百超激光切割机理论操作培训

切割理论培训

Jan2010培训人：王春伟激光切割基本原理Lens辅助气体:O2/N2/AirI喷出溶料切割速度焦点位置激光功率密度气压切割质量Mai20032009Bystronic切割方式(1)激光熔蚀切割切割过程中,入射的激光功率密度达到一定后,材料内部开始蒸发,形成空洞,进而吸收光束能量,然后高压辅助气体将孔洞周围熔蚀材料带走,形成切缝,切割辅助气体不与金属反应。我们使用氮气做辅助气体。切割过程是激光束、切割辅助气体和工件三者间的相互作用过程,即激光作用在材料表面,高温使材料加热熔化,然后利用辅助气体将炽热材料燃烧或吹走形成切缝。Mai20032009Bystronic切割方式(2)激光氧化切割即使用氧气作为切割辅助气体。由于氧气会与已经炽热的金属发生反应,释放出大量的热,进一步加热材料。功率25%-80%最大功率，气压0.5Bar-5Bar，焦点接近在上表面。Mai20032009Bystronic切割方式(3)等离子切割是激光熔蚀切割的一种。主要用于切割不锈钢。通常使用最大功率，氮气切割，主要用于不锈钢厚板（大于15mm）的切割，切割时可以看到蓝色的光，表面粗糙，CutControl必须关闭。Mai20032009BystronicBysoft应用设置数据库用户的步骤Setanewuserofdatabase:ByDBA-----usermanagement-----New-----setuserandpasswordBybase使用步骤Bypart(Flatpart)1.New2.element3.contour(Green)4.F5F65.TechnologyMai20032009BystronicBysoft应用切割模式的选择CWCutting正常切割Marco1Holediameter=(1to2times)×thinknessPulsCuttingHolediameter=(0.5to1times)×thinknessEngravingTechassistOffMicrojoints设置最小长度和宽度CenterPunchmarks当Holediameter小于机器可切割的直径具体参照TAR-Editor的RUX文件。DXFImport1.opennew2.LoadDXFfile3.selectlayer,linetypeetc4.<M>selectclass5.enter(ifcomplete)6.<e>forexitMai20032009BystronicTAR-Editor应用Byjin4020AluN2Thicknessuptoandincluding11.52345681012Lead-in/Lead-out

Rules

Lead-in1uptoandincludingholediameter0000000000Piercingcut,opencontoursPulsedPulsedPulsedPulsedNormalNormalNormalPulsedPulsedPulsedSettings,lead-in1

TypePerpend.straightlinePerpend.straightlinePerpend.straightlinePerpend.straightlineStraightlinewitharcStraightlinewitharcStraightlinewitharcPerpend.straightlinePerpend.straightlinePerpend.straightlineLength5555666101012Radius00001.51.51.5000OperatingmodeFollow-onelementFollow-onelementFollow-onelementFollow-onelementFollow-onelementFollow-onelementFollow-onelementProcessmacro2Processmacro2Processmacro2PiercingPulsedPulsedPulsedPulsedNormalNormalNormalPulsedPulsedPulsedSettings,standardlead-in

TypePerpend.straightlinePerpend.straightlinePerpend.straightlinePerpend.straightlineStraightlinewitharcStraightlinewitharcStraightlinewitharcPerpend.straightlinePerpend.straightlinePerpend.straightlineLength5555666101012Radius00001.51.51.5000OperatingmodeFollow-onelementFollow-onelementFollow-onelementFollow-onelementFollow-onelementFollow-onelementFollow-onelementProcessmacro2Processmacro2Processmacro2PiercingPulsedPulsedPulsedPulsedNormalNormalNormalPulsedPulsedPulsedSettings,lead-out

TypeDirectlyonthecontourDirectlyonthecontourDirectlyonthecontourDirectlyonthecontourDirectlyonthecontourDirectlyonthecontourDirectlyonthecontourDirectlyonthecontourDirectlyonthecontourDirectlyonthecontourLength0000000000Radius0000000000Cutting

Rules

Engraveuptoandincludingholediameter0.40.70.91.41.92.42.93.94.95.9Pulseduptoandincludingholediameter0000000000Processmacro1uptoandincludingholediameter20202020202020202020Processmacro2uptoandincludingholediameter0000000000Processmacro3uptoandincludingholediameter0000000000Processmacro4uptoandincludingholediameter0000000000Processmacro5uptoandincludingholediameter0000000000Settings,cutting

ToolcorrectionNormalNormalNormalNormalNormalNormalNormalNormalNormalNormalOperatingmodeforopencontoursCuttingCuttingCuttingCuttingCuttingCuttingCuttingCuttingCuttingCuttingCornermode

