激光切割技術(shù)現狀與發(fā)展趨勢論文
激光切割技術(shù)現狀與發(fā)展趨勢論文【1】
摘要：介紹了激光切割技術(shù)的現狀及發(fā)展趨勢，提出了該技術(shù)的發(fā)展日標及需要解決的技術(shù)問(wèn)題。
關(guān)鍵詞：激光切割機 現狀 發(fā)展
引言
激光切割是激光加工行業(yè)中最重要的一項應用技術(shù)，也是激光加工中應用最早、使用最多的加工方法。
它占整個(gè)激光加工業(yè)的70%以上。
激光切割與其他切割方法相比，最大區別是它具有高速、高精度和高適應性的特點(diǎn)。
同時(shí)還具有割縫細、熱影響區小、切割面質(zhì)量好、切割時(shí)無(wú)噪聲、切縫邊緣垂直度好、切邊光滑、切割過(guò)程容易實(shí)現自動(dòng)化控制等優(yōu)點(diǎn)。
可切割碳鋼、不銹鋼、合金鋼、木材、塑料、橡膠、布、石英、陶瓷、玻璃、復合材料等。
激光切割板材時(shí)，不需要模具，可以替代一些需要采用復雜大型模具的沖切加工方法，能大大縮短生產(chǎn)周期和降低成本。
因此，目前激光切割已廣泛地應用于汽車(chē)、機車(chē)車(chē)輛制造、航空、化工、輕工、電器與電子、石油和冶金等工業(yè)部門(mén)中。
近年來(lái)，激光切割技術(shù)發(fā)展很快，國際上每年都以15%一20%的速度增長(cháng)。
一、概述國內外激光切割應用現狀
激光切割是激光加工中應用最早、使用最多的加工方法。
以日本為例，目前已擁有CO2激光切割機2萬(wàn)多臺，約占全球激光加工機總量的1/3，其中80%為激光切割設備。
據統計，自1995年以來(lái)，年生產(chǎn)C02激光切割機已超過(guò)500臺左右，其中YAG激光切割機100多臺。
而我國至今卻只有600多臺套激光切割機在使用中。
因此，在我國，激光切割技術(shù)的推廣和應用潛力很大。
隨著(zhù)我國國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展，許多傳統產(chǎn)業(yè)需要改造，許多鈑金加工領(lǐng)域有待開(kāi)發(fā)，許多工業(yè)城市也需要建立激光加工中心。
二、激光切割技術(shù)發(fā)展趨勢及特點(diǎn)
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(chuàng )造了有利條件。
目前國際先進(jìn)水平的激光切割機的切割速度已達到20m/min以上，兩軸快速運動(dòng)可達250m/min，加速度最大為109，定位精度達0.01mm/500mm。
采用高速、高精度的激光切割機，在切割板厚lmm，直徑10mm的小圓時(shí)，每分鐘能切割500多個(gè)，而其直徑誤差不大于50mm，實(shí)現了真正意義上的飛行切割技術(shù)。
2. 厚板切割和大尺寸工件切割的大型激光切割機
如上所述，隨著(zhù)可用于激光切割激光器功率的增大，激光切割正從輕工業(yè)薄板的鈑金加工向著(zhù)重工業(yè)厚板切割方向發(fā)展。
6kW大功率激光器，能切割低碳鋼板最大厚度達32mm的大尺寸工件。
由于厚板激光切割技術(shù)的不斷改進(jìn)，目前已經(jīng)嘗試使用3kW的激光器切割通常需要用6kW激光器才能切割的32mm厚的低碳鋼板.并已用于試生產(chǎn)。
此外，激光切割機的加工尺寸范圍也在不斷擴大，目前生產(chǎn)最大激光切割機的機寬可達5.4m，長(cháng)達6m。
這都說(shuō)明了厚板、大尺寸激光切割技術(shù)正在逐漸提高。
3.三維立體多軸數控激光切割機
為了滿(mǎn)足汽車(chē)、航空等工業(yè)的立體工件切割的需要，目前已發(fā)展了各種各樣的5軸或6軸三維激光切割機，其最大加工工件尺寸可達3500mmx1200mm，數控軸數達到9軸，加工速度快，精度高，在6.2m范圍內加工誤差僅在0.1mm之內。
