激光切割機補償計算說明

 　　數控切割機“割縫補償”這一說法源於數控火焰切割機。然而隨著科技的發展，等離子切割機、激光切割機、水刀切割機等一系列切割產品應運而生，但它雷射雕刻機們都有一個共同的缺點，就是在切割過程中，切割下來的工件尺寸會比實際畫圖的尺寸要小1-3mm，為了解決這一問題，於是“割縫補償”就起到了至關重要的作用。

　　各種數控切割如：火焰、等離子、激光、水射流(水刀)、線切割機械等在切割時，根據數控指令切割所行走的軌跡路線是理論尺寸，實際切割下來尺寸會存在一點偏移，這是因為切割時存在割縫，割縫是切割時損耗的部分，因此如果不進行幾何尺寸補償，實際切割下來的零件尺寸外輪廓部分長度雷射打標機方向會變小內輪廓尺寸會變大(雙邊剛好相差割縫寬度，單邊相差割縫的一半)。

　　為了彌補割縫損耗造成的尺寸差異，需要進行幾何尺寸的補償，補償分軟件補償和數控系統補償兩種，它們的最終目的就是讓切割機行走的軌跡偏移，使切產生割縫損耗後形成的尺寸剛好等於編程繪圖的尺寸。這樣用套料軟件就能輕松解決了。套料軟件在編程時軟件補償只要輸入編程參數(補償半徑)，在生成數控代碼時幾何尺寸根據內外輪廓自動進行偏移。(注意只有封閉輪廓才可以補償)在數控代碼中還可以生成偏移指令(左補償、右補償、關閉補償三種指令，例如G41G42G40)，這樣數控系雷射焊接機統根據補償偏置方向還可以繼續補償。如果軟件補償量設為0，則不產生補償，但補償指令還是存在，切割時可以通過數控系統補償。

　　在設置割縫補償方面還需注意以下幾點：

　　1、設置了軟件補償以後一般不需要在數控系統上補償，否則補償重雷射切割機複尺寸就又會出現偏差了。但如果軟件補償在切割下來後尺寸還差一點，可以通過數控系統再補償。

　　2、如果通過數控系統補償，則應在軟件中把補償量設為零。

　　3、如果不能確定應該補償多少尺寸，可以在廢料上割一個矩形，測量實際尺寸和編程尺寸計算出需要的補償量。

　　4、數控系統在處理小圓弧的補償時比較困難，如果圓弧比補償半徑還小是切割不出來的，更不能正確補償(理論上半徑變成負數)，對這種情況應該考慮修改零件圖，或者考慮采用軟件補償以便及時發現問題.

 

激光切割機參數設置

 　　一、與傳統切割方法相比，激光切割等具有明顯的優勢。由於激光切割其高精度，窄縫效果明顯，激光切割采用非接觸技術加工。隨著制造業的發展，越來越需要激光切割的質量。特別是在航空領域，當對複雜的曲面鈑金零件進行三維激光切割時，需要根據曲面曲率雷射雕刻機實時調整激光頭的姿態和工藝參數，以保證切割質量。通過仿真系統，工作人員不僅可以直觀地掌握激光切割工藝，保證加工代碼的可靠性，還可以優化一些切割工藝問題，保證切割質量。在實際切割中，為滿足不同類型金屬板的加工需要，應根據板材尺寸、加工精度和板材形狀特點，采用各種三維激光切割平台進行加工。目前激光切割仿真軟件的虛擬現場施工效率低，平台切換複雜，學習成本高，缺少切割痕跡的實施，工藝處理模塊不完善。本文對如何做好激光切割參數設置與質量控制進行了分析。

　　二、激光技術概述

　　激光由原子激發發射和共振放大形成。在激光聚焦後，它照射在材料上並迅速增加材料溫度以熔化或蒸發。隨著激光和被切割材料的相對運動，在切割材料雷射焊接機上形成切口以達到切割的目的。激光雕刻是激光束穿過光導聚焦系統並射擊雕刻材料，在一定范圍內移除材料，並保留未照射的材料。

　　三、激光切割的參數設置

　　激光切割參數包括切割速度、功率、氣割等內容，激光切割分別對切割質量和切割效率進行分析，分析不同類型的影響，但通過激光切割組合實現最佳配置所需的各種參數，不同工廠將根據成本結構在一定程度上對質量和效率特別重視和權衡。

