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與傳統(tǒng)切割方法相比，激光切割等具有明顯的優(yōu)勢(shì)。由于激光切割其高精度，窄縫效果明顯，激光切割采用非接觸技術(shù)加工。隨著制造業(yè)的發(fā)展，越來(lái)越需要激光切割的質(zhì)量。特別是在航空領(lǐng)域，當(dāng)對(duì)復(fù)雜的曲面鈑金零件進(jìn)行三維激光切割時(shí)，需要根據(jù)曲面曲率實(shí)時(shí)調(diào)整激光頭的姿態(tài)和工藝參數(shù)，以保證切割質(zhì)量。通過(guò)仿真系統(tǒng)，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(yōu)化一些切割工藝問(wèn)題，保證切割質(zhì)量。在實(shí)際切割中，為滿足不同類型金屬板的加工需要，應(yīng)根據(jù)板材尺寸、加工精度和板材形狀特點(diǎn)，采用各種三維激光切割平臺(tái)進(jìn)行加工。目前激光切割仿真軟件的虛擬現(xiàn)場(chǎng)施工效率低，平臺(tái)切換復(fù)雜，學(xué)習(xí)成本高，缺少切割痕跡的實(shí)施，工藝處理模塊不完善。本文對(duì)如何做好激光切割參數(shù)設(shè)置與質(zhì)量控制進(jìn)行了分析。
二、激光技術(shù)概述
激光由原子激發(fā)發(fā)射和共振放大形成。在激光聚焦后，它照射在材料上并迅速增加材料溫度以熔化或蒸發(fā)。隨著激光和被切割材料的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，在切割材料上形成切口以達(dá)到切割的目的。激光雕刻是激光束穿過(guò)光導(dǎo)聚焦系統(tǒng)并射擊雕刻材料，在一定范圍內(nèi)移除材料，并保留未照射的材料。
三、激光切割的參數(shù)設(shè)置
激光切割參數(shù)包括切割速度、功率、氣割等內(nèi)容，激光切割分別對(duì)切割質(zhì)量和切割效率進(jìn)行分析，分析不同類型的影響，但通過(guò)激光切割組合實(shí)現(xiàn)最佳配置所需的各種參數(shù)，不同工廠將根據(jù)成本結(jié)構(gòu)在一定程度上對(duì)質(zhì)量和效率特別重視和權(quán)衡。
1. 切割速度。激光切割激光頭可在單位時(shí)間內(nèi)沿著零件形狀移動(dòng)。激光切割切割速度越高，切割時(shí)間越短，激光切割生產(chǎn)效率越高。但是，當(dāng)其他參數(shù)固定時(shí)，激光切割速度與切割質(zhì)量不成線性關(guān)系。合理的切割速度是一個(gè)范圍值，低于該范圍值，激光束的能量在零件表面上保持太多而形成過(guò)度燃燒，超過(guò)該范圍值，激光束的能量太晚而不能完全熔化零件材料，導(dǎo)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(tǒng)的輸出能量，激光切割代表激光束在單位時(shí)間內(nèi)熔化材料的能力。
3. 焦點(diǎn)位置。激光輸出最終通過(guò)特殊鏡頭聚焦在功率密度最高的點(diǎn)。焦斑直徑與聚焦透鏡的焦深成比例。激光切割重點(diǎn)是根據(jù)不同位置的不同厚度設(shè)定，正確的焦點(diǎn)位置，是獲得穩(wěn)定切削質(zhì)量的重要條件，激光切割切割質(zhì)量與激光束有關(guān)，但也與激光束聚焦系統(tǒng)的特性有關(guān)，即激光切割聚焦后激光束的大小對(duì)激光切割質(zhì)量有很大影響。
4. 輔助氣體的氣壓。在縫隙形成切口。適當(dāng)?shù)臍鈮嚎梢詭椭涌旒す馇懈钏俣龋o助氣體壓力的大小對(duì)光纖激光切割機(jī)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(yīng)適當(dāng)降低氣體壓力。采用較低的氣壓切割可防止結(jié)霜。
5. 噴嘴距離。聚焦激光通過(guò)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(jù)流量和壓力來(lái)測(cè)量的。太遠(yuǎn)的氣體吹氣力損失太大，廢氣流量過(guò)大，影響飛濺，適當(dāng)?shù)木嚯x在0.8-1.0mm。根據(jù)不同的材料厚度選擇不同型號(hào)的噴嘴。