在先進(jìn)國家的汽車(chē)生產(chǎn)線(xiàn)上，YAG激光切割機器人的應用愈來(lái)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(fā)展，其應用范圍將會(huì )愈來(lái)愈大。
三、激光切割技術(shù)發(fā)展前沿
自1960年紅寶石激光器問(wèn)世以來(lái)，激光加工技術(shù)至今已發(fā)展到第三個(gè)時(shí)期了。
為了實(shí)現上述技術(shù)的持續發(fā)展，在2l世紀初，激光切割需要研究、開(kāi)發(fā)和解決的主要問(wèn)題如下。
1.激光器的改進(jìn)。
包括2kW級以上CO。
激光器光束模式的改善、YAG激光束發(fā)散角的減小和超小型大功率氣體激光器的開(kāi)發(fā)等。
2.光束傳導系統功能部件的研究。
提高大功率激光光束傳遞和聚焦光路系統的可靠性及性能，包括大功率光路系統中熱變形補償及其監測系統的研究、光軸的自動(dòng)調節系統及防反射光光學(xué)系統的開(kāi)發(fā)和YAG光導纖維傳送系統的小型化及消除象差等問(wèn)題的解決。
采用補償控制等方法使切割工作臺超高速化、高精度化，提高激光切割機器人的移動(dòng)速度和精度，NC控制計算、處理的高速化等。
3.切割軟件的功能改善及激光切割T藝控制。
利用CAD/CAM.研制高速自動(dòng)示教編程系統，以縮短三維立體激光切割機的編程時(shí)間。
開(kāi)發(fā)快速的、空間的高分辨率傳感器及其監測系統等，建立適應性控制。
四、數控激光切割機技術(shù)發(fā)展目標
1.高速、高精度激光切割機及切割工藝
我國的數控激光切割機生產(chǎn)，經(jīng)過(guò)近20年的發(fā)展已取得了很大成就。
但與國外先進(jìn)產(chǎn)品相比，還有較大差距，主要表現在切割機的運行速度低，動(dòng)態(tài)精度差，配套功能不夠，切割工藝參數不完善和切割斷面質(zhì)量不易保證等。
為了進(jìn)一步提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)率，必須生產(chǎn)出新型的高速、高精度的激光切割機，以滿(mǎn)足國內日益增長(cháng)的生產(chǎn)需要，數控激光割機應具備專(zhuān)用切割工藝參數，配有激光專(zhuān)用自動(dòng)編程系統及自動(dòng)排料、套料系統，減少編程時(shí)間，提高板材利用率。
數控激光切割機如安裝交換工作臺，則可以大大提高生產(chǎn)率，充分利用激光能源，降低生產(chǎn)成本。
2.厚板激光切割技術(shù)及其設備
由于大功率CO2激光器光束模式的改進(jìn)和激光切割技術(shù)進(jìn)步，使厚板激光切割技術(shù)的應用逐漸增加，同時(shí)由于切割工藝采用CNC控制激光切割精度高，因此，用激光切割代替等離子、氧乙炔為主的中厚板切割的趨勢正迅速增長(cháng)，激光切割正從輕工業(yè)的鈑金加工業(yè)向建筑機械、橋梁、造船等重工業(yè)方向發(fā)展。
3.三維高精度大型數控激光切割機及其切割
工藝技術(shù)三維數控激光切割機主要應用于汽車(chē)制造、航空、建筑及難以加工的大型立體鈑金件。
其主要特點(diǎn)是：床身剛性好、加工范圍大;龍門(mén)式結構能實(shí)現高速、高精度的切割;三維激光切割頭不僅能沿X、Y、Z軸作直線(xiàn)運動(dòng)，且能進(jìn)行C軸旋轉.數控系統采用5軸或6軸聯(lián)動(dòng)系統，具有空間立體編程簡(jiǎn)單、操作方便和可靠性高的特點(diǎn)。
目前國內企業(yè)對三維激光切割機已經(jīng)有需求，隨著(zhù)市場(chǎng)和經(jīng)濟的快速發(fā)展，在汽車(chē)、航空、機車(chē)及工程機械等行業(yè)對三維激光切割機的需求將會(huì )不斷增大，因此，開(kāi)發(fā)出性能好、工作可靠、使用方便的三維激光切割機，將使我國激光切割機的水平大大提高一步。
五、總結
隨著(zhù)裝備制造業(yè)的快速發(fā)展，我國數控激光切割成套設備已進(jìn)入快速增長(cháng)期，年增長(cháng)率達50%以上。
