百超激光切割机理论操作培训.ppt

切割理论培训 Jan 2010,培训人：王春伟, 2009 Bystronic Company profile 01.07.2009, Slide 2,激光切割基本原理, 2009 Bystronic Company profile 01.07.2009, Slide 3,切割方式,(1)激光熔蚀切割 切割过程中,入射的激光功率密度达到一定后,材料内部开始蒸发,形成空洞,进而吸收光束能量,然后高压辅助气体将孔洞周围熔蚀材料带走,形成切缝,切割辅助气体不与金属反应。我们使用氮气做辅助气体。,切割过程是激光束、切割辅助气体和工件三者间的相互作用过程,即激光作用在材料表面,高温使材料加热熔化,然后利用辅助气体将炽热材料燃烧或吹走形成切缝。, 2009 Bystronic Company profile 01.07.2009, Slide 4,切割方式,(2)激光氧化切割 即使用氧气作为切割辅助气体。由于氧气会与已经炽热的金属发生反应,释放出大量的热,进一步加热材料。功率25%-80%最大功率，气压0.5Bar-5Bar，焦点接近在上表面。, 2009 Bystronic Company profile 01.07.2009, Slide 5,切割方式,(3)等离子切割 是激光熔蚀切割的一种。主要用于切割不锈钢。通常使用最大功率，氮气切割，主要用于不锈钢厚板（大于15mm）的切割，切割时可以看到蓝色的光，表面粗糙，Cut Control必须关闭。, 2009 Bystronic Company profile 01.07.2009, Slide 6,Bysoft 应用,设置数据库用户的步骤 Set a new user of database: ByDBA-user management-New-set user and password Bybase使用步骤 Bypart (Flat part) 1.New 2.element 3.contour(Green) 4.F5 F6 5.Technology, 2009 Bystronic Company profile 01.07.2009, Slide 7,Bysoft 应用,切割模式的选择 CW Cutting 正常切割 Marco 1 Hole diameter = (1 to 2 times)thinkness Puls Cutting Hole diameter = (0.5 to 1 times)thinkness Engraving Techassist Off Microjoints 设置最小长度和宽度 Center Punch marks 当Hole diameter小于机器可切割的直径 具体参照TAR-Editor的RUX文件。,DXF Import 1.open new 2.Load DXF file 3.select layer, line type etc 4. select class 5.enter (if complete) 6. for exit, 2009 Bystronic Company profile 01.07.2009, Slide 8,TAR-Editor 应用, 2009 Bystronic Company profile 01.07.2009, Slide 9,Parameter Editor 应用,Parameter Editor软件演示,导出结果：, 2009 Bystronic Company profile 01.07.2009, Slide 10,使用的喷嘴（Nozzle）, 2009 Bystronic Company profile 01.07.2009, Slide 11,使用的喷嘴（Nozzle）,在喷嘴的使用上要注意以下两个问题: 喷嘴型号 因为喷嘴口大小会影响出口压力分布,影响切割速度。喷嘴直径过大,喷气流对切割区的强烈冷却作用使热影响区变窄;喷嘴直径过小,会阻碍熔渣的顺利排出。 喷嘴距离 喷嘴距离太小,对透镜会产生强烈的返回压力,减弱了对溅散切割产物的驱散能力;距离过大又会造成不必要的动能损失,都不利于切割。,如果切割喷嘴选用不当或维护不善造成污染或损伤,或者喷嘴口不圆或堵塞,会形成喷气涡流,导致切割质量明显下降。有时喷嘴中心不对中，光束就会剪切边缘，有切割毛刺。