柳州激光切割钢板效率研究

激光切割是激光加工中最重要的一项应用技术，它占整个激光加工市场的70％以上，已成为一种竞争力很强的高新技术。与线切割、水切割等其他切割方法相比，激光切割最显著的特点是精度高、速度快、效率高。但若从有效切割时间占总时间的百分比来说,二维激光切割有效切割时间所占的百分率并不高。如配备厂NEL-2000A轴快流C02激光器的SLCM—1225数控激光切割机。对于大多数图形，金属激光切割加工其有效切割时间约在20％～50％左右；可见，单从设备利用率来讲。二维数控激光切割机效率的提升还有很大的挖掘空间。

1 二维激光切割时间分解

　　1.1 二维激光切割一般路径

　　2010年4月，江苏南京举行了第六届中国数控机床展览会。会卜展出了上海团结普瑞玛、济南捷迈、深圳大族等闫内多家知名企业生产的二维数控激光切割机，经现场观察，这些数控激光割机在切割过程中的路径基本是这样的(以上海团结普瑞玛数控激光割机为例)：从起点出发空行程到第一个待切割连续曲线的起刀点(G00或G01剖嘴与板面保持一定的距离，Z轴数控M16)→Z轴随动(M10，即采用z浮结构挖制割嘴与板面的距离)→打开机械光闸(M12)→打开电子光闸(M20)→出光打孔延时(M15)→有效切割(完成第→段有效切割路径)→解除z轴随动(M16)→z轴抬升(约40 mm)→柳州激光切割空行程到第二个待切割连续曲线的起刀点......如此循环往复，这就是二维数控激光切割的一般路径。

　　1.2 激光切割时间分解

　　在上述所讲的激光切割路径中包含了用于去除或分离材料的切割路径和空程路径，显然用于去除或分离材料的切割路径是有效路径，它所消耗的时间称为有效切割时间，而空程路径则是无效路径，它所消耗的时间理应归属无效切割时间。当然，除了无效路径所消耗的时问外，切割过程中的停顿、打孔等消耗的时间，也应归结为无效切割时间。如M12指令在执行时，要等待机械光闸打开，才能执行下一个指令，它的执行时间长短取决于控制机械光闸开关的伸缩气缸的充气速率，这种停顿属于指令执行停顿，一般只有几秒钟；再如外光路调整、聚焦光束垂直度调整等，这种停顿属于工艺调节停顿，有时可能只需要几分钟(如同轴度微调)，有时可能需要几个小时甚至更长的时间(当然这种较长时间的工艺调节有时也会作为故障进行处理)。

　　对于一台特定的数控激光切割机，当使用其最大功率切割某一特定材质(如A3板)、特定厚度(如8mm)的钢板时，在保证切割质量的前提下，其有效切割速度是一定的，即对于一特定的零件，其有效切割时间是一定的。那么要想提高切割效率，缩短无效切割时间便是一条蕈耍的途径。当然，在二维激光切割路径优化研究中，缩短xy二维平面内空程路径的研究成果较多，它也是缩短无效切割时间研究的一个重要方向。但在有些情况下，当采用某些特殊工艺处理时，有时增加xy二维平面内的特殊空程路径时反而能缩短无效切割时间。下面本文将通过缩短打孔时间的研究，来阐述另一种能缩短无效切割时问提高切割效率的工艺方法。

2 切割路径起点打孔的工艺处理

　　2.1 激光器打孔时间

　不管是线切割、水切割，还是激光切割，切割路径起刀处打孔是必须的。激光切割订丁以自行打孔，且速度较快，一般在几秒到几十秒不等。如采用NEL—A系列激光器与SLCM—1225数控机床联机切割8mm厚的A3板，用占空比30％频率为25 Hz的门脉冲打孔。在激光器出光模式和喷嘴同轴度均较理想的情况一下，相对于1500 w的打孔功率，有效打孔时间约为9~10s。

　　在激光切割A3板的过程中，由于工艺的需要，为防止打孔时爆孔影响切割质量，在打孔时需要用较低的氧气压力，而在切割时则采用稍高一点的氧气压力，所以每次打孔前后都需要这样的过程：选择氧气(M55)→开低压(M50)→关低压(M51)→开高压(M52)。激光切割厂家在这一过程中，每个命令都是通过继电器驱动气动电磁阀来实现的，每个阀的驱动到位时间约在1～2s，经测试这一过程合计时间约5～6 s，与有效打孔时问合并得8 mm厚的A3板的总打孔时间约为15s。若以有效切割时切割速度为1500 mm／min计算，15 s可以切割出长度为375 mm的割缝。

　　2.2 常规切割路径

　　如图1所示，为需要切割加工的机械零件平面图，要求材质为Q235碳钢板，厚度8 mm，精度±0.2 mm，数量200只。

图1机械零件图

　　根据机械零件及备料板材的形状和尺寸，可以画出切割加工图，此处仅以加工5个这样的工件为例进行说明。如图2所示，为常规排料法排出的切割加工路径图(为便于观察，部分废料区被放大)。图中1-5处的半圆弧为引割线，在废料上，A点为编程原点，也是切割加工时的起点，从A点空行程到l点,打孔，通过引割线加工第一个零件；第一个工件加工完成后，空行程到2点，打孔，加工第二个工件。如此依次重复空行程、打孔、引割线引入、切割，直至完成所有五个工件的加工。在该程序执行过程中，共有5次打孔，合计打孔耗时75 s，折