應用行業(yè)包括：汽車(chē)、船舶、航空、核工業(yè)、機械制造、鋼鐵、紡織、石油、激光加工中心等。
在2006年全國激光加工學(xué)術(shù)年會(huì )上，專(zhuān)家們認為：到“十一五”末期，我國每年至少需要1500多臺套高功率數控激光切割機，到“十二五”末期，我國高功率數控激光切割機市場(chǎng)需求量將達到10000臺套，其中除了通用的激光切割機之外，對高速高精度激光切割機、大幅面厚板激光切割機、三維立體數控激光切割機、航天航空用有色金屬激光器切割機等高性能激光切割系統的需求也與日俱增。
參考文獻
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數控激光切割技術(shù)發(fā)展趨勢【2】
摘要：數控激光切割技術(shù)是一種高成本的工業(yè)切割技術(shù)，數控激光切割技術(shù)切割材料的范圍是十分廣泛的，具有顯著(zhù)的切割優(yōu)勢，該項技術(shù)在國外發(fā)展較好，國內發(fā)展還是比較緩慢的，本文主要探究數控激光切割技術(shù)的發(fā)展趨勢。
關(guān)鍵詞：數控;激光切割;工業(yè);技術(shù)
數控激光切割技術(shù)，是一種高水平的切割技術(shù)，這項技術(shù)所能夠切割材料的范圍廣，成本高，切割效率也極高。
隨著(zhù)激光切割技術(shù)的不斷普及，市場(chǎng)對高效率切割技術(shù)需求的增大，使得當前高效率的數控激光切割技術(shù)得到了不斷的發(fā)展。
該項技術(shù)在交通、汽車(chē)制造、航空航天事業(yè)中都發(fā)揮了重要的作用。
1.數控激光切割技術(shù)概述
數控激光切割技術(shù)是一種將數控技術(shù)與激光技術(shù)進(jìn)行有機結合的一項技術(shù)。
兩者的結合形成了一種高效的自動(dòng)化設備，達到了一個(gè)新的技術(shù)水平，突破了原有的切割技術(shù)的障礙，在各行各業(yè)中都發(fā)揮了一定的積極作用。
數控激光切割技術(shù)融合了電、光、材料等學(xué)科的知識，形成一種綜合型的技術(shù)。
很多制造業(yè)中的高端設備都需要這樣的一種高效的切割設備。
數控激光切割技術(shù)的特點(diǎn)是高精度、智能化，高精度源自于激光切割技術(shù)的精準性，而智能化就與數控系統有關(guān)。
該項技術(shù)作為切割領(lǐng)域內的前端技術(shù)，國外一直多中國采取技術(shù)封鎖，使得長(cháng)期以來(lái)，我國的高效能數控激光切割技術(shù)發(fā)展緩慢，國內的市場(chǎng)該項技術(shù)的市場(chǎng)主要都是來(lái)自于國外進(jìn)口，進(jìn)口技術(shù)具有較高的成本，對我國很多工業(yè)企業(yè)來(lái)說(shuō)是一大問(wèn)題，所以該項技術(shù)在國內的研究與發(fā)展一直是國家關(guān)注的重點(diǎn)。
2.數控激光切割技術(shù)發(fā)展的重要意義
數控激光切割技術(shù)在我國發(fā)展具有重要意義，數控激光切割技術(shù)作為一種高效率的切割技術(shù)，能夠有效的促進(jìn)我國制造業(yè)的發(fā)展，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率，因而，對我們整體技術(shù)水平的發(fā)展具有一定的戰略意義。
目前我國的切割高功率切割設備經(jīng)過(guò)了幾十年的發(fā)展，已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展，開(kāi)始占有一定的市場(chǎng)份額，但是值得一提的是，我國當前占有主要市場(chǎng)份額的切割設備都屬于中低端設備，真正的高端切割設備進(jìn)口率還是比較大的，整體的市場(chǎng)占有份額沒(méi)有中低端設備高。
那些高效率激光器、激光專(zhuān)用控制系統等其它核心技術(shù)還需要進(jìn)口。