TypeFilletFilletFilletFilletFilletFilletFilletFilletFilletFilletRadius/Length0.80.80.80.811.51.522.53Mai20032009BystronicParameterEditor应用ParameterEditor软件演示导出结果：Mai20032009Bystronic使用的喷嘴（Nozzle）HeadNozzleMat.GasNozzleMat.GasNozzleMat.GasNozzleMat.Gas7.5"NK3017St_25O2

NK2515St_20O2

HK30In_20N2

NK1715St_15O2

HK30In_15N2

NK1515St_12O2

HK30In_12N2NK3020Alu_12N2NK1215St_10O2

HK30In_10N2NK3020Alu_10N2NK1215St_8O2

HK25In_8N2NK2520Alu_8N2NK1215St_6O2

HK25In_6N2NK2520Alu_6N2NK1215St_5O2HK25St_5N2HK20In_5N2NK2520Alu_5N2NK1215St_4O2HK20St_4N2

NK2520Alu_4N25"

HK20In_4N2

HK10St_3O2HK17St_3N2HK17In_3N2HK17Alu_3N2HK10St_2.5O2HK17St_2.5N2HK17In_2.5N2HK15Alu_2.5N2HK10St_2O2HK15St_2N2HK15In_2N2HK15Alu_2N2HK10St_1.5O2HK15St_1.5N2HK15In_1.5N2HK15Alu_1.5N2HK10St_1O2HK15St_1N2HK15In_1N2HK15Alu_1N2Mai20032009Bystronic使用的喷嘴（Nozzle）在喷嘴的使用上要注意以下两个问题:喷嘴型号因为喷嘴口大小会影响出口压力分布,影响切割速度。喷嘴直径过大,喷气流对切割区的强烈冷却作用使热影响区变窄;喷嘴直径过小,会阻碍熔渣的顺利排出。喷嘴距离喷嘴距离太小,对透镜会产生强烈的返回压力,减弱了对溅散切割产物的驱散能力;距离过大又会造成不必要的动能损失,都不利于切割。如果切割喷嘴选用不当或维护不善造成污染或损伤,或者喷嘴口不圆或堵塞,会形成喷气涡流,导致切割质量明显下降。有时喷嘴中心不对中，光束就会剪切边缘，有切割毛刺。有不少操作者贪图一时便利，每次并没有按照规范进行对中，往往等切割质量出现问题才检查喷嘴,这时可能喷嘴已经烧坏了。切割圆形轮廓,出来是椭圆,而且有毛刺,就怀疑是否设备有故障,而事实上是操作人员并没有对好喷嘴中心,激光束都打在喷嘴壁上了。若仅在切缝一侧有长的不规则的毛刺,应首先检查喷嘴中心,但是注意焦点位置过高也有可能出现该现象。Mai20032009BystronicByposMai20032009BystronicByposMai20032009BystronicByposMai20032009BystronicCutControl功能1.监控氮气切割过程2.寻边检测3.CPP(脉冲控制穿孔)Mai20032009BystronicCutControl监控氮气切割的校准值确定：1.加载LCC文件，如下图。使用3mm不锈钢进行直线切割。2.将操作页面更换到SetupValue，开始切割，在直线切割速度稳定时，将Calibrationduringcut激活，记录下calibrationthreshold的显示值。3.测试5次，计算平均值，填写到参数中的calibrationthreshold里。4.速度设置为12000mm/min，切割星形，这时不能切透，cutcontrol起作用，自动重新切割，看是否在设置的次数内，切割停止。检验完成。Mai20032009BystronicCutControlMai20032009Bystronic重要的参数：焦点位置FocalPosition(mm)：