有不少操作者贪图一时便利，每次并没有按照规范进行对中，往往等切割质量出现问题才检查喷嘴,这时可能喷嘴已经烧坏了。切割圆形轮廓,出来是椭圆,而且有毛刺,就怀疑是否设备有故障,而事实上是操作人员并没有对好喷嘴中心,激光束都打在喷嘴壁上了。若仅在切缝一侧有长的不规则的毛刺,应首先检查喷嘴中心,但是注意焦点位置过高也有可能 出现该现象。, 2009 Bystronic Company profile 01.07.2009, Slide 12,Bypos, 2009 Bystronic Company profile 01.07.2009, Slide 13,Bypos, 2009 Bystronic Company profile 01.07.2009, Slide 14,Bypos, 2009 Bystronic Company profile 01.07.2009, Slide 15,Cut Control,功能 1. 监控氮气切割过程 2. 寻边检测 3. CPP (脉冲控制穿孔), 2009 Bystronic Company profile 01.07.2009, Slide 16,Cut Control,监控氮气切割的校准值确定： 1.加载LCC文件，如下图。使用3mm 不锈钢进行直线切割。 2. 将操作页面更换到Setup Value，开始切割，在直线切割速度稳定时，将Calibration during cut激活，记录下calibration threshold的显示值。 3.测试5次，计算平均值，填写到参数中的calibration threshold里。 4.速度设置为12000mm/min，切割星形，这时不能切透，cut control 起作用，自动重新切割，看是否在设置的次数内，切割停止。检验完成。, 2009 Bystronic Company profile 01.07.2009, Slide 17,Cut Control, 2009 Bystronic Company profile 01.07.2009, Slide 18,重要的参数：焦点位置,Focal Position (mm)： 焦点位置在调整好的参数中可以有一定的Tolerance，比如1.52.5都可以切出比较好的效果，这取决于其他参数的配合，但这个参数对切割效果影响最大也最直接。一旦超出范围，直接就会发现板料的下表面效果不好。,焦点位置由于激光功率对切割速度影响很大,激光束光斑大小与透镜的焦长有关 。 5”切割镜片的光斑要比7”的小,聚焦后的功率密度高,但相反调节余量小,一般适用于切薄板,切割厚板应采用焦长长的透镜较合适。当焦点处于最佳位置时,切缝小,切割速度最佳。 实际切割过程中,由于透镜因冷却不好会受热变形,焦点变化,这是需要及时调整。, 2009 Bystronic Company profile 01.07.2009, Slide 19,重要的参数：切割气压,Gas Pressure (Bar)：辅助切割，吹掉溶料。 对于O2，增大气压会使O2量增多，帮助Beam增加在板材表面的功率，反之减少，氧气会使材料表面氧化，释放出更多的能量，所以一般气压比较小（0.55Bar），且焦点位置比较靠近材料的上表面；对于N2，更多的是为了冷却切口，所以一般气压比较大（617Bar），且焦点位置比较靠近材料的上表面，氮气切割需要消耗高的能量达到板料的熔点。, 2009 Bystronic Company profile 01.07.2009, Slide 20,重要的参数：切割气压,辅助气体压力当高速切割薄板时,需要较高的气体压力,防止切口背面粘渣; 当切割厚板或切割速度较慢时,应适当降低气压; 对于切割非金属材料,为防止切面霜化, 最好调低气压。 此外,氧气纯度对于切割质量的影响很大,如果氧气纯度每降低2%,切割速度就要降低50%,而且切面质量差。所以要保证辅助气体的纯度,此外还要注意气体管道的清洁,由于气体或管道内的杂质,在长时间的使用后会堵塞气体减压阀,使切割气体压力不稳定,必然会造成加工质量下降。如果切割气体压力过低,也会出现切面上有坑洼。 根据经验,在氧气切割碳钢版时,如果需要提高切缝的光洁平整度,一般可以在原标准参数基础上,略微降低切割速度,激光功率和气体压力,通常都会收到不错的效果。