1引目隨著激光切割技術(shù)的迅猛發(fā)展谆纸，用激光切割機(jī)加工非金屬板材的工藝己經(jīng)比較成熟阔垢，在包裝工業(yè)和廣告等行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用微悬，但也存在許多不盡人意的方面顺良。目前多數(shù)激光加工過程使用的是單頭大功率激光器，運(yùn)行成本和維護(hù)成本高沙诅，影響了先進(jìn)的激光切割技術(shù)在中小企業(yè)的應(yīng)用些栅。根據(jù)市場情況開發(fā)和研制出了一種小功率雙C2激光頭切割機(jī)，采用兩臺(tái)100W的C2激光器草仪，用雙切割頭對(duì)模切板進(jìn)行雙面同軸對(duì)切至沸，實(shí)現(xiàn)了使用小功率激光器切割模切板，解決了切割縫隙寬度和切割縫表面不規(guī)整等技術(shù)問題振害，提高了非金屬板材的切割質(zhì)量盖扔，同時(shí)也解決了大功率激光切割機(jī)制造成本、維護(hù)成本和實(shí)際應(yīng)用成本高的問題缘缚。該產(chǎn)品己經(jīng)投入批量生產(chǎn)勾笆，并在木材加工、廣告桥滨、包裝等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用窝爪。

C2激光切割機(jī)是光、機(jī)齐媒、電一體化的綜合技術(shù)設(shè)備蒲每。激光束的參數(shù)、機(jī)器與數(shù)控系統(tǒng)的性能和精度都直接影響激光切割的效率和品質(zhì)里初。在雙C2激光刀模切割機(jī)的研發(fā)階段解決了4個(gè)方面的關(guān)鍵技術(shù)問題：1）雙激光切割機(jī)對(duì)切時(shí)啃勉，木板（非金屬材料）切透后對(duì)剩余激光的處理，避免上下光路互相干擾双妨；2）雙激光頭焦點(diǎn)的跟蹤淮阐，它直接關(guān)系到模切板上下縫形和質(zhì)量，由于采用非接觸式切割刁品，上下兩個(gè)激光頭與工件的要求一致泣特，焦距到切割點(diǎn)的距離控制要求較高；）切割縫寬及精度凡宅，在一次性切透材料的情況下谆威，一定要滿足切割縫隙的寬度，且要求上下口一致钓闲，誤差要小婉饼，按模切板的要求切割精度必須達(dá)到0.2mm/m；4）激光切割時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量的煙霧序敷，需及時(shí)處理撬彭，以免影響光的傳輸效率。

本文就單激光頭切割機(jī)和雙激光頭切割機(jī)切割同一性質(zhì)的木質(zhì)板材赋昔，在不同功率下進(jìn)行了試驗(yàn)据钱，對(duì)切割后模切板的質(zhì)量進(jìn)行了分析對(duì)比研究，找出最佳的切割功率效率和性價(jià)比亮绢，為產(chǎn)品的研發(fā)提供依據(jù)箭谴。

2單激光頭切割機(jī)切割非金屬板材的技術(shù)性問題由于激光的單色性好、發(fā)散角小俘戈，在理論上可聚焦到尺寸與光波波長相近的小斑點(diǎn)上溉潭，其焦點(diǎn)處的功率密度可達(dá)1071011w/cm2，溫度可高達(dá)上萬攝氏度少欺，因此岛抄，它是一種理想的切割熱源。激光切割以其切割范圍廣狈茉、速度高、切縫窄掸掸、質(zhì)量好氯庆、熱影響區(qū)小和加工柔性大等優(yōu)點(diǎn)得到了極為廣泛的應(yīng)用，成為激光加工中最成熟的技術(shù)之一扰付。

激光切割機(jī)是利用經(jīng)聚焦的高功率密度激光束照射工件表面堤撵，使照射的材料迅速熔化或燒蝕氣化，同時(shí)借助高壓氣體吹除碳化物羽莺，從而實(shí)現(xiàn)工件割開的一種熱切割方法实昨。其切割原理如所示。

2.1激光功率對(duì)切割深度的影響激光功率與切割速度的選擇是影響切割質(zhì)量和效率的關(guān)鍵因素盐固。研究和實(shí)踐應(yīng)用表明荒给，激光功率直接影響切割速度的大小，在一定條件下候榨，激光器功率越大哗缀，切割速度也越大，從而大大提高生產(chǎn)效率琅芍，但同時(shí)也存在功率浪費(fèi)和縫形問題板蜻。在研發(fā)中證明激光切割木質(zhì)板材的性能與激光功率有很大的關(guān)系，也與木板的材質(zhì)和濕度有關(guān)甸垄。使用單頭大功率激光切割機(jī)捺盖，對(duì)木質(zhì)板材（。