　　1. 切割速度。激光切割激光頭可在單位時間內沿著零件形狀移動。激光切割切割速度越高，切割時間越短，激光切割生產效率越高。但是，當其他參數固定時，激光切割速度與切割質量不成線性關系。合理的切割速度是一個范圍值，低於該范圍值，激光束的能量在零件表面上保持太多而形成過度燃燒，超過該范圍值，激光束的能量太晚而不能完全熔化零件材料，導致切割不可穿透。

　　2. 激光輸出功率。激光輸出功率是激光系統的輸出能量，激光切割代表激光束在單位時間內熔化材料的能力。

　　3. 焦點位置。激光輸出最終通過特殊鏡頭聚焦在功率密度最高的點。焦斑直徑與聚焦透鏡的焦深成比例。激光切割重點是根據不同位置的不同厚度設定，正確的焦點位置，是獲得穩定切削質量的重要條件，激光切割切割質量與激光束有關，但也與激光束聚焦系統的特性有關，即激光切割聚焦後激光束的大小對激光切割質量有很大影響。

　　4. 輔助氣體的氣壓。在縫隙形成切口。適當的氣壓可以幫助加快激光切割速度，輔助氣體壓力的大小對光纖激光切割機的切割效率也有影響。如果激光切割處理材料的厚度增加或切割速度慢，則應適當降低氣體壓力。采用較低的氣壓切割可防止結霜。

　　5. 噴嘴距離。聚焦激光通過銅噴嘴施加到部件的表面。工件和激光噴嘴之間的距離稱為噴嘴的距離。從噴嘴到部件的距離是根據流量和壓力來測量的。太遠的氣體吹氣力損失太大，廢氣流量過大，影響飛濺，適當的距離在0.8-1.0mm。根據不同的材料厚度選擇不同型號的噴嘴。

　　系統功能主要包括虛擬加工場景三維可視化模塊，多平台機床運動學計算模塊，過程實施例和代碼輸出模塊。虛擬處理場景的三維可視化模塊包括虛擬處理場景構建，運動模型構建，材料去除過程模擬等。多平台機床運動學計算模塊包括龍門五軸機床運動學計算，垂直六軸機器人和倒立機器人運動學計算，基於刀位點的P矩陣計算等。過程實施例和代碼輸出模塊包括過程缺陷顯示，碰撞檢測實現，過渡軌跡顯示等。激光切割場景中包括各種模型，因此它是有必要建立一個快速的方法來構建虛擬環境。各種機床平台的結構和運動形式存在差異，點數據進行機床運動學計算，並將計算結果輸入運動模型，實現機床運動仿真。通過實時切割痕跡反映切割質量，需要模擬激光切割材料的去除過程。在仿真中，反映和處理過程現象，最終生成相應平台的可靠處理代碼。

　　四、影響激光切割質量主要因素的分析試驗

　　根據影響激光切割質量的因素分析，選擇厚度為1.0～3.0mm的熱成形件進行激光切割試驗，選擇切割塊，切割孔或切削刃進行分析。測試程序如下。

　　1. 測試焦點位置並根據焦點的偏移進行調整。聚焦位置逐漸從3mm調整到3mm，每次增加0.5mm進行一次。記錄完成後比較切割質量。在下一次測試中保留了具有最佳切割質量的焦點位置。

　　2. 調整激光切割的功率。在第一步中以最佳切割狀態在焦點位置進行功率測試。功率從1000 W開始，每300 W切割一次。記錄並比較切割質量。

　　3. 改變切割氣體壓力。測試了第二步中具有最佳切割質量的焦點和功率狀態。氣壓從7Pa開始，每次加入1Pa時比較切割質量。保留具有最佳切割質量的激光切割氣體壓力值用於下一次測試。

　　4. 提高切割速度。測試了第三步中最佳切割質量的焦點，功率狀態和切割氣體壓力值。切割速度從6000毫米/分鍾開始，並增加1000毫米/分鍾。記錄並比較切割質量。

　　5. 噴嘴距離的設定。測試了步驟4中具有最佳切割質雷射打標機量的焦點，功率狀雷射切割機態，切割氣體壓力值和切割速度。噴嘴距離從0.6mm開始，每次增加0.2mm，直到噴嘴距離調整為1.2mm。每次記錄並比較切割狀態，最後得到最佳切割質量的噴嘴距離值。