焦点位置在调整好的参数中可以有一定的Tolerance，比如1.5—2.5都可以切出比较好的效果，这取决于其他参数的配合，但这个参数对切割效果影响最大也最直接。一旦超出范围，直接就会发现板料的下表面效果不好。焦点位置由于激光功率对切割速度影响很大,激光束光斑大小与透镜的焦长有关。5”切割镜片的光斑要比7”的小,聚焦后的功率密度高,但相反调节余量小,一般适用于切薄板,切割厚板应采用焦长长的透镜较合适。当焦点处于最佳位置时,切缝小,切割速度最佳。实际切割过程中,由于透镜因冷却不好会受热变形,焦点变化,这是需要及时调整。Mai20032009Bystronic重要的参数：切割气压GasPressure(Bar)：辅助切割，吹掉溶料。对于O2，增大气压会使O2量增多，帮助Beam增加在板材表面的功率，反之减少，氧气会使材料表面氧化，释放出更多的能量，所以一般气压比较小（0.5—5Bar），且焦点位置比较靠近材料的上表面；对于N2，更多的是为了冷却切口，所以一般气压比较大（6—17Bar），且焦点位置比较靠近材料的上表面，氮气切割需要消耗高的能量达到板料的熔点。Mai20032009Bystronic重要的参数：切割气压辅助气体压力当高速切割薄板时,需要较高的气体压力,防止切口背面粘渣;当切割厚板或切割速度较慢时,应适当降低气压;对于切割非金属材料,为防止切面霜化,最好调低气压。此外,氧气纯度对于切割质量的影响很大,如果氧气纯度每降低2%,切割速度就要降低50%,而且切面质量差。所以要保证辅助气体的纯度,此外还要注意气体管道的清洁,由于气体或管道内的杂质,在长时间的使用后会堵塞气体减压阀,使切割气体压力不稳定,必然会造成加工质量下降。如果切割气体压力过低,也会出现切面上有坑洼。根据经验,在氧气切割碳钢版时,如果需要提高切缝的光洁平整度,一般可以在原标准参数基础上,略微降低切割速度,激光功率和气体压力,通常都会收到不错的效果。Mai20032009Bystronic重要的参数：功率Power(W)：功率过小，不容易切割透过板材；功率过大，会使板材温度过高，连续切割容易造成不良。同样切割小孔时，一定面积内的能量容易过多，所以这个参数的选择，一般稍小一些。但是对于一些材料，比如Al，必须高的能量才能切出比较好的效果。连续切割时,功率大小和模式好坏都会直接影响加工质量。有人认为对于大功率激光器,采用100%功率切割就能取得最高速度,其实不对。在实际应用中,随着激光功率的增加,模式会随着有所改变,在焦点处未必获得最高的功率密度,也就是说切割质量未必最佳。事实上,随着激光器使用时间的增加,光学元件如偏振镜的损耗,激光气体纯度和混合比的差异等因素,都会改变激光的输出模式。Mai20032009Bystronic重要的参数：速度Speed(mm/min)：速度较低时，容易切割出比较好的效果。在功率一定的情况下，速度变慢，切割单位长度的时间变长，根据W=P*T，增加了在板材表面的功率，反之减少。切割速度对于特定的激光功率密度和材料,切割速度一般与功率密度成正比。功率密度不但与输出功率有关,而且与光束质量特别是激光模式有关。建议在满足产品质量前提下,应尽可能地提高切割速度,提高效率,如果速度偏慢,可以切下工件,但排出的热融材料会烧蚀切面使切面粗糙。实践证明,在切割不锈钢材料时,只要激光功率达到,增加切割速度,其切缝会更细腻光亮。切割纹理滞后于切割方向,说明切割速度过高,同时也有可能因为焦点位置过高、功率不够或辅助切割气体压力不够所致。Mai20032009Bystronic重要的参数：喷嘴清洁高度

5"7.5"7.5"(12-25mm)SteelO21mm0.7mm1mmSteelN22mm-InoxN20.7mmAluN22mmNozzleClearanceDistance(mm)：当调整以上参数不能获得明显的效果时，可以调整这个参数值，它的影响比较多，可能要重新调整以上4个参数。最小值为0.4mm，通常为0.6—2mm。过低的话会使切割灰尘容易进入切割头造成损坏。喷嘴距离太小,对透镜会产生强烈的返回压力,减弱了对溅散切割产物的驱散能力;距离过大又会造成不必要的动能损失,都不利于切割Bystronic切割机安装有电容式感应装置,可以自动调节喷嘴切割距离,但前提是选用了正确的切割参数。下表作为参考：Mai20032009Bystronic重要的参数：调制、加速、减速因子说明：Vs最大=5000mm/minM=50%=Vs2500P=100%CWa=减速开始b=调制开始c=直到Vs=0的减速距离d=转角停留时间(20ms)e=调制区域f=切割半径的时间1

Vs0=调制启动2/4

Vs>2500=无调制3

Vs<2500=调制启动提问：为什么2和4位置不进行调制Mai20032009Bystronic重要的参数：调制、加速、减速因子Vorschub最大径向加速度[mm/min]