, 2009 Bystronic Company profile 01.07.2009, Slide 21,重要的参数：功率,Power( W )：功率过小，不容易切割透过板材；功率过大，会使板材温度过高，连续切割容易造成不良。同样切割小孔时，一定面积内的能量容易过多，所以这个参数的选择，一般稍小一些。但是对于一些材料，比如Al，必须高的能量才能切出比较好的效果。,连续切割时,功率大小和模式好坏都会直接影响加工质量。有人认为对于大功率激光器,采用100%功率切割就能取得最高速度,其实不对。在实际应用中,随着激光功率的增加,模式会随着有所改变,在焦点处未必获得最高的功率密度,也就是说切割质量未必最佳。事实上,随着激光器使用时间的增加,光学元件如偏振镜的损耗,激光气体纯度和混合比的差异等因素,都会改变激光的输出模式。, 2009 Bystronic Company profile 01.07.2009, Slide 22,重要的参数：速度,Speed (mm/min)：速度较低时，容易切割出比较好的效果。 在功率一定的情况下，速度变慢，切割单位长度的时间变长，根据W=P*T，增加了在板材表面的功率，反之减少。,切割速度对于特定的激光功率密度和材料,切割速度一般与功率密度成正比。功率密度不但与输出功率有关,而且与光束质量特别是激光模式有关。 建议在满足产品质量前提下,应尽可能地提高切割速度,提高效率,如果速度偏慢,可以切下工件,但排出的热融材料会烧蚀切面使切面粗糙。 实践证明,在切割 不锈钢材料时,只要激光功率达到,增加切割速度,其切缝会更细腻光亮。切割纹理滞后于切割方向,说明切割速度过高,同时也有可能因为焦点位置过高、功率不够或辅助切割气体压力 不够所致。, 2009 Bystronic Company profile 01.07.2009, Slide 23,重要的参数：喷嘴清洁高度,Nozzle Clearance Distance (mm)：当调整以上参数不能获得明显的效果时，可以调整这个参数值，它的影响比较多，可能要重新调整以上4个参数。最小值为0.4mm，通常为0.62mm。过低的话会使切割灰尘容易进入切割头造成损坏。,喷嘴距离太小,对透镜会产生强烈的返回压力,减弱了对溅散切割产物的驱散能力;距离过大又会造成不必要的动能损失,都不利于切割Bystronic切割机安装有电容式感应装置,可以自动调节喷嘴切割距离,但前提是选用了正确的切割参数。,下表作为参考：, 2009 Bystronic Company profile 01.07.2009, Slide 24,重要的参数：调制、加速、减速因子,说明： Vs 最大 = 5000 mm/min M = 50% = Vs 2500 P = 100% CW a = 减速开始 b = 调制开始 c = 直到 Vs = 0 的减速距离 d = 转角停留时间 (20ms) e = 调制区域 f = 切割半径的时间 1 Vs 0 = 调制启动 2/4 Vs 2500 = 无调制 3 Vs 2500 = 调制启动,提问：为什么2和4位置不进行调制, 2009 Bystronic Company profile 01.07.2009, Slide 25,重要的参数：调制、加速、减速因子, 2009 Bystronic Company profile 01.07.2009, Slide 26,重要的参数：调制、加速、减速因子,加速因子(m/s2) 此参数用于指定切割时的加速度。 加工方向发生改变后，加速因子会影响轮廓精度。 增大此因子会缩短加速距离，降低此因子会增大加速距离。,减速因子(m/s2) 此参数等同于加速因子。 它定义了减速距离。 增大此因子会缩短减速距离，降低此因子会增大减速距离。,在调整的时候，应该根据样件的现象来综合调整这3个参数。, 2009 Bystronic Company profile 01.07.2009, Slide 27,需要创建的切割参数,创建切割参数时，在原有的使用Bylaser4400的参数的基础上，使用Default参数进行切割，观察结果，作为基础，在这个基础上更改参数进行测试，每次只更改一个参数并明确标记，与基础样件进行比较。每一种材质每一种厚度都要对每个参数进行测试。 需要创建的参数如下表：, 2009 Bystronic Company profile 01.07.2009, Slide 28,创建CW切割参数步骤,1.