隨著我國激光切割機(jī)行業(yè)的不斷發(fā)展和強(qiáng)大，激光切割機(jī)種類數(shù)目的不斷增多，激光切割機(jī)機(jī)型的不斷豐富，各大激光切割機(jī)企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量不斷地提高。
改革開放以來，我國激光切割機(jī)雖然在來獲得了快速的發(fā)展，但其面臨的問題依然不少，國內(nèi)激光切割機(jī)技術(shù)含量和質(zhì)量較高的制造商寥寥無幾，且大多停留在中低速水平。同國外的同類產(chǎn)品相比，無論在裝備的發(fā)展水平技術(shù)含量和應(yīng)用推廣方面都不盡人意在市場分配中，國產(chǎn)的激光切割機(jī)只是在中低檔市場上略占優(yōu)勢，而高檔市場幾乎全部被國外產(chǎn)品所占據(jù)。除了一些專業(yè)生產(chǎn)激光切割機(jī)的廠商以外，國內(nèi)的一些大學(xué)和科研院所也參與到激光切割機(jī)的研制生產(chǎn)中來相信依托各個大學(xué)和科研院所的科研實力。
國產(chǎn)激光切割機(jī)的研制生產(chǎn)在不久的將來會有重大的突破。隨著我國激光切割機(jī)市場規(guī)模的日趨增大，產(chǎn)品種類的日益繁多，激光切割機(jī)廠家的不斷增多，生產(chǎn)自動化程度的不斷提高，市場對激光切割機(jī)的需求也在不斷地膨脹。
當(dāng)前，國內(nèi)的相關(guān)企業(yè)必將面臨外商的強(qiáng)有力的競爭，國內(nèi)的企業(yè)要敢于參與競爭，不僅在國內(nèi)市場上參與競爭，更要積極參加國際市場的競爭這就對國內(nèi)的相關(guān)企業(yè)提出了更高的要求和更廣闊的市場空間，國內(nèi)企業(yè)應(yīng)該立足國內(nèi)，放眼國際，積極參與競爭。
激光切割機(jī)的技術(shù)特點及應(yīng)用
隨著激光技術(shù)的不斷發(fā)展與成熟，激光設(shè)備已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用在各行各業(yè)中，如激光打標(biāo)機(jī)、激光焊接機(jī)、激光打孔機(jī)及激光切割機(jī)等等，特別是數(shù)控激光切割機(jī)械設(shè)備在最近幾年內(nèi)飛速發(fā)展，被廣泛應(yīng)用在鈑金、五金制品、鋼結(jié)構(gòu)、精密機(jī)械、汽車配件、眼鏡、首飾、銘牌、廣告、工藝品、電子、玩具、包裝等行業(yè)。數(shù)控激光切割機(jī)相比其他切割設(shè)備的顯著優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面：
1、切割速度快，切割質(zhì)量好，精度高：
2、切縫窄，切割面光滑，不損傷工件；
3、不受工件形狀的影響，不受被切材料的硬度影響；
4、除對金屬材質(zhì)進(jìn)行加工外，還可以對非金屬進(jìn)行切割加工；
5、節(jié)約模具投資，節(jié)省材料，更有效的節(jié)省成本；
6、操作簡單，安全，性能穩(wěn)定，提高新產(chǎn)品開發(fā)速度，具有廣泛的適應(yīng)性和靈活性。
數(shù)控金屬激光切割設(shè)備機(jī)架是該激光設(shè)備最主要的部件，不僅絕大多數(shù)零部件都安裝于機(jī)架上，而且還要承受工作臺重力以及加、減速過程中的全部慣性沖擊載荷。
數(shù)控金屬激光切割機(jī)機(jī)架的設(shè)計與研發(fā)工作主要包括：
1、確定數(shù)控激光切割設(shè)備在各種工況及環(huán)境下快速、高精度、穩(wěn)定運(yùn)行的條件。
2、根據(jù)功能性要求確定機(jī)架的結(jié)構(gòu)、參數(shù)，結(jié)合激光切割機(jī)的結(jié)構(gòu)特點，建立起相應(yīng)的動力學(xué)模型。