但是我們制造業(yè)對高端切割技術(shù)的需求又在逐漸增加，使得每年不得不花費數十億元進(jìn)口國外的高端切割設備。
這是由于國外一直以來(lái)對中國實(shí)行的技術(shù)封鎖，想要在未來(lái)的切割領(lǐng)域獲得長(cháng)效的發(fā)展，就不得不探索屬于我們自己的核心切割技術(shù)，生產(chǎn)高端切割設備，改變長(cháng)期以來(lái)的進(jìn)口技術(shù)的境況。
隨著(zhù)我國產(chǎn)業(yè)升級發(fā)展的需要，使得全國范圍數控激光切割技術(shù)需求呈現出逐年增長(cháng)的趨勢。
數控激光切割技術(shù)以其超靈活性逐漸取代了傳統的切割手段，對汽車(chē)、船舶、能源設備等行業(yè)都有著(zhù)重要的意義。
這些行業(yè)都需要高精度的切割手段，來(lái)提高切割效率，降低制造成本。
很多高端的數控激光切割設備對國內的高端技術(shù)領(lǐng)域都有著(zhù)重要的影響。
除了發(fā)展高效能的數控激光切割技術(shù)，同時(shí)也能夠進(jìn)行相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈的延伸發(fā)展，發(fā)展大功率激光器、光學(xué)零部件、電氣控制系統等，促使整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的建立與完善。
這些都對我國整體的切割技術(shù)水平的提升有著(zhù)重要的意義。
3.數控激光切割技術(shù)發(fā)展前景分析
從當前數控激光切割技術(shù)的發(fā)展現狀看來(lái)，未來(lái)數控激光切割技術(shù)還有廣闊的發(fā)展空間，高功率的數控激光切割設備全球累計甬有不到40000臺，并且當前我國幾經(jīng)開(kāi)始進(jìn)入高端設備需求增長(cháng)時(shí)期，每年增長(cháng)率達50%以上，汽車(chē)、航空、船舶等各個(gè)領(lǐng)域都需要這樣的數控激光切割設備來(lái)進(jìn)行生產(chǎn)制造。
從整個(gè)世界范圍來(lái)看，激光切割設備開(kāi)始往高功率、大幅面、厚板材方向發(fā)揮在那，國內對高功率的激光切割設備的需求量不斷增加，預計在未來(lái)5-10，高功率激光切割設備將會(huì )有一個(gè)較大的突破性的增長(cháng)。
隨著(zhù)全球激光制造技術(shù)的不斷發(fā)展，我國與國際激光技術(shù)發(fā)展水平還是存在一定的差距的，尤其是高端的激光切割設備幾乎全部都是進(jìn)口，如此巨大的市場(chǎng)需求，要不斷的要求國內的高端激光切割技術(shù)的突破，這樣的突破需要解決激光加工制造領(lǐng)域多層面的技術(shù)核心問(wèn)題，例如數控激光、激光機床加工技術(shù)等。
這些技術(shù)的發(fā)展與突破并不是一朝一夕的事，需要國家不斷的加強對這些技術(shù)的支持與投入，加強對該技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)研究與探究，才能夠在根本上解決我國的高端數控激光切割技術(shù)的發(fā)展瓶頸。
整體上而言，正是因為發(fā)展的不夠徹底，才使得是數控激光切割技術(shù)擁有一個(gè)較為明朗的發(fā)展前景。
4.結語(yǔ)
數控激光切割技術(shù)是一種融合了數控系統與激光切割技術(shù)的新型高效率切割技術(shù)，目前國內對于這樣的高效率的數控激光切割設備的需求量呈現逐年增長(cháng)的趨勢，但是我國在該項技術(shù)領(lǐng)域并沒(méi)有掌握核心技術(shù)，很多這樣的技術(shù)都依賴(lài)進(jìn)口，但是正是因為有這樣的一個(gè)潛在的巨大的市場(chǎng)需求，才使得我國的高端數控激光切割技術(shù)發(fā)展前景廣闊。
[參考文獻]
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