CN111195779A - 一种激光切割的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请实施例属于激光加工技术领域，涉及一种激光切割的方法及装置，包括如下步骤：将待加工的工件放置于工作台上；焦点测试，调至适合切割的高度，在控制中心中输入所述工件所需的切割路径；根据所述工件的材质和规格，设定对所述工件进行切割时切割头的移动速度所对应的激光切割速度、对所述工件进行切割时的激光脉冲频率、对所述工件进行切割时的激光功率；切割头对所述工件照射激光束并喷射切割辅助气体，在所述工件的被激光束照射的部位被所述切割辅助气体覆盖的状态下，所述切割头相对于所述工件移动而对所述工件进行切割的工作，可以在高切割速度状态下加工，保证足够热量以切透工件的同时，保证不存在或者存在较少材料熔化的现象。

Description

一种激光切割的方法及装置

技术领域

本申请涉及激光加工技术领域，更具体的说，特别涉及一种激光切割的方法及装置。

背景技术

激光切割技术广泛应用于金属材料的加工中，可大大减少加工时间，降低加工成本，提高工件质量。激光切割的切割质量、高的切割速度、高的柔性、广泛的材料适应性等优点。激光切割的原理就是：利用光束聚集达到高功率密度，至使材料快速加热至汽化并蒸发成孔，随着光束与材料相对线性移动，使孔洞连续形成宽度很窄的切缝。

在切割金属管材时，一般都是不锈钢管材,金属圆管的表面是不平的,所以在使用传统的机械加工来对它进行切割会比较困难，而使用激光切割金属管材时，切割速度太快会导致材料无法完全分离，边沿不平滑；太慢会导致金属材料熔化，边沿有熔渣。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的技术问题，提供一种激光切割的方法及装置，可以在高切割速度状态下加工，保证足够热量以切透工件的同时，不存在或者存在较少材料熔化的现象，提升切割工件的效率和质量。

为了解决以上提出的问题，本发明实施例提供了一种激光切割的方法,采用了如下所述的技术方案：

一种激光切割的方法，包括如下步骤：

将待加工的工件放置于工作台上；

焦点测试，调至适合切割的高度，在控制中心中输入所述工件所需的切割路径；

根据所述工件的材质和规格，设定对所述工件进行切割时切割头的移动速度所对应的激光切割速度、对所述工件进行切割时的激光脉冲频率、对所述工件进行切割时的激光功率；

切割头对所述工件照射激光束并喷射切割辅助气体，在所述工件的被激光束照射的部位被所述切割辅助气体覆盖的状态下，所述切割头相对于所述工件移动而对所述工件进行切割的工作。

进一步地，所述根据所述工件的材质和规格，设定对所述工件进行切割时切割头的移动速度所对应的激光切割速度、对所述工件进行切割时的激光脉冲频率、对所述工件进行切割时的激光功率的步骤中，所述激光切割速度为70-100mm/s，所述激光脉冲频率为80-120kHz，所述激光功率为400-600W。

进一步地，激光切割的次数为1次，激光脉宽为0.01ms，激光信号占空比为100％。

进一步地，在所述切割路径的起点前设置切割引线，所述切割引线设置在所述工件中的被切割区域内。

进一步地，当所述切割头从切割引线初始位置移动至切割路径的起点位置之间时，所述切割头的移动速度所对应的激光切割速度为第一切割速度，所述激光脉冲频率为第一脉冲频率，当所述切割头从切割路径的起点位置移动至切割路径的终点位置之前的设定位置之间时，所述切割头的移动速度所对应的激光切割速度为第二切割速度，所述激光脉冲频率为第二脉冲频率，当所述切割头从切割路径上位于终点位置之前的设定位置移动至切割路径的终点位置之间时，所述切割头的移动速度所对应的激光切割速度为第三切割速度，所述激光脉冲频率为第三脉冲频率，所述第一切割速度及第三切割速度均小于第二切割速度，所述第一脉冲频率及第三脉冲频率均大于第二脉冲频率。

