文/陈志森·江苏金方圆数控机床有限公司
数控激光切割机是用激光作为工具（刀具）对工件进行切割加工的机床。激光切割机的发展与激光器技术有关，激光器从最初的YAG（固体激光器）、CO2（二氧化碳激光器）再到现在主流的光纤激光器，经历了三代发展，本文主要介绍CO2数控激光切割机和光纤激光切割机。
激光切割
激光切割是当前材料加工中一种先进且应用广泛的切割工艺，它是一种热切割加工方法，利用高能量密度的激光束作为切割刀具对材料进行切割。高功率密度的激光束照射工件，使被照射的材料迅速达到燃点或熔化、烧蚀，同时，借助与光束同轴的高速气流吹除熔融物质，从而完成工件切割。数控激光切割机具有精密制造、异形加工、柔性切割、一次成形、速度快、效率高等优点，在工业生产中解决了许多常规方法无法解决的难题，激光切割机的出现对工业的发展具有划时代的意义。
激光能切割大多数金属材料和非金属材料。在电气制造业，主要用于钣金开关柜加工；在运输机械行业，主要用于输送机械、搬运车辆、装卸机械的制造；在石油化工行业，主要用于切割石油筛缝管；在汽车制造业，主要用于切割形状复杂的车身薄板以及各种曲面件等，包括平面切割、三维切割；在工程机械制造业，主要用于机械结构件的加工；在医疗器械业，主要用于医疗机械的制造，可以满足医疗机械精密度、安全性、表面粗糙度等方面的要求；在装饰行业中，主要用于切割各种公共休闲场所的装饰，如厅堂墙装饰、广告招牌等；在包装业中，主要用于加工各种形状、不同大小的包装盒等。刀片
激光切割机硬件主要由床身、横梁、工作台、激光器、切割头、稳压器、水冷机、电控柜、气源（氧气、氮气、空气）组成，系统包含电气系统、机械系统、气路系统、光学系统、液压系统、润滑系统和冷却系统，是集机、光、电、气、液于一体的自动化设备。机床制造过程中使用的工艺有折弯、焊接、机加工、装配等。机械传动结构有丝杠螺母、齿轮齿条、同步带，机械传动以齿轮齿条传动为主，主要原因是齿轮传动瞬时传动精确，能承受重载，效率高。
CO2数控激光切割机
我司研发生产的LC系列CO2数控激光切割机如图1所示，机床主机包含实现X、Y、Z轴运动的机械部分和用于放置加工板材的工作台（常见的是单台面齿板工作台和链轮传动交换工作台），龙门悬挂式结构，传动部分采用大导程丝杠传动，横梁在固定梁上进行Y轴向运动，随动滑座在横梁上进行X轴向运动，切割头相对板材可在随动滑座上进行上、下（Z轴）移动。刀片
图1 LC系列数控激光切割机外形图
激光器是产生激光光源的装置，是激光切割机的核心部件。CO2激光器的发光原理如图2所示，外部气体由二氧化碳、氮气、氦气组成三元气体，充入谐振腔内，通过4万伏的高电压产生激光，激光在尾镜、折射镜、前镜之间循环，最后从前镜输出激光束。
CO2数控激光切割机的优点是可以切不锈钢，切割的不锈钢断面细腻，也可以切非金属材料（如亚克力、有机玻璃等）。缺点是其光电转换率不高，在8%～12%，耗电量高，设备维护费用高，外部气体带入的灰尘会堆积在镜片上产生烧痕，镜片更换的费用高。加上新一代光纤激光器的发展，CO2激光器在工业领域上逐渐被淘汰。
光纤激光切割机
我司研发生产的FC系列光纤激光切割机如图2所示，龙门式结构，传动部分采用齿轮齿条传动，横梁在床身上进行X轴向运动，滑座在横梁上进行Y轴向运动，切割头安装在滑座滑板上，通过丝杠或模组进行Z轴向运动。
图2 CO2激光器发光原理示意图
图3 FC系列激光切割机外形图
光纤激光器的发光原理如图4所示，激光器由模块组成，模块代表一段功率，模块相加合成总功率。模块内是泵浦源，泵浦源发出泵浦光通过耦合器产生一根光纤发出激光。
图4 光纤激光器发光原理示意图刀片
光纤激光切割机的优点是光电转换率达25%，耗电量低，增益介质为稀土元素，设备费用低。缺点是比CO2数控激光切割机切割的不锈钢断面粗糙，切割头组装密封性要求高。
结 束 语
激光技术经历了几次重大的变革，目前行业还是有很多的技术难点需要攻克，大致会从以下四个方面发展：高速高精机床、能承受高功率的切割头结构、穿孔工艺及机床智能化上下料与分拣码垛。激光器功率越来越高，薄板切割速度可达80m/min，但是由于机床精度及刚度的影响，高速下很难保持高精度的切割，所以机床结构和控制系统将会是未来主机厂研发的重点方向。
——摘自《钣金与制作》2022年第10期