3、研究機(jī)架的結(jié)構(gòu)、參數(shù)對機(jī)架的靜、動態(tài)剛度及熱穩(wěn)定性的影響，并為機(jī)架設(shè)計提供理論根據(jù)。
4、確定機(jī)架與其他部件間的相互耦合關(guān)系。
因此，在數(shù)控金屬切割機(jī)機(jī)架的設(shè)計中如何合理布置金屬，減輕自重，提高機(jī)身剛度，降低溫度變化對精度的影響，是設(shè)計過程中需要重點考慮的問題。
在數(shù)控金屬激光切割機(jī)實際電路中，模擬信號與數(shù)字信號之間有一個強(qiáng)電干擾的問題。光電隔離電路的作用是在電隔離的情況下，以光為煤介傳送信號，對輸入和輸出電路可以進(jìn)行隔離.因而能有效地抑制系統(tǒng)噪聲，消除接地回路的干擾，有響應(yīng)速度較快、壽命長、體積小耐沖擊等好處，使其在強(qiáng)-弱電接口，特別是在微機(jī)系統(tǒng)的前向和后向通道中獲得廣泛應(yīng)用。
光電耦合器具有三個特點：
1、信號傳遞采取電-光-電的形式，發(fā)光部分和受光部分不接觸，能夠避免輸出端對輸入端可能產(chǎn)生的反饋和干擾；
2、抑制噪聲干擾能力強(qiáng)；
3、具有耐用、可靠性高和速度快等優(yōu)點，響應(yīng)時間一般為數(shù)以內(nèi)，高速型光電耦合器的響應(yīng)時間有的甚至小于10ns。
故在數(shù)控激光切割機(jī)系統(tǒng)電路設(shè)計時，應(yīng)該注意輸入信號電路與單片機(jī)連接時的隔離。在這里，采用光電耦合是最常用的方法。
在工業(yè)制造系統(tǒng)占有份量很重的金屬加工業(yè)，許多金屬材料，不管它是什么樣的硬度，都可以進(jìn)行無變形切割。當(dāng)然，對高反射率材料，如金、銀、銅和鋁合金，它們也是好的傳熱導(dǎo)體，因此激光切割機(jī)很困難，甚至不能切割。
盡管激光切割機(jī)技術(shù)具體明顯的巨大優(yōu)勢，但是作為高新科技設(shè)備，要使用激光切割機(jī)達(dá)到理想的切割加工效果，也必須掌握其加工技術(shù)參數(shù)與操作流程。特別在金屬激光切割機(jī)切割加工過程中，要選擇合適的切割速度，否則可能會造成幾種不良的切割結(jié)果，主要表現(xiàn)在如下：
1、當(dāng)激光切割速度太快時，會造成如下不良結(jié)果：
?、俜ㄇ懈?，火花亂噴；
?、谠斐汕懈蠲娉尸F(xiàn)斜條紋路，且下半部產(chǎn)生熔漬；
③造成整個斷面較粗，但無熔漬產(chǎn)生；
2、相反，當(dāng)激光切割速度太慢，又會造成：
?、僭斐蛇^熔狀況，切割面較粗糙。
?、谇锌p變寬，在尖角部位整個溶化。
③影響切割效率。
所以，為了使激光切割機(jī)設(shè)備更好的發(fā)揮其切割功能，可以從激光設(shè)備切割火花來判斷進(jìn)給速度是否合適：
1、如果火花由上往下擴(kuò)散，則表明切割速度恰當(dāng)；
2、如果火花向后傾斜時，則表明進(jìn)給速度太快；
3、如果火花呈現(xiàn)不擴(kuò)散且少，凝聚在一起，則表明速度太慢。
大多數(shù)有機(jī)與無機(jī)材料都可以用激光切割機(jī)。激光切割技術(shù)相比其他傳統(tǒng)的切割方式具有無法比擬的明顯優(yōu)勢。激光切割機(jī)不但具有切縫窄，工件變形小的主要特性而且激光切割具有速度快、效率高、成本低、操作安全、性能穩(wěn)定等特點。
近年來，隨著大功率激光器的飛速改進(jìn)和發(fā)展，其在工業(yè)中的應(yīng)用從最初只用于小的或者微細(xì)結(jié)構(gòu)的加工發(fā)展到廣泛用來進(jìn)行大結(jié)構(gòu)件的加工，越來越受到人們的關(guān)注和認(rèn)可并普遍應(yīng)用于機(jī)械制造、航空航天、汽車工業(yè)、粉末冶金、生物醫(yī)學(xué)微電子行業(yè)等工業(yè)界領(lǐng)域。其中薄板的激光焊接主要應(yīng)用于航空航天工業(yè)和汽車制造業(yè)。