进一步地，在所述切割头移动至切割路径的起点位置、切割路径的终点位置之前的设定位置、切割路径的终点位置时，感应器感应所述切割头移动至切割路径的起点位置、切割路径的终点位置之前的设定位置、切割路径的终点位置并反馈至所述控制中心，所述控制中心控制所述激光切割速度或所述激光脉冲频率中的至少一种变化以控制所述切割头输出至所述工件上的热量变化。

进一步地，所述工件为金属管材或其它空心材质的金属工件，对所述工件进行切割前，在所述工件的内部放置阻挡件，以防止激光切透工件后反射导致材料融覆。

进一步地，所述将待加工的工件放置于工作台上的步骤之前，还包括：

冷水机上电，使所述激光器、切割头达到25-30度的适宜温度；

打开切割辅助气体装置，使切割辅助气体与所述切割头连通，提供切割时防止所述工件被氧化的保护气体；

打开切割软件，将所述工作台复位。

为了解决以上提出的问题，本发明实施例还提供了一种激光切割的装置,采用了如下所述的技术方案：

一种激光切割的装置，包括激光器、切割头、移动部、工作台、冷水机、切割辅助气体装置及控制中心；

所述切割头接收所述激光器所产生的激光束并对激光束进行聚焦，将聚焦的激光束照射至所述工作台上的工件上以进行激光切割；

所述移动部带动所述切割头相对于所述工作台移动；

所述冷水机与所述激光器及切割头连接，并用于对所述激光器、切割头进行冷却；

所述切割辅助气体装置与所述切割头连接，并提供切割时防止所述工件被氧化的保护气体；

所述控制中心设定对所述工件进行切割时所述切割头的移动速度所对应的激光切割速度、对所述工件进行切割时的激光脉冲频率、对所述工件进行切割时的激光功率；

所述切割头对所述工件照射激光束并喷射切割辅助气体，在所述工件的被激光束照射的部位被所述切割辅助气体覆盖的状态下，所述移动部带动所述切割头相对于所述工件移动而对所述工件进行切割。

进一步地，所述激光器型号为CFL-05ⅠATH，采用激光脉宽为0.01ms的连续光纤激光器。

与现有技术相比，本发明实施例主要有以有益下效果：

一种激光切割的方法及装置，可以在高切割速度状态下加工，保证足够热量以切透工件的同时，不存在或者存在较少材料熔化的现象，提升切割工件的效率和质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一个简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中激光切割的方法的流程图；

图2为本发明实施例中切割引线的示意图。

具体实施方式

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本发明的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排它的包含。本发明的说明书和权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

为了使本领域技术人员更好地理解本发明方案，下面将参照相关附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

为了解决以上提出的问题，本发明实施例提供了一种激光切割的方法,采用了如下所述的技术方案：

如图1所示，一种激光切割的方法，包括如下步骤：

步骤S10:将待加工的工件放置于工作台上；

步骤S20:焦点测试，调至适合切割的高度，在控制中心中输入所述工件所需的切割路径；

步骤S30:根据所述工件的材质和规格，设定对所述工件进行切割时切割头的移动速度所对应的激光切割速度、对所述工件进行切割时的激光脉冲频率、对所述工件进行切割时的激光功率；

步骤S40:切割头对所述工件照射激光束并喷射切割辅助气体，在所述工件的被激光束照射的部位被所述切割辅助气体覆盖的状态下，所述切割头相对于所述工件移动而对所述工件进行切割的工作。

本申请的激光切割的方法可以在高切割速度状态下加工，保证足够热量以切透工件的同时，不存在或者存在较少材料熔化的现象，提升切割工件的效率和质量。

所述步骤S30中，所述激光切割速度为70-100mm/s，所述激光脉冲频率为80-120kHz，所述激光功率为400-600W。

本发明实施例中，待加工的工件为不锈钢金属管材，厚度为1mm左右，在其他实施例中，待加工的工件也可为其它空心材质的金属工件，激光器型号为CFL-05ⅠATH，采用激光脉宽为0.01ms的连续光纤激光器，单个脉冲持续的时间内，激光脉宽越小，激光持续时间越短，峰值功率越高，激光的能量越大，反之，激光脉宽越大，激光持续时间越长，峰值功率越低，激光的能量越小，激光切割的次数设定为1次，激光脉宽设定为0.01ms，激光信号占空比设定为100％,焦点Z坐标为-61.5mm,切割完成后，Z轴空程抬起高度为10mm,Z轴空程抬起高度为Z轴相对于焦点位置抬起高度。

