1.蛙跳

 

蛙跳是激光切割機的空程方式。

 

如下圖所示，切割完孔1，接著要切割孔2。切割頭要從點A移動到點B。當然，移動過程中要關閉激光。從點A到點B之間的運動過程，機器“空”跑，稱為空程。

 

 

早期的激光切割機的空程如下圖所示，切割頭要次第完成三個動作：上升（到足夠安全的高度）、平動（到達點B的上方）、下降。

 

 

壓縮空程時間，可提高機器的效率。如果將次第完成的三個動作，變?yōu)?ldquo;同時”完成，可縮短空程時間：切割頭從點A開始向點B移動時，即同時上升；接近點B時，同時下降。如下圖所示。

 

  

 

切割頭空程運動的軌跡，猶如青蛙跳躍所畫出的一條弧線。

 

 

在激光切割機的發(fā)展過程中，蛙跳算得上一個突出的技術進步。蛙跳動作，只占用了從點A到點B平動的時間，省卻了上升、下降的時間。青蛙一跳，捕捉到食物；激光切割機的蛙跳，“捕捉”到的是高效率。

 

如果激光切割機現在還不具備蛙跳功能，恐怕就不入流了。

 

2.自動調焦

 

切割不同材料時，要求激光束的焦點落在工件截面的不同位置。如下圖所示。

 

  

 

因此，就需要調整焦點的位置（調焦）。早期的激光切割機，一般采用手動調焦方式；當下，許多廠商的機器 都實現了自動調焦。

 

可能有人會說，改變切割頭的高度就好了，切割頭升高，焦點位置就高，切割頭降低，焦點位置就低。沒有這么簡單。

 

如下圖所示，切割頭底部為噴嘴。在切割過程中，噴嘴與工件之間的距離（噴嘴高度）約0.5～1.5mm，不妨看作是一個固定值，即噴嘴高度不變，所以不能通過升降切割頭來調焦（否則無法完成切割加工）。

 

 

 

聚焦鏡的焦距是不可改變的，所以也不能指望通過改變焦距來調焦。

 

如果改變聚焦鏡的位置，則可改變焦點位置：聚焦鏡下降，則焦點下降，聚焦鏡上升，則焦點上升。——這確是調焦的一種方式。采用一個電機驅動聚焦鏡作上下運動，可以實現自動調焦。

 

另一種自動調焦的方法是：在光束進入聚焦鏡之前，置一變曲率反射鏡（或稱可調鏡），通過改變反射鏡的曲率，改變反射光束的發(fā)散角度，從而改變焦點位置。如下圖所示。

 

  

 

有了自動調焦功能，可顯著提高激光切割機的加工效率：厚板穿孔時間大幅縮減；加工不同材質、不同厚度的工件，機器可自動將焦點快速調整到最合適的位置。

 

3.自動尋邊

 

如下圖所示，當板料放到工作臺上時，如果歪斜，切割時可能造成浪費。如果能夠感知板料的傾斜角度和原點，則可調整切割加工程序，以適合板料的角度和位置，從而避免浪費。自動尋邊功能應運而生。

 

  

 

啟動自動尋邊功能后，切割頭從P點出發(fā)，自動測得板料兩垂直邊上的3點：P1、P2、P3，并據此自動計算出板料的傾斜角度A，以及板料的原點。

 

借助自動尋邊功能，省卻了早先調整工件的時間——在切割工作臺上調整（移動）重達數百公斤的工件不是件易事，提升了機器的效率。

 

一臺技術先進功能強大的高功率激光切割機，是光、機、電一體化的復雜系統。細微之處，往往隱藏奧妙。讓我們一起來窺探其奧妙。

 

4.集中穿孔

 

集中穿孔，也稱預穿孔，是一種加工的工藝，并非機器本身的功能。

 

激光切割較厚板材時，每一輪廓的切割加工都要經歷兩個階段：1.穿孔、2.切割。

 

  
 

 

常規(guī)加工工藝（A點穿孔→切割輪廓1→B點穿孔→切割輪廓2→……）

 

所謂集中穿孔，就是將整張板上的所有穿孔過程提前集中執(zhí)行，然后回頭再執(zhí)行切割過程。

 

 

 

 

集中穿孔加工工藝（完成所有輪廓的穿孔→回到起點→切割所有輪廓）

 