長久以來，飛機(jī)結(jié)構(gòu)件之間的連接一直采用落后的鉚接工藝，主要原因是飛機(jī)結(jié)構(gòu)采用的鋁合金材料是熱處理高強(qiáng)化鋁合金，一經(jīng)熔焊后，熱處理強(qiáng)化效果就會喪失，而且晶間裂紋難以避免。因此，普通氬弧焊等熔焊方法在飛機(jī)制造中的應(yīng)用成為禁區(qū)。另一方面，在80年代初，鋁及其合金的激光加工十分困難，被認(rèn)為是不可能的。主要是由于鋁合金存在對10.6mm波長激光的高反射和自身的高導(dǎo)熱性。在當(dāng)時，激光加工主要使用波長為10.6mm的CO2激光器，而鋁對CO2激光的反射率高達(dá)97%，通常作為反射鏡使用。但是，激光加工的優(yōu)越性又極大地吸引著從事激光材料加工的科研工作者。他們?yōu)榇烁冻隽舜罅康臅r間和精力來研究鋁合金激光加工的可能性。
目前，高強(qiáng)鋁合金激光焊接成果已經(jīng)成功應(yīng)用于歐洲空中客車公司飛機(jī)制造中，其鋁合金內(nèi)隔板均采用激光加工，實現(xiàn)了激光焊接取代傳統(tǒng)鉚接工藝。激光焊接技術(shù)的采用，大大地簡化了飛機(jī)機(jī)身的制造工藝，使機(jī)身重量減輕18%，成本下降21.4%~24.3%，被認(rèn)為是飛機(jī)制造業(yè)的一次技術(shù)大革命。
激光切割機(jī)的發(fā)展趨勢
1、高速、高精度激光切割機(jī)由于大功率激光器光束模式的改善及32位微機(jī)的應(yīng) 用，為激光切割設(shè)備的高速、高精度創(chuàng)造了有利條件。
2、厚板切割和大尺寸工件切割的大型激光切割機(jī)隨著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重工業(yè)厚板切割方向發(fā)展。
3、三維立體多軸數(shù)控激光切割機(jī)，為了滿足汽車、航空等工業(yè)的立體工件切割的 需要，目前已發(fā)展了各種各樣的五軸或六軸三維激光切割機(jī)，數(shù)控軸數(shù)達(dá)到九軸，加工速度快，精度高。在先進(jìn)國家的汽車生產(chǎn)線上，激光切割機(jī)器人的應(yīng)用愈來愈多。目前，三維激光切割機(jī)正向高效率、高精度、多功能和高適應(yīng)性方向發(fā)展，其應(yīng)用范圍將會愈來愈大。
4、激光切割單元自動化和無人化為了提高生產(chǎn)率和節(jié)省勞動力，目前激光切割正 向著激光切割單元（FMC）和無人化、自動化方向發(fā)展。發(fā)展這種單元自動化系統(tǒng)，必須依賴于現(xiàn)金的自動控制、網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)及計算機(jī)生產(chǎn)輔助管理系統(tǒng)技術(shù)等。國外已有各種各樣的激光切割單元可供應(yīng)市場，并有由6臺大型激光切割機(jī)為核心組成的無人化的切割生產(chǎn)線在工廠運(yùn)行。
5、緊湊型和組合一體化數(shù)控激光切割機(jī)隨著激光器提及的縮小和功率的增大，以 及輔助裝置的不斷完善，出現(xiàn)了把激光器、電源、主機(jī)、控制系統(tǒng)和冷卻水循環(huán)裝置等緊密地組合在一起，形成占地面積小、功能完善的整套緊湊型激光切割機(jī)。此外，激光切割技術(shù)正與激光焊接、激光表面淬火等激光加工工藝組合，以發(fā)展一機(jī)多用，進(jìn)一步提高設(shè)備的利用率。
激光切割機(jī)市場現(xiàn)狀分析