本发明实施例中，切割辅助气体选取为氮气，氮气由于它的性质不活泼，常用作保护气体，可防止激光切割时能量过大导致切割材料的切割面不良。

切割不锈钢金属管材时，当激光切割速度高于100mm/s较多时，由于切割速度过快，激光脉冲停留时间较短，容易使不锈钢金属管材未切透，导致材料无法完全分离，边沿不平滑；当激光切割速度低于70mm/s较多时，由于激光脉冲停留时间较长，容易导致不锈钢金属管材熔化覆盖，边沿容易出现熔渣，本发明实施例中，激光切割速度选取为100mm/s，能够保证具有足够的热量切透不锈钢金属管材的同时,保证不锈钢金属管材熔化覆盖较少，在其他实施例中还可选取为70mm/s或者70-100mm/s之间的速度值。

激光脉冲频率是激光器每秒发出的脉冲数，相同时间内，激光脉冲频率越高，单脉冲能量越小，激光的破坏力也越小，主要体现在热能上，当激光脉冲频率小于80kHz较多时，单脉冲能量较大，所提供的热能较大，容易使不锈钢金属管材熔化过快，当激光脉冲频率大于120kHz较多时，单脉冲能量较小，所提供的热能较小，使不锈钢金属管材熔化过慢，本发明实施例中，激光脉冲频率选取为100kHz，在其他实施例中还可选取为80kHz、120kHz或者80-120kHz之间的频率值。

激光功率通过激光功率电压调节，100％电压对应100％激光功率，当激光功率小于400W较多时，导致不锈钢金属管材无法切透，导致材料无法完全分离，当激光功率大于600W较多时，会导致不锈钢金属管材溶化后覆盖，本发明实施中，激光功率电压选取为100％，即激光功率为500W，500W连续光纤激光器在100％驱动电流下，输出功率为523W，经测试，500W连续光纤激光器在500W输出条件下，10小时内功率波动在±1％内，在其他实施例中还可选取为400W、600W或者400-600W之间的功率值。

如图2所示，在所述切割路径的起点前设置切割引线，所述切割引线设置在所述工件中的被切割区域内，以防止初始激光能量过大导致切割面不良。

当所述切割头从切割引线初始位置移动至切割路径的起点位置之间时，所述切割头的移动速度所对应的激光切割速度为第一切割速度，所述激光脉冲频率为第一脉冲频率，当所述切割头从切割路径的起点位置移动至切割路径的终点位置之前的设定位置之间时，所述切割头的移动速度所对应的激光切割速度为第二切割速度，所述激光脉冲频率为第二脉冲频率，当所述切割头从切割路径上位于终点位置之前的设定位置移动至切割路径的终点位置之间时，所述切割头的移动速度所对应的激光切割速度为第三切割速度，所述激光脉冲频率为第三脉冲频率，所述第一切割速度及第三切割速度均小于第二切割速度，所述第一脉冲频率及第三脉冲频率均大于第二脉冲频率。

在所述切割头移动至切割路径的起点位置、切割路径的终点位置之前的设定位置、切割路径的终点位置时，在切割头上设置位移感应器，感应器感应所述切割头移动至切割路径的起点位置、切割路径的终点位置之前的设定位置、切割路径的终点位置并反馈至所述控制中心，所述控制中心控制所述激光切割速度或所述激光脉冲频率中的至少一种变化以控制所述切割头输出至所述工件上的热量变化，切割路径的终点位置之前的设定位置选取为靠近终点的一点，切割路径的起点位置到切割路径的终点位置之前的设定位置的区间，第二切割速度及第二脉冲频率所对应切割头输出至所示工件的热量为一个相对稳定的值，切割引线初始位置到切割路径的起点位置的区间，第一切割速度及第一脉冲频率所对应切割头输出至所示工件的热量为一个可变化的值，切割路径的终点位置之前的设定位置到切割路径的终点位置的区间，第三切割速度及第三脉冲频率所对应切割头输出至所示工件的热量为一个可变化的值，通过控制中心控制上述激光切割速度或激光脉冲频率中的至少一种变化，以控制切割头输出至所述工件上的热量变化，从而可以在不同的区间内合理调控激光切割速度和激光脉冲频率，在切割路径上可以在较高的切割速度和/或较低的激光脉冲频率的状态下加工，保证足够热量以切透工件的同时，不存在或者存在较少材料熔化的现象，提升切割工件的效率和质量。