　　選擇案例1：2 mm厚度材料，調整焦點位置-3 mm，氮氣切割壓力12 Pa，噴嘴距離1 mm，切割功率3000 W，切割速度為12米/分鍾，因為各種參數調整好，切割條件好，通過各種測試，在參數調整到最合適的情況下，切割表面光滑。

　　五、結語

　　根據運動形式和運動特性，可以通過運動配置建立機床運動軸的運動模型。同時，確保每個模型的相對位置，並使用OIV讀取WRL文件功能界面，實現虛擬處理場景的快速構建。結合激光切割技術特點，對模型制作進行了分析，可有效保證產品加工質量，激光技術有更廣闊的應用市場。

 

雷射激光車體加工應用(一)

　　據有關資料統計，歐美發達工業國家，有50%-70%的汽車零部件是用雷射激光加工來完成的。我們且對雷射激光在汽車制造中的應用，做初步的梳理。
　　一、雷射激光焊接
　　雷射激光焊接具雷射雕刻機有如下特點：
　　①加熱范圍窄(集中)。
　　②作用區域和位置精確可控。
　　③熱影響區小。
　　④焊接變形小，無需焊後矯形。
　　⑤非接觸加工，無需對工件加壓和表面處理。
　　⑥能實現異種材料焊接。
　　⑦焊接速度快。
　　⑧對外界無熱影響、無噪音、無汙染。
　　雷射激光束照射在材料表面的直徑為0.2-0.6mm，焊縫寬度在2mm以下。雷射激光焊接的焊縫金屬經快速凝固，其晶粒更加細小，可獲得更高的強度。雷射激光焊接可使車身的剛度提升30%。車頂蓋與側圍的雷射激光焊接，相比傳統點焊工藝，車頂少了兩條橡膠密封條，改善了車身的視覺效果。車身精度控制上的一毫米工程(白車身整車尺寸精度控制在±1mm內)，由於雷射激光焊接才成為現實。
　　雷射激光焊接加速了用沖壓零件代替雷射打標機鍛造零件的進程。采用雷射激光焊接，以連續的雷射激光焊縫代替離散的點焊縫，可以減少搭接寬度和一些加強部件，可以壓縮車身結構件本身的體積。由此，可減少車身重量56kg。雷射激光焊接的應用，實現了減重減排，契合了當今時代對環保的要求。
　　雷射激光焊接應用於不等厚板的拼焊，效益更加顯著。這種技術將傳統制造工藝--先沖壓成零件，再點焊成整體--改造為：先將若幹個不同厚度的零件焊接為整體，再沖壓成形，減少了零部件的數量，材料利用更合理，結構功能顯著提高。
　　雷射激光焊接還可應用於點煙器、氣門挺杆、汽缸墊、噴油雷射切割機嘴、火花塞、變速齒輪、半軸、傳動軸、散熱器、離合器、發動機排氣管、增壓器輪軸、安全氣囊內膽、ABS等。
　　二、雷射激光切割
　　雷射激光切割較早應用於汽車零件的制造。
　　汽車大型覆蓋件的下料切邊，擋風板等雷射激光切割，需要3維切割機雷射焊接機或機器人。以機器人+光纖雷射激光器組成的柔性切割系統較為常見。
　　近年來，高強度鋼因具有高減重潛力、高碰撞吸收能、高疲勞強度、高成型性及低平面各向異性等優勢，成為汽車工業輕量化的主要材料。高強度鋼熱成型後，沖壓工藝不再適宜，其輪廓和孔的裁切，推動了對雷射激光切割的需求。
　　汽車內飾件多為非金屬，因雷射激光的非接觸、精確定位、快速等特點，所以非常適合采用雷射激光切割加工。比如，將車門鑲板或門肩的廢棄角料、後部注塑部件的多餘部分切除。切割非金屬不能用光纖雷射激光器，而必須用CO2雷射激光器，沒有了光纖傳輸雷射激光的便利，配用的機器人必須作專門的設計，將CO2雷射激光束導光裝置完全集成在機器人手臂中，使運動的機器人手臂能傳輸穩定的雷射激光束。