從的試驗(yàn)結(jié)果可知，在同一切割速度下融唬，切割深度隨著激光功率的增加而增加漾衅。這是因?yàn)楣β试酱螅β拭芏仍酱笙辈蓿瑔挝粫r(shí)間內(nèi)輸入的能量多乱归，切割的深度也就越大。單激光器切割木質(zhì)模切板時(shí)睬魂，激光功率在100W以內(nèi)终吼，切割深度與功率基本成線性關(guān)系，而在100W以上氯哮，切割深度并未隨功率的增大而發(fā)生太大的變化际跪。其主要原因是C2激光對(duì)木質(zhì)板切割深度有一個(gè)閾值效應(yīng)，在激光功率達(dá)到切開材料的閾值之前喉钢，切割深度與功率成線性關(guān)系姆打，而在激光功率超過閾值后，增大功率并不能達(dá)到線性增加切割深度的目的肠虽。

主要制約因素是激光功率大量被己經(jīng)切開的板材表面吸收8幔戏，使模切板上表面縫形變寬；若要進(jìn)一步切深木質(zhì)板税课，就必須以更大功率為代價(jià)闲延。因此在該行業(yè)內(nèi)單頭大功率激光切割機(jī)通常最小功率在600W以上，而市場上通用的切割機(jī)其激光功率在1200W左右韩玩。

2.2激光功率對(duì)木質(zhì)板材縫寬和縫形的影響激光功率的大小和切割速度的快慢不但影響木質(zhì)板材的縫寬垒玲，也影響著縫形，即切縫的上找颓、下口尺寸隨著功率和切割速度而變化参七。對(duì)于激光切割的切縫而言，上下口尺寸相等即矩形縫是最理想的狱诊，但實(shí)際應(yīng)用中很難做到村次。用單頭大功率C2激光器對(duì)20mm厚的木質(zhì)板材進(jìn)行切割，調(diào)節(jié)激光功率件策，分別為40崇夫，60，100灿磁，200缭涣，400，600和800W.試驗(yàn)結(jié)果如所示嫁橱。

由可見热阁，隨著激光功率的增加，切縫上表面變寬，且上荡明、下口的變化趨勢不同捆革。在低功率區(qū)，下口寬度略小于上口着茸，加縫為倒梯形縫壮锻；在高功率區(qū)，上口寬度遠(yuǎn)大于下口涮阔，切縫為明顯的梯形縫猜绣，這是由于材質(zhì)表面吸收了激光功率，隨著功率的增加敬特，上口的變寬速率大于下口掰邢。在激光功率為100W左右時(shí)，下口的寬度基本等于上口的寬度伟阔，切縫接近矩形縫辣之，縫寬在0.52mm內(nèi)。

顯然皱炉，用單激光切割機(jī)做模切板時(shí)怀估，切割質(zhì)量受到一定限制，激光加工完成后還需進(jìn)行人工打磨合搅，才能保證模切板的質(zhì)量要求奏夫。

3小功率雙CC2激光頭切割機(jī)的原理和工藝研宄由于大功率單激光頭切割機(jī)制造成本和運(yùn)行成本高，在切割非金屬板材時(shí)沒有性價(jià)比上的優(yōu)勢倒灰，因此該類產(chǎn)品得不到廣泛的應(yīng)用。根據(jù)市場需求憎唯，采用一種新的切割方式茬蓝，研究和開發(fā)出了一種新的小功率雙C2激光頭切割機(jī)，采用雙向?qū)η猩刚常湓砣缢尽?/p>

該切割機(jī)充分利用了激光功率對(duì)木質(zhì)材料切割深度的閾值效應(yīng)桐夭，變單向切割為雙向切割，在閾值范圍內(nèi)完成對(duì)厚度為20mm以內(nèi)的木質(zhì)模切板的切割熊倡，而無需增加激光功率造成閾值之上激光能量的浪費(fèi)搅谆。激光功率與切割深度關(guān)系如所示。

對(duì)和進(jìn)行比較分析讳帆，可以看到在相同的速度下利用雙激光器對(duì)切制造模切板阀温，要達(dá)到與大功率單激光切割機(jī)一樣的效果所需功率只有后者的1/4，而切割質(zhì)量卻大大提高置狠。利用雙C2激光切割機(jī)制作模切板啡笑，影響加工質(zhì)量的主要因素是上下激光器光路的調(diào)節(jié)、焦距對(duì)切縫的影響、精度補(bǔ)償?shù)葐栴}推姻。

3.1光路調(diào)節(jié)激光切割機(jī)工作時(shí)平匈，如果切割激光頭運(yùn)動(dòng)，很難保證上下激光頭在一條軸線上藏古。激光光路稍微偏移即會(huì)產(chǎn)生很大的誤差增炭。同時(shí)必須對(duì)運(yùn)動(dòng)的激光頭進(jìn)行強(qiáng)冷和排煙，在這個(gè)過程中很容易產(chǎn)生振動(dòng)拧晕，也會(huì)帶來誤差隙姿。為了避免由激光器的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的累積誤差，采用激光頭固定而讓工件所處的工作臺(tái)進(jìn)行二維運(yùn)行的設(shè)計(jì)防症，運(yùn)行在計(jì)算機(jī)控制下進(jìn)行孟辑，既保證了切割光路的穩(wěn)定，又保證了切縫的一致性和整體圖形的精度蔫敲。光路的干擾得以避免饲嗽，同時(shí)激光頭易于跟蹤。