对所述工件进行切割前，在所述工件的内部放置阻挡件，以防止激光切透工件后反射导致材料融覆，所述阻挡件为耐激光腐蚀的金属件或非金属件，利用激光切割不锈钢金属管材局部时，激光切透管材后，激光容易反射到管材的内壁，导致材料熔化，影响切割效果，放置阻挡件后，能有效防止激光切透管材后由于激光反射导致的材料熔化的情况出现。

所述将待加工的工件放置于工作台上的步骤之前，还包括：

步骤S50:冷水机上电，使所述激光器、切割头达到25-30度的适宜温度；

步骤S60:打开切割辅助气体装置，使切割辅助气体与所述切割头连通，提供切割时防止所述工件被氧化的保护气体；

步骤S70:打开切割软件，将所述工作台复位。

为了解决以上提出的问题，本发明实施例还提供了一种激光切割的装置,采用了如下所述的技术方案：

一种激光切割的装置，包括激光器、切割头、移动部、工作台、冷水机、切割辅助气体装置及控制中心；

所述切割头接收所述激光器所产生的激光束并对激光束进行聚焦，将聚焦的激光束照射至所述工作台上的工件上以进行激光切割；

所述移动部带动所述切割头相对于所述工作台移动；

所述冷水机与所述激光器及切割头连接，并用于对所述激光器、切割头进行冷却；

所述切割辅助气体装置与所述切割头连接，并提供切割时防止所述工件被氧化的保护气体；

所述控制中心设定对所述工件进行切割时所述切割头的移动速度所对应的激光切割速度、对所述工件进行切割时的激光脉冲频率、对所述工件进行切割时的激光功率；

所述切割头对所述工件照射激光束并喷射切割辅助气体，在所述工件的被激光束照射的部位被所述切割辅助气体覆盖的状态下，所述移动部带动所述切割头相对于所述工件移动而对所述工件进行切割。

所述激光切割速度为70-100mm/s，所述激光脉冲频率为80-120kHz，所述激光功率为400-600W，激光切割的次数为1次，激光脉宽为0.01ms，激光信号占空比为100％。

本发明实施例中，激光切割速度选取为100mm/s，能够保证具有足够的热量切透不锈钢金属管材的同时保证不锈钢金属管材熔化覆盖较少，在其他实施例中还可选取为70mm/s或者70-100mm/s之间的速度值。

本发明实施例中，激光脉冲频率选取为100kHz，在其他实施例中还可选取为80kHz、120kHz或者80-120kHz之间的频率值。

本发明实施例中，激光功率电压选取为100％，即激光功率为500W，500W连续光纤激光器在100％驱动电流下，输出功率为523W，在其他实施例中还可选取为400W、600W或者400-600W之间的功率值。

切割头对工件照射激光束并喷射氮气，在工件被激光束照射的部位被氮气覆盖的状态下，移动部带动切割头相对于工件移动而对工件进行切割，从而可以在高切割速度状态下加工，保证足够热量以切透工件的同时，不存在或者存在较少材料熔化的现象，提升切割工件的效率和质量。

显然，以上所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，附图中给了本发明的较佳实施例，但并不限制本发明的专利范围。本发明可以以许多不同的形式来实现，相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员而言，其依然可以对前述各具体实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等效替换。凡是利用本发明说明书及附图内容所做的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本发明专利保护范围之内。

Claims (10)

1.一种激光切割的方法，其特征在于，包括如下步骤：

将待加工的工件放置于工作台上；

焦点测试，调至适合切割的高度，在控制中心中输入所述工件所需的切割路径；

根据所述工件的材质和规格，设定对所述工件进行切割时切割头的移动速度所对应的激光切割速度、对所述工件进行切割时的激光脉冲频率、对所述工件进行切割时的激光功率；

切割头对所述工件照射激光束并喷射切割辅助气体，在所述工件的被激光束照射的部位被所述切割辅助气体覆盖的状态下，所述切割头相对于所述工件移动而对所述工件进行切割的工作。