0.20.30.550.81.11.41.82.22.73.23.74.34.955.66.47.1半径

10001.370.770.490.340.250.190.150.120.100.090.070.060.050.050.040.0420005.493.091.981.371.010.770.610.490.410.340.290.250.220.190.170.15300012.356.944.443.092.271.741.371.110.920.770.660.570.490.430.380.34400021.9512.357.905.494.033.092.441.981.631.371.171.010.880.770.680.61500034.2919.2912.358.576.304.823.813.092.552.141.831.571.371.211.070.95600049.3827.7817.7812.359.076.945.494.443.673.092.632.271.981.741.541.37700067.2237.8124.2016.8012.359.457.476.055.004.203.583.092.692.362.091.87800087.7949.3831.6021.9516.1212.359.757.906.535.494.684.033.513.092.732.449000111.162.5040.0027.7820.4115.6312.3510.008.266.945.925.104.443.913.463.0910000137.277.1649.3834.2925.2019.2915.2412.3510.208.577.316.305.494.824.273.8111000166.093.3659.7541.5030.4923.3418.4414.9412.3510.378.847.626.645.845.174.6112000197.5111.171.1149.3836.2827.7821.9517.7814.6912.3510.529.077.906.946.155.4915000308.6173.6111.177.1656.6943.4034.2927.7822.9619.2916.4414.1712.3510.859.618.5720000548.7308.6197.5137.2100.877.1660.9749.3840.8134.2929.2225.221.9519.2917.0915.2425000857.3482.3308.6214.3157.5120.695.2677.1663.7753.5845.6639.3734.2930.1426.7023.81Mai20032009Bystronic重要的参数：调制、加速、减速因子加速因子(m/s2)此参数用于指定切割时的加速度。加工方向发生改变后，加速因子会影响轮廓精度。增大此因子会缩短加速距离，降低此因子会增大加速距离。减速因子(m/s2)此参数等同于加速因子。它定义了减速距离。增大此因子会缩短减速距离，降低此因子会增大减速距离。在调整的时候，应该根据样件的现象来综合调整这3个参数。Mai20032009Bystronic需要创建的切割参数创建切割参数时，在原有的使用Bylaser4400的参数的基础上，使用Default参数进行切割，观察结果，作为基础，在这个基础上更改参数进行测试，每次只更改一个参数并明确标记，与基础样件进行比较。每一种材质每一种厚度都要对每个参数进行测试。需要创建的参数如下表：Mai20032009Bystronic创建CW切割参数步骤1.将FeedRate（Speed）上调10%2.用Default参数的FocalPosition开始切割，每次变更+0.5mm直到切割出不能接受的样件，再每次变更-0.5mm直到切割出不能接受的样件，看Tolerance。比如，2、3、4、5、6，其中2和6切割效果不好，那么就说明，在当前GasPressure和Power下Tolerance是2mm。3.将Default参数的GasPressure，每次变更+1Bar，使用上述FocalPosition，直到切割出不能接受的样件，再每次变更-1Bar，使用上述FocalPosition，直到切割出不能接受的样件。4.每次变更+10%Power，使用上述FocalPosition和GasPressure，直到切割出不能接受的样件，再每次变更-10%Power，使用上述FocalPosition和GasPressure，直到切割出不能接受的样件。5.这样我们得到三组数据，看每一组的FocalPosition的Tolerance。取最大的一组作为基础。6.再将NozzleClearanceDistance的数值+/-0.2，确认是否可以在Tolerance内。7.将FeedRate（Speed）恢复。8.重新检查并对FocalPosition取中值。Mai20032009Bystronic创建CW切割参数步骤Mai20032009Bystronic创建CW切割参数步骤以上是这个步骤，但操作实际中，很可能第一步就进行不下去，因为可能只能在一个FocalPosition切出可以接受的样件，更改数值就切不出，这说明要同时调整几个参数，要反复重复上面的步骤来获得最大的Tolerance。当中间某个过程进行不下去，也意味着要同时调整几个参数，再反复重复上面的步骤来获得最大的Tolerance。实际上，当已经获得较大的Tolerance，比如2mm，这时可以直接去切上下限数值，这样直接判断Tolerance小，可以节省一些材料。Mai20032009BystronicCW切割参数的检查MaterialThicknessGas1.03321mmN2ParameterFocalPosition(mm)GasPressure(Bar)Power(W)Speed(mm/min)NozzleClearanceDistance(mm)Default215260040000.7Tolerance-1+1-2Bar+2Bar-10%+10%-10%+10%-0.2mm+0.2mmValue13131723002900360044000.50.9Good/Bad

基本方法：将每个参数依次增加/减少一定公差值，检查是否可以切出合格样件。例如：Mai20032009Bystronic切割参数的检查CuttingHeadLaserpowerGaspressureO2GaspressureN25"±200W±0.2-0.3Bar±1-2Bar7.5"±400W±0.1-0.05Bar对于不同切割头和气体，具体如下表来改变数值：Mai20032009Bystronic影响因素及问题查找方向1.切割头的选择及内部结构的原因。如cutcontrol电路板、lens松动等等。2.切割头0点、lens是否干净3.喷嘴的选择及居中。如表现为切割时某边（方向）或