将Feed Rate（Speed）上调10% 2.用Default参数的Focal Position开始切割，每次变更+0.5mm直到切割出不能接受的样件，再每次变更-0.5mm直到切割出不能接受的样件，看Tolerance。比如， 2、3、4、5、6，其中2和6切割效果不好，那么就说明，在当前Gas Pressure和Power下Tolerance是2mm。 3.将Default参数的Gas Pressure，每次变更+1Bar，使用上述Focal Position，直到切割出不能接受的样件，再每次变更-1Bar，使用上述Focal Position，直到切割出不能接受的样件。 4.每次变更+10% Power，使用上述Focal Position和Gas Pressure，直到切割出不能接受的样件，再每次变更-10% Power，使用上述Focal Position和Gas Pressure，直到切割出不能接受的样件。 5.这样我们得到三组数据，看每一组的Focal Position的Tolerance。取最大的一组作为基础。 6.再将Nozzle Clearance Distance的数值+/-0.2，确认是否可以在Tolerance内。 7.将Feed Rate（Speed）恢复。 8.重新检查并对Focal Position取中值。, 2009 Bystronic Company profile 01.07.2009, Slide 29,创建CW切割参数步骤, 2009 Bystronic Company profile 01.07.2009, Slide 30,创建CW切割参数步骤,以上是这个步骤，但操作实际中，很可能第一步就进行不下去，因为可能只能在一个Focal Position切出可以接受的样件，更改数值就切不出，这说明要同时调整几个参数，要反复重复上面的步骤来获得最大的Tolerance。当中间某个过程进行不下去，也意味着要同时调整几个参数，再反复重复上面的步骤来获得最大的Tolerance。 实际上，当已经获得较大的Tolerance，比如2mm，这时可以直接去切上下限数值，这样直接判断Tolerance小，可以节省一些材料。, 2009 Bystronic Company profile 01.07.2009, Slide 31,CW切割参数的检查,基本方法：将每个参数依次增加/减少一定公差值，检查是否可以切出合格样件。 例如：, 2009 Bystronic Company profile 01.07.2009, Slide 32,切割参数的检查,对于不同切割头和气体，具体如下表来改变数值：, 2009 Bystronic Company profile 01.07.2009, Slide 33,影响因素及问题查找方向,1.切割头的选择及内部结构的原因。如cut control电路板、lens松动等等。 2.切割头0点、lens是否干净 3.喷嘴的选择及居中。如表现为切割时某边（方向）或切缝一侧有溶渣。 4.气体纯度。如氧气纯度不够，气体带水，气压不足等。 5.光路。如Bypos调整不准、光路调中后振动产生偏差、反射镜与偏振镜装反等等。,6.对应材料的参数选择。必要时重新读取setup参数和切割参数。并注意Byvision和CNC软件版本应一一对应。 7.发生器。如功率不足、模式不好等。 8.驱动卡。重新校正。 9.切割程序在Bysoft中是否正确选择了正确的切割方式。 10.切割工作台不平整、支架溶渣凝结造成不平整。 11.连续切割时板料过热。, 2009 Bystronic Company profile 01.07.2009, Slide 34,影响因素及问题查找方向,12.板料质量 材料成分合金成分影响材料的强度、比重、可焊性、抗氧化性、切面上的坑洼和耐腐蚀性。组成合金钢的重要元素有:碳、铬、镍、锰和锌。碳含量越高,材料就越难切(通常,碳含量不能超出0.8 %)。通常,切割材料的晶粒越细,切缝的边缘质量就越高。当Si的含量为0.25%时,就不适合用激光切割,或加工质量差。 材料表面反射率CO2激光器发出的激光光束波长为10.6m,而高反射率材料,如铜、铝等,一般较难切割。黑金属类材料对其吸收率高,切割效果好。 材料表面状态如果材料表面有锈蚀,或有氧化层,切缝会不规则,而且有断点。