寬度可調(diào)范圍有一定的局限性奈嘿，對(duì)于C2激光切割木質(zhì)板材而言貌虾，其范圍通常僅在0.300. 71mm，對(duì)于寬度達(dá)0.71mm以上的切縫其切割就難以完成翰蛔，一般采用切縫對(duì)中心偏移兩次的辦法完成指標(biāo)要求革秩。在試驗(yàn)中將上下兩個(gè)激光頭的激光焦點(diǎn)正對(duì)加工工件表面，其切縫最小痰汰、切割性能最好焦赋。若需增加刀縫寬度，可采用正焦的方式使切縫變寬凑戏，但切割能力隨之下降鲁磺。針對(duì)不同的非金屬加工材料，其切縫寬度能在0.350.71mm范圍內(nèi)調(diào)整裆机，一般能滿足制模要求跋园，但在某些特殊情況下切縫就不能滿足要求（如壓痕線寬度為1.103.00mm）。為此采用了一種刀縫切割修正方式狼憋，即計(jì)算機(jī)軟件調(diào)整功能息栖，通過軟件設(shè)置變一次切割為二次切割，從而獲得所需切縫寬度奖瞳。將設(shè)計(jì)圖形中超出0. 75mm的線寬由單線變?yōu)殡p線鹿蜀，對(duì)原線進(jìn)行中心偏移，按所需的寬度選擇對(duì)稱偏移量服球。方法易于實(shí)現(xiàn)耻姥，而且切縫寬度可以按工件要求任意設(shè)置销钝，解決了模切板激光加工中對(duì)寬縫要求的現(xiàn)實(shí)問題。

3.3精度補(bǔ)償機(jī)械傳動(dòng)的精度靠傳動(dòng)設(shè)備的精度來保證琐簇。對(duì)于一個(gè)封閉圖形的切割蒸健，機(jī)械傳動(dòng)就存在正反轉(zhuǎn)的問題，其側(cè)隙就會(huì)影響加工精度婉商。對(duì)于單一圖形似忧，其精度影響不大，而激光模切板平面圖形往往由多個(gè)圖形一次加工在平板上丈秩，這樣其側(cè)隙累積誤差就很大盯捌。為了克服這些累積誤差，從軟件開發(fā)上做了技術(shù)創(chuàng)新蘑秽，采用側(cè)隙正反向補(bǔ)償饺著，這樣即消除了側(cè)隙對(duì)精度的影響，同時(shí)對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)中傳動(dòng)零件的精度要求降低肠牲∩肪可以選擇傳動(dòng)精度不是很高的同步帶作為激光切割設(shè)備的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，使成本大幅度降低厌棵，同樣能達(dá)到極好的精度效果因郁。具體的加工過程和補(bǔ)償后的加工圖形如所示。

為X軸電機(jī)反轉(zhuǎn)醇票，Y+為Y軸電機(jī)正轉(zhuǎn)加鄙，為Y軸電機(jī)反轉(zhuǎn)。由可見速郑，X溜盾、Y軸運(yùn)動(dòng)在整個(gè)過程中各發(fā)生一次正反轉(zhuǎn)。試驗(yàn)結(jié)果表明溃皮，如果側(cè)隙為0.06mm盔却，不進(jìn)行補(bǔ)償，其加工的結(jié)果如所示蚣凰，下部圖形向左偏移0.06mm，向上偏移0. 06mm聪僚，其中間線條發(fā)生偏移坦辟、不在一條線上，達(dá)不到加工工件所要求的精度章办。如果圖形復(fù)制多份锉走，最終造成的累積誤差將導(dǎo)致嚴(yán)重變形，不能實(shí)現(xiàn)整體項(xiàng)目對(duì)精度的要求藕届。而通過側(cè)隙補(bǔ)償完全能達(dá)到精度要求挪蹭。

加工過程和補(bǔ)償后的加工圖形未補(bǔ)償?shù)募庸D形4結(jié)論采用小功率雙co2激光頭切割非金屬模切板亭饵，可成功解決中小功率002激光器切割木板深度有限的問題。采用光路固定梁厉、工作平臺(tái)移動(dòng)等技術(shù)辜羊，成功解決了飛行光路切割時(shí)切縫難以控制、切割速度不均勻等技術(shù)難題词顾，能夠達(dá)到一次性切割618mm厚的木板八秃、切縫寬度在0.350.71mm可調(diào)、0. 71mm以上可設(shè)置的效果肉盹。因此小功率雙C02激光器切割機(jī)在木材加工昔驱、廣告、包裝等行業(yè)可得到廣泛的應(yīng)用纺榨。

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