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详情 大功率激光切割机能否是未来的趋势？

随着重工业的不断发展，激光切割技术从薄板切割发展到厚板切割，激光切割逐渐进入大功率时代。在工业制造的新时代，对钣金的切割精度、速度、厚度都提出了新的要求，并且激光切割机可达到的功率也越来越高。从产业发展的角度来看，大功率激光切割机是一定阶段的必然产物，是产业发展的大趋势。

01序言

在钣金加工领域激光切割机的优势非常突出。由于其精度高、速度快、质量好，已逐渐取代传统加工技术，成为板材切割的核心设备[1]。从激光切割机的兴起，到光纤激光切割机取代YAG、CO2等机器，再到大功率激光切割机的不断推出，大功率设备是切割厚板和切割效率的大势所趋。

近年来，大功率激光切割机成为激光切割领域的热门话题，许多企业不断推出万瓦以上的光纤激光切割设备。对于钣金加工行业来说，大功率切割设备的诞生大大提高了钣金切割的厚度和效率。这种大功率切割机的出现，不断打破材料切割厚度的限制。从而降低了加工厚板的价格，形成了良好的循环，促进了激光切割应用领域的进一步拓展。

02大功率激光切割机的简介

(1)大功率切割机介绍

激光切割机按功率可分为低功率、中功率、高功率。对于普通厚度的不锈钢和碳钢，低功率激光切割机可以做出很好的切割。对于切割厚板和切割效率，可以很好的实现大功率激光切割机。因此，激光功率在10000瓦以上的激光切割机，统称为高功率激光切割机(见图1)。

(2)光纤激光功率的规格

根据激光切割金属板材的不同厚度，在大功率切割机上选择光纤激光器

光学器件的功率规格也不同。从目前的发展趋势来看，在金属加工市场上，各种大中小企业正在逐步向各种规格升级，如表1所示。

(3)所用气体的规格

在大功率激光切割机工作时，为了保证切割精度、切割速度、切割断面效果等诸多优点，对所用氧气的纯度要求较高，一般要求纯度为99.99%。

03大功率激光切割机的特点

3.1技术突破

(1)具有高动态性能的高速切割机

配备万瓦光纤激光器的机床采用新型三角光束，具有以下特点:①重量减轻30%，动态性能明显提高。②zui大移动速度可达200m/min，加速度4g。③底座重量增加20%左右，改变机床固定方式，消除高加速度运动对机床冲击的影响。

(2)全新的软件系统

软件控制系统就像是机床的大脑和指挥中心。除了硬件升级带来的红利，整机性能的差异主要来源于软件和控制系统的差异，而且往往差异很大。

(3)能以100米/分钟的速度实现稳定切割。

①电容式传感器的响应速度比传统切割头快三倍。②Z轴速度提升，运行不间断更流畅，板材切割效率提升30%以上，蛙跳功能效率提升，加速适应功能提升。③完善快速射孔、精确射孔和远程诊断功能，实现工业4.0 预留智能接口的功能[2]。

3.2切割头的特性

大功率切割头是保证大功率连续工作条件下切割稳定性的核心部件，具有以下特点:①大功率切割头具有密封更好、冷却更充分的冷却系统，适用范围更广，镜片耐高温。②在高功率热透镜效应的影响下，切割头长时间工作，光束会出现焦点漂移现象。为了克服焦点漂移的问题，大功率切割头采用了新的气路设计结构，用新的结构代替了喷嘴，提高了切割速度和切割稳定性。

3.3高功率激光切割能力

(1)切割厚板的厚度不断提高。

目前大功率激光切割机切割铝合金板厚度可达40mm，不锈钢板厚度可达130mm。随着大功率激光切割机技术的不断升级，切削材料的厚度将不断增加，加工厚板的价格将逐渐降低，大功率激光切割机在厚板领域的应用将会加快[3]。

(2)切割薄板的效率提高一倍。

①切割厚度为3 ~ 10 mm的不锈钢板时，10 000W激光切割机的切割速度是6 000 W的两倍以上②10 000W激光切割机在碳钢的切割应用中可以实现18 ~ 20 mm/s的快速平滑切割，是普通标准切割速度的两倍。12mm以内的碳钢板可用压缩空气或氮气切割，切割效率是氧气切割碳钢的6~7倍。