系統(tǒng)功能主要包括虛擬加工場(chǎng)景三維可視化模塊，多平臺(tái)機(jī)床運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算模塊，過(guò)程實(shí)施例和代碼輸出模塊。虛擬處理場(chǎng)景的三維可視化模塊包括虛擬處理場(chǎng)景構(gòu)建，運(yùn)動(dòng)模型構(gòu)建，材料去除過(guò)程模擬等。多平臺(tái)機(jī)床運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算模塊包括龍門(mén)五軸機(jī)床運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算，垂直六軸機(jī)器人和倒立機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算，基于刀位點(diǎn)的P矩陣計(jì)算等。過(guò)程實(shí)施例和代碼輸出模塊包括過(guò)程缺陷顯示，碰撞檢測(cè)實(shí)現(xiàn)，過(guò)渡軌跡顯示等。激光切割場(chǎng)景中包括各種模型，因此它是有必要建立一個(gè)快速的方法來(lái)構(gòu)建虛擬環(huán)境。各種機(jī)床平臺(tái)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)形式存在差異，點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行機(jī)床運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算，并將計(jì)算結(jié)果輸入運(yùn)動(dòng)模型，實(shí)現(xiàn)機(jī)床運(yùn)動(dòng)仿真。通過(guò)實(shí)時(shí)切割痕跡反映切割質(zhì)量，需要模擬激光切割材料的去除過(guò)程。在仿真中，反映和處理過(guò)程現(xiàn)象，最終生成相應(yīng)平臺(tái)的可靠處理代碼。
四、影響激光切割質(zhì)量主要因素的分析試驗(yàn)
根據(jù)影響激光切割質(zhì)量的因素分析，選擇厚度為1.0～3.0mm的熱成形件進(jìn)行激光切割試驗(yàn)，選擇切割塊，切割孔或切削刃進(jìn)行分析。測(cè)試程序如下。
1. 測(cè)試焦點(diǎn)位置并根據(jù)焦點(diǎn)的偏移進(jìn)行調(diào)整。聚焦位置逐漸從3mm調(diào)整到3mm，每次增加0.5mm進(jìn)行一次。記錄完成后比較切割質(zhì)量。在下一次測(cè)試中保留了具有最佳切割質(zhì)量的焦點(diǎn)位置。
2. 調(diào)整激光切割的功率。在第一步中以最佳切割狀態(tài)在焦點(diǎn)位置進(jìn)行功率測(cè)試。功率從1000 W開(kāi)始，每300 W切割一次。記錄并比較切割質(zhì)量。
3. 改變切割氣體壓力。測(cè)試了第二步中具有最佳切割質(zhì)量的焦點(diǎn)和功率狀態(tài)。氣壓從7Pa開(kāi)始，每次加入1Pa時(shí)比較切割質(zhì)量。保留具有最佳切割質(zhì)量的激光切割氣體壓力值用于下一次測(cè)試。
4. 提高切割速度。測(cè)試了第三步中最佳切割質(zhì)量的焦點(diǎn)，功率狀態(tài)和切割氣體壓力值。切割速度從6000毫米/分鐘開(kāi)始，并增加1000毫米/分鐘。記錄并比較切割質(zhì)量。
5. 噴嘴距離的設(shè)定。測(cè)試了步驟4中具有最佳切割質(zhì)量的焦點(diǎn)，功率狀態(tài)，切割氣體壓力值和切割速度。噴嘴距離從0.6mm開(kāi)始，每次增加0.2mm，直到噴嘴距離調(diào)整為1.2mm。每次記錄并比較切割狀態(tài)，最后得到最佳切割質(zhì)量的噴嘴距離值。
選擇案例1：2 mm厚度材料，調(diào)整焦點(diǎn)位置-3 mm，氮?dú)馇懈顗毫?2 Pa，噴嘴距離1 mm，切割功率3000 W，切割速度為12米/分鐘，因?yàn)楦鞣N參數(shù)調(diào)整好，切割條件好，通過(guò)各種測(cè)試，在參數(shù)調(diào)整到最合適的情況下，切割表面光滑。
五、結(jié)語(yǔ)
根據(jù)運(yùn)動(dòng)形式和運(yùn)動(dòng)特性，可以通過(guò)運(yùn)動(dòng)配置建立機(jī)床運(yùn)動(dòng)軸的運(yùn)動(dòng)模型。同時(shí)，確保每個(gè)模型的相對(duì)位置，并使用OIV讀取WRL文件功能界面，實(shí)現(xiàn)虛擬處理場(chǎng)景的快速構(gòu)建。結(jié)合激光切割技術(shù)特點(diǎn)，對(duì)模型制作進(jìn)行了分析，可有效保證產(chǎn)品加工質(zhì)量，激光技術(shù)有更廣闊的應(yīng)用市場(chǎng)。
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