與常規(guī)加工工藝相比，集中穿孔時，機器的運行軌跡總長是增加了的。那為什么還要采用集中穿孔呢？

 

集中穿孔可避免過燒。厚板穿孔過程中，在穿孔點周圍形成熱量聚集，如緊接著切割，就會出現過燒現象。采用集中穿孔工藝方式，完成所有穿孔、返回起點再切割時，由于有充分的時間散熱，就避免了過燒現象。

 

  

 

集中穿孔可提高加工效率。目前，仍有許多激光切割機不具備自動調焦的功能。加工厚板，穿孔、切割兩個階段的工藝參數（激光模式、功率、噴嘴高度、輔助氣體壓力等）是不同的。穿孔過程中噴嘴高度要高于切割過程。如果采取常規(guī)的加工工藝（輪廓1穿孔→輪廓1切割→輪廓2穿孔→輪廓2切割→……），為了保證切割質量和效率，激光束的焦點只能按照切割的需要人工調定到最佳位置（試想如果是這樣：一開始，將焦點人工調定到穿孔所需要的位置，穿孔；然后，再將焦點調到切割所需要的位置，切割；再調到穿孔位置，穿孔；……；直至加工完成——這簡直是惡夢）。因此，穿孔時的焦點就必定不在最佳位置，穿孔時間也就較長。但是，采取集中穿孔方式，就可先將焦點調整到適合穿孔的位置，待穿孔完成后，使機器暫停，再將焦點位置調整到切割所要求的最佳位置；這樣，穿孔時間可縮短一半以上，大大提升效率。當然，如必要，還可在集中穿孔和切割中間調整或改變其他工藝參數（比如可使用空氣＋連續(xù)波進行穿孔，而使用氧氣進行切割，中間有足夠的時間完成氣體的切換）。我們一般把驅動聚焦鏡自動變焦稱作F軸；像這樣采用手動變焦進行集中穿孔、切割，是不是可以叫做“H”（Hand）軸“變焦”呢？

 

集中穿孔也有風險。如果在切割過程中發(fā)生碰撞，致使板材位置變動，則尚未切割的部分可能報廢。

 

集中穿孔工藝需要自動編程系統的幫助。

 

5.橋位（微連接）

 

進行激光切割加工時，板料被鋸齒狀的支撐條托住。被切割下來的零件，如果不夠小，不能從支撐條的縫隙中落下；如果又不夠大，不能被支撐條托??；則可能失去平衡，翹起。高速運動的切割頭可能與之發(fā)生碰撞，輕則停機，重則損壞切割頭。

 

  

 

利用橋位（微連接）切割工藝，可避免發(fā)生此種現象。

 

在對圖形進行激光切割編程時，有意將封閉的輪廓，斷開若干處，使得切割完成后零件與周圍的材料粘連在一起，不致掉落，這些斷開處，就是橋位。也稱為斷點，或微連接（這種叫法源自對Micro Joint的生硬翻譯)。斷開的距離，約0.2～1mm，與板料的厚度成反比。基于不同的角度，有了這些不同的叫法：基于輪廓，斷開了，所以叫斷點；基于零件，與母材相粘連，所以叫橋位或微連接。

 

  

 

橋位將零件與周圍材料連在一起

 

成熟的編程軟件，可根據輪廓的長度，自動加上合適數量的橋位。還能區(qū)分內外輪廓，決定是否加橋位，使不留橋位的內輪廓（廢料）掉落，而留橋位的外輪廓（零件）與母材粘連在一起，不掉落，從而免去分揀的工作。

 

6.共邊切割

 

如果相鄰的零件輪廓是直線，且角度相同，則可以合為一條直線，只切割一次。此即共邊切割。顯而易見，共邊切割減少了切割長度，可顯著提高加工效率。

 

共邊切割并不要求零件的外形是矩形。如下圖。

 

  

 

天藍色線條為公共邊

 

共邊切割，不僅節(jié)省切割的時間，而且減少穿孔的次數，因此，效益非常明顯。假如每天因共邊切割節(jié)省1.5小時，每年約節(jié)省500小時，每小時綜合成本按100元計，則相當于一年額外創(chuàng)造了5萬元效益。

 

共邊切割需要仰賴于智能化的自動編程軟件。