3.4床的特征

(1)设备配有超强承重的机械结构。

大功率切割机配备铸铁床身，床身采用片状石墨铸铁，抗拉强度zui低200MPa，含碳量、抗压强度、减振、耐磨性能大幅提升(见图3)。

(2)铸铁床身的特点

①床身具有良好的润滑性能、耐腐蚀性和尺寸稳定性，可减少床身振动引起的加工误差。②减少设备在使用中的损耗，稳定系数提高30%以上，质量精度提高30%以上，延长床的使用寿命70年以上。

3.5自动更换喷嘴

(1)手动喷嘴更换模式

切割时，需要根据切割材料的厚度和材质更换喷嘴。多年来一直采用人工更换喷嘴，不仅效率低，需要技术人员重复劳动，而且更换后的精度和稳定性也难以保证。如何高效快速地更换喷嘴，并保证每次更换都万无一失，保持精度，是激光切割领域的一个技术难题。

(2)自动更换喷嘴技术

大功率激光切割机具有自动更换喷嘴的功能。可实现自动更换喷嘴、激光头校准、自动清洗喷嘴等功能。，并减少手工重复劳动量。通过操作触摸屏上的相应命令，可以实现自动更换喷嘴。自动喷嘴更换技术具有以下优点

1)降低了劳动强度，保证了更换喷嘴时的定位精度和工作稳定性。

2)配有完善的控制系统，可根据不同材料、不同板材厚度自动更换喷嘴型号和规格，减少人工更换的时间，从而提高生产效率。

3)自动更换喷嘴是一种全封闭的保护装置，为喷嘴设备和人身安全提供了良好的保障。

3.6雷电穿透和极限孔的形成

(1)闪电穿孔

穿孔时间短，热聚焦能量低，起点稳定，保持伺服系统稳定，能保证zui佳切割效果。闪电穿孔的优点见表2。

(2)限位孔

在激光切割行业，一直认为板材的厚度就是要切割的小孔的zui小直径。在高功率激光切割机的情况下，zui小孔的直径可以是0.15倍甚至更小，如图4所示。

04大功率激光切割机的优势

(1)高速度

激光切割速度已超过20m/min，切割机两轴移动速度可达250m/min，运行过程中加速度达到10g左右。

(2)高精度

在1毫米厚的板上大约10毫米的孔可以每分钟切割大约500个孔。这些孔在切割过程中的误差非常小。

(3)向厚板方向发展。

高功率激光切割机的功率在逐渐增大，对应切割厚板的尺寸也在增大。

(4)向大型化发展。

激光切割技术的加工尺寸范围也越来越大，激光切割技术已经开始向大尺寸发展。

(5)自动无人驾驶

发展自动化无人激光切割技术是必要和迫切的。①计算机网络技术的应用促进了自动化无人激光切割技术。②该技术应用的市场需求也越来越大，促使激光切割技术向全自动、无人化发展。

(6)智力

按照工业4.0的技术要求，跟上智能制造的步伐。该激光器结合了计算机控制、数控技术、光学系统、高精度和自动定位装置等，具有精确的图形识别技术、简单的操作程序和方便的人机智能交互。，并将自动出料、切割工艺数据库、远程故障诊断和远程控制集成为一体，满足大批量、复杂零件加工的需要[3-4]。

(1)发展大功率设备

激光切割作为切割中理想的加工手段，代表了现代金属加工技术的发展方向。目前，大功率激光切割机也在进行高速、高精度、大幅面、立体切割、特殊材料切割等领域的关键技术研发，以推动大功率激光切割的技术发展，满足日益增长的市场需求。

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(2)大功率设备的选择

有些企业在选择大功率激光切割设备时需要慎重考虑:除了切割速度和精度，特别是全功率连续切割的稳定性和一致性，机床的速度匹配能力，机床控制的性和精度寿命等。不能像买低功率激光切割设备一样简单比较价格因素。高权力意味着高投入，高投入意味着高风险。企业进入这个高回报的市场，就要意识到它的风险。

激光切割机是将从激光器发射出的激光，经光路系统，聚焦成高功率密度的激光束。青岛大东主要生产有：高精密激光切割机、高功率激光切割机、光纤激光切割机、板管激光切割一体机、管型材切割机等。