2.根据权利要求1所述的激光切割的方法，其特征在于，

所述根据所述工件的材质和规格，设定对所述工件进行切割时切割头的移动速度所对应的激光切割速度、对所述工件进行切割时的激光脉冲频率、对所述工件进行切割时的激光功率的步骤中，所述激光切割速度为70-100mm/s，所述激光脉冲频率为80-120kHz，所述激光功率为400-600W。

3.根据权利要求1所述的激光切割的方法，其特征在于，

激光切割的次数为1次，激光脉宽为0.01ms，激光信号占空比为100％。

4.根据权利要求1所述的激光切割的方法，其特征在于，

在所述切割路径的起点前设置切割引线，所述切割引线设置在所述工件中的被切割区域内。

5.根据权利要求4所述的激光切割的方法，其特征在于，

当所述切割头从切割引线初始位置移动至切割路径的起点位置之间时，所述切割头的移动速度所对应的激光切割速度为第一切割速度，所述激光脉冲频率为第一脉冲频率，当所述切割头从切割路径的起点位置移动至切割路径的终点位置之前的设定位置之间时，所述切割头的移动速度所对应的激光切割速度为第二切割速度，所述激光脉冲频率为第二脉冲频率，当所述切割头从切割路径上位于终点位置之前的设定位置移动至切割路径的终点位置之间时，所述切割头的移动速度所对应的激光切割速度为第三切割速度，所述激光脉冲频率为第三脉冲频率，所述第一切割速度及第三切割速度均小于第二切割速度，所述第一脉冲频率及第三脉冲频率均大于第二脉冲频率。

6.根据权利要求5所述的激光切割的方法，其特征在于，

在所述切割头移动至切割路径的起点位置、切割路径的终点位置之前的设定位置、切割路径的终点位置时，感应器感应所述切割头移动至切割路径的起点位置、切割路径的终点位置之前的设定位置、切割路径的终点位置并反馈至所述控制中心，所述控制中心控制所述激光切割速度或所述激光脉冲频率中的至少一种变化以控制所述切割头输出至所述工件上的热量变化。

7.根据权利要求1所述的激光切割的方法，其特征在于，

所述工件为金属管材或其它空心材质的金属工件，对所述工件进行切割前，在所述工件的内部放置阻挡件，以防止激光切透工件后反射导致材料融覆。

8.根据权利要求1所述的激光切割的方法，其特征在于，

所述将待加工的工件放置于工作台上的步骤之前，还包括：

冷水机上电，使所述激光器、切割头达到25-30度的适宜温度；

打开切割辅助气体装置，使切割辅助气体与所述切割头连通，提供切割时防止所述工件被氧化的保护气体；

打开切割软件，将所述工作台复位。

9.一种激光切割的装置，其特征在于，

一种激光切割的装置，包括激光器、切割头、移动部、工作台、冷水机、切割辅助气体装置及控制中心；

所述切割头接收所述激光器所产生的激光束并对激光束进行聚焦，将聚焦的激光束照射至所述工作台上的工件上以进行激光切割；

所述移动部带动所述切割头相对于所述工作台移动；

所述冷水机与所述激光器及切割头连接，并用于对所述激光器、切割头进行冷却；

所述切割辅助气体装置与所述切割头连接，并提供切割时防止所述工件被氧化的保护气体；

所述控制中心设定对所述工件进行切割时所述切割头的移动速度所对应的激光切割速度、对所述工件进行切割时的激光脉冲频率、对所述工件进行切割时的激光功率；

所述切割头对所述工件照射激光束并喷射切割辅助气体，在所述工件的被激光束照射的部位被所述切割辅助气体覆盖的状态下，所述移动部带动所述切割头相对于所述工件移动而对所述工件进行切割。

10.根据权利要求9所述的激光切割的装置，其特征在于，

所述激光器型号为CFL-05ⅠATH，采用激光脉宽为0.01ms的连续光纤激光器。

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