺寸工件切割的大型激光切割機隨著可用于激光切割激光器功率 的增大,激光切割正從輕工業薄板的鈑金加工向著重工業厚板切割方向發展。

  3、三維立體多軸數控激光切割機,為了滿足汽車、航空等工業的立體工件切割的 需要,目前已發展了各種各樣的五軸或六軸三維激光切割機,數控軸數達到九軸,加工速度快,精度高。在先進國家的汽車生產線上,激光切割機器人的應用愈來愈多。目前,三維激光切割機正向高效率、高精度、多功能和高適應性方向發展,其應用范圍將會愈來愈大。

       4、激光切割單元自動化和無人化為了提高生產率和節省勞動力,目前激光切割正 向著激光切割單元(FMC)和無人化、自動化方向發展。發展這種單元自動化系統,必須依賴于現金的自動控制、網絡控制技術及計算機生產輔助管理系統技術等。國外已有各種各樣的激光切割單元可供應市場,并有由6臺大型激光切割機為核心組成的無人化的切割生產線在工廠運行。

  5、緊湊型和組合一體化數控激光切割機隨著激光器提及的縮小和功率的增大,以 及輔助裝置的不斷完善,出現了把激光器、電源、主機、控制系統和冷卻水循環裝置等緊密地組合在一起,形成占地面積小、功能完善的整套緊湊型激光切割機。此外,激光切割技術正與激光焊接、激光表面淬火等激光加工工藝組合,以發展一機多用,進一步提高設備的利用率。

  激光切割機市場現狀分析

  國外汽車生產過程中,普遍采用三維激光切割機對覆蓋件、門板等進行精確切邊。再采用激光焊接機械手進行高質量自動焊接,不僅確保產品質量,而且生產效率極高。在樣車開發和小批量生產中,高度柔性的激光三維切割取代大量的沖孔和修邊模具,不僅節省大量模具,同時使新車型的開發周期大為縮短。在歐洲,幾乎所有汽車制造廠在汽車研制開發和生產中均的采用激光加工。激光制造技術在汽車制造中應用的廣度和深度已經成為汽車工業先進性的重要標志。國內已有汽車生產企業引進激光切割和激光焊接生產線,其他企業在未來的發展規劃中也都有引進計劃。三維激光切割機對提高新車型開發速度具有重要的促進作用。

  開發高精度三維激光切割機,對提高我國航天航空技術裝備水平具有重要的戰略意義。國防軍事裝備對高性能激光切割機的需求更為迫切,如三維立體激光切割機在直升飛機螺旋槳曲面加工中的應用,可以大大縮短產品試制時間,提高部件性能。

  在世界市場上,激光切割機正在向高功率、大幅面、厚板材方向發展。切割焊接是造船行業最基礎的加工工藝,目前我國船用鋼板切割一般采用火焰切割、等離子切割,由于精度有限,特別是對特殊材料的甲板和船體材料,許多國外大型造船廠普遍采用大幅面厚板材激光切割機,國內造船企業已經開始進行設備選購,特別是特種用途的船艇,采用激光切割已經成為一種必須的加工手段。預計在未來5-10年,這一應用行業的生產需求極大。隨著"精密造船"時代的來臨,高功率CO2激光切割技術及裝備在先進國家造船業得到了越來越廣泛的普及應用。

  大幅面厚板材激光切割機在其他重要行業也有迫切的需求,如航空航天發動機轉子轂的切割、鋼鐵冶金行業熱軋鋼坯的激光切割、坦克、裝甲車厚裝甲精密切割、發電設備中發電機組轉子的精密切割等。

      隨著我國鐵路建設、公路建設、水利建設、水電建設、能源、礦山建設、建筑業等重大工程的推進,到2015年,我國工程機械市場需求量將達到2000億元以上,大幅面厚鋼板激光切割機將在我國工程機械行業得到普遍應用。2007年,國內某著名重工機械企業對27臺3m×30m大幅面20mm厚鋼板激光切割機進行招標,由于國內激光企業無廠家符合技術要求,所有訂單都被國外廠家獲得。另一重工企業需求6臺3m×30m大幅面20mm厚鋼板激光切割機。也全部由國外廠家中標,僅此兩家合同金額就高達2億元。

  全球激光制造技術發展飛速,我國與國際激光技術水平的差距有所增大,高端的激光加工成套裝備幾乎全部依賴進口,致使國外激光制造裝備在我國市場的占有率高達70%。預計未來10年內,我國對這些高性能激光切割系統的市場需求量將達到100億元。如此迫切和巨大的市場需求反應出激光加工的手段已經覆蓋到國民經濟各個重要領域,同時也影響著國防、航空航天等關鍵技術的突破,我們不僅僅是解決目前國內該產品的空白,同時也旨在解決激光加工領域多層面技術核心問題,如激光數控、激光機床新型結構、高質量激光加工的技術瓶頸等。


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