文/陳志森·江蘇金方圓數控機床有限公司

數控激光切割機是用激光作為工具（刀具）對工件進行切割加工的機床。激光切割機的發展與激光器技術有關，激光器從最初的YAG（固體激光器）、CO2（二氧化碳激光器）再到現在主流的光纖激光器，經歷了三代發展，本文主要介紹CO2數控激光切割機和光纖激光切割機。

激光切割

激光切割是當前材料加工中一種先進且應用廣泛的切割工藝，它是一種熱切割加工方法，利用高能量密度的激光束作為切割刀具對材料進行切割。高功率密度的激光束照射工件，使被照射的材料迅速達到燃點或熔化、燒蝕，同時，借助與光束同軸的高速氣流吹除熔融物質，從而完成工件切割。數控激光切割機具有精密制造、異形加工、柔性切割、一次成形、速度快、效率高等優點，在工業生產中解決了許多常規方法無法解決的難題，激光切割機的出現對工業的發展具有劃時代的意義。

激光能切割大多數金屬材料和非金屬材料。在電氣制造業，主要用于鈑金開關柜加工；在運輸機械行業，主要用于輸送機械、搬運車輛、裝卸機械的制造；在石油化工行業，主要用于切割石油篩縫管；在汽車制造業，主要用于切割形狀復雜的車身薄板以及各種曲面件等，包括平面切割、三維切割；在工程機械制造業，主要用于機械結構件的加工；在醫療器械業，主要用于醫療機械的制造，可以滿足醫療機械精密度、安全性、表面粗糙度等方面的要求；在裝飾行業中，主要用于切割各種公共休閑場所的裝飾，如廳堂墻裝飾、廣告招牌等；在包裝業中，主要用于加工各種形狀、不同大小的包裝盒等。刀片

激光切割機硬件主要由床身、橫梁、工作臺、激光器、切割頭、穩壓器、水冷機、電控柜、氣源（氧氣、氮氣、空氣）組成，系統包含電氣系統、機械系統、氣路系統、光學系統、液壓系統、潤滑系統和冷卻系統，是集機、光、電、氣、液于一體的自動化設備。機床制造過程中使用的工藝有折彎、焊接、機加工、裝配等。機械傳動結構有絲杠螺母、齒輪齒條、同步帶，機械傳動以齒輪齒條傳動為主，主要原因是齒輪傳動瞬時傳動精確，能承受重載，效率高。

CO2數控激光切割機

我司研發生產的LC系列CO2數控激光切割機如圖1所示，機床主機包含實現X、Y、Z軸運動的機械部分和用于放置加工板材的工作臺（常見的是單臺面齒板工作臺和鏈輪傳動交換工作臺），龍門懸掛式結構，傳動部分采用大導程絲杠傳動，橫梁在固定梁上進行Y軸向運動，隨動滑座在橫梁上進行X軸向運動，切割頭相對板材可在隨動滑座上進行上、下（Z軸）移動。刀片

圖1 LC系列數控激光切割機外形圖

激光器是產生激光光源的裝置，是激光切割機的核心部件。CO2激光器的發光原理如圖2所示，外部氣體由二氧化碳、氮氣、氦氣組成三元氣體，充入諧振腔內，通過4萬伏的高電壓產生激光，激光在尾鏡、折射鏡、前鏡之間循環，最后從前鏡輸出激光束。

CO2數控激光切割機的優點是可以切不銹鋼，切割的不銹鋼斷面細膩，也可以切非金屬材料（如亞克力、有機玻璃等）。缺點是其光電轉換率不高，在8%～12%，耗電量高，設備維護費用高，外部氣體帶入的灰塵會堆積在鏡片上產生燒痕，鏡片更換的費用高。加上新一代光纖激光器的發展，CO2激光器在工業領域上逐漸被淘汰。

光纖激光切割機

我司研發生產的FC系列光纖激光切割機如圖2所示，龍門式結構，傳動部分采用齒輪齒條傳動，橫梁在床身上進行X軸向運動，滑座在橫梁上進行Y軸向運動，切割頭安裝在滑座滑板上，通過絲杠或模組進行Z軸向運動。

圖2 CO2激光器發光原理示意圖

圖3 FC系列激光切割機外形圖

光纖激光器的發光原理如圖4所示，激光器由模塊組成，模塊代表一段功率，模塊相加合成總功率。模塊內是泵浦源，泵浦源發出泵浦光通過耦合器產生一根光纖發出激光。

圖4 光纖激光器發光原理示意圖刀片

光纖激光切割機的優點是光電轉換率達25%，耗電量低，增益介質為稀土元素，設備費用低。缺點是比CO2數控激光切割機切割的不銹鋼斷面粗糙，切割頭組裝密封性要求高。

結 束 語

激光技術經歷了幾次重大的變革，目前行業還是有很多的技術難點需要攻克，大致會從以下四個方面發展：高速高精機床、能承受高功率的切割頭結構、穿孔工藝及機床智能化上下料與分揀碼垛。激光器功率越來越高，薄板切割速度可達80m/min，但是由于機床精度及剛度的影響，高速下很難保持高精度的切割，所以機床結構和控制系統將會是未來主機廠研發的重點方向。

——摘自《鈑金與制作》2022年第10期