國外汽車生產(chǎn)過程中，普遍采用三維激光切割機(jī)對覆蓋件、門板等進(jìn)行精確切邊。再采用激光焊接機(jī)械手進(jìn)行高質(zhì)量自動焊接，不僅確保產(chǎn)品質(zhì)量，而且生產(chǎn)效率極高。在樣車開發(fā)和小批量生產(chǎn)中，高度柔性的激光三維切割取代大量的沖孔和修邊模具，不僅節(jié)省大量模具，同時使新車型的開發(fā)周期大為縮短。在歐洲，幾乎所有汽車制造廠在汽車研制開發(fā)和生產(chǎn)中均的采用激光加工。激光制造技術(shù)在汽車制造中應(yīng)用的廣度和深度已經(jīng)成為汽車工業(yè)先進(jìn)性的重要標(biāo)志。國內(nèi)已有汽車生產(chǎn)企業(yè)引進(jìn)激光切割和激光焊接生產(chǎn)線，其他企業(yè)在未來的發(fā)展規(guī)劃中也都有引進(jìn)計劃。三維激光切割機(jī)對提高新車型開發(fā)速度具有重要的促進(jìn)作用。
開發(fā)高精度三維激光切割機(jī)，對提高我國航天航空技術(shù)裝備水平具有重要的戰(zhàn)略意義。國防軍事裝備對高性能激光切割機(jī)的需求更為迫切，如三維立體激光切割機(jī)在直升飛機(jī)螺旋槳曲面加工中的應(yīng)用，可以大大縮短產(chǎn)品試制時間，提高部件性能。
在世界市場上，激光切割機(jī)正在向高功率、大幅面、厚板材方向發(fā)展。切割焊接是造船行業(yè)最基礎(chǔ)的加工工藝，目前我國船用鋼板切割一般采用火焰切割、等離子切割，由于精度有限，特別是對特殊材料的甲板和船體材料，許多國外大型造船廠普遍采用大幅面厚板材激光切割機(jī)，國內(nèi)造船企業(yè)已經(jīng)開始進(jìn)行設(shè)備選購，特別是特種用途的船艇，采用激光切割已經(jīng)成為一種必須的加工手段。預(yù)計在未來5-10年，這一應(yīng)用行業(yè)的生產(chǎn)需求極大。隨著"精密造船"時代的來臨，高功率CO2激光切割技術(shù)及裝備在先進(jìn)國家造船業(yè)得到了越來越廣泛的普及應(yīng)用。
大幅面厚板材激光切割機(jī)在其他重要行業(yè)也有迫切的需求，如航空航天發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子轂的切割、鋼鐵冶金行業(yè)熱軋鋼坯的激光切割、坦克、裝甲車厚裝甲精密切割、發(fā)電設(shè)備中發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子的精密切割等。
隨著我國鐵路建設(shè)、公路建設(shè)、水利建設(shè)、水電建設(shè)、能源、礦山建設(shè)、建筑業(yè)等重大工程的推進(jìn)，到2015年，我國工程機(jī)械市場需求量將達(dá)到2000億元以上，大幅面厚鋼板激光切割機(jī)將在我國工程機(jī)械行業(yè)得到普遍應(yīng)用。2007年，國內(nèi)某著名重工機(jī)械企業(yè)對27臺3m×30m大幅面20mm厚鋼板激光切割機(jī)進(jìn)行招標(biāo)，由于國內(nèi)激光企業(yè)無廠家符合技術(shù)要求，所有訂單都被國外廠家獲得。另一重工企業(yè)需求6臺3m×30m大幅面20mm厚鋼板激光切割機(jī)。也全部由國外廠家中標(biāo)，僅此兩家合同金額就高達(dá)2億元。
全球激光制造技術(shù)發(fā)展飛速，我國與國際激光技術(shù)水平的差距有所增大，高端的激光加工成套裝備幾乎全部依賴進(jìn)口，致使國外激光制造裝備在我國市場的占有率高達(dá)70％。預(yù)計未來10年內(nèi)，我國對這些高性能激光切割系統(tǒng)的市場需求量將達(dá)到100億元。如此迫切和巨大的市場需求反應(yīng)出激光加工的手段已經(jīng)覆蓋到國民經(jīng)濟(jì)各個重要領(lǐng)域，同時也影響著國防、航空航天等關(guān)鍵技術(shù)的突破，我們不僅僅是解決目前國內(nèi)該產(chǎn)品的空白，同時也旨在解決激光加工領(lǐng)域多層面技術(shù)核心問題，如激光數(shù)控、激光機(jī)床新型結(jié)構(gòu)、高質(zhì)量激光加工的技術(shù)瓶頸等。
