1、切割理論培訓切割理論培訓Jan 2010培訓人：王春偉Mai 20032009 BystronicCompany profile01.07.2009, Slide 2激光切割基本原理激光切割基本原理Lens輔助氣體輔助氣體:O2 / N2 / Air噴出溶料噴出溶料切割速度切割速度焦點位置焦點位置激光功率密度激光功率密度氣壓氣壓切割質量切割質量Mai 20032009 BystronicCompany profile01.07.2009, Slide 3切割方式切割方式(1)激光熔蝕切割 切割過程中,入射的激光功率密度達到一定后,材料內部開始蒸發,形成空洞,進而吸收光束能量,然后高壓輔助氣體將

2、孔洞周圍熔蝕材料帶走,形成切縫,切割輔助氣體不與金屬反應。我們使用氮氣做輔助氣體。切割過程是激光束、切割輔助氣體和工件三者間的相互作用過程,即激光作用在材料表面,高溫使材料加熱熔化,然后利用輔助氣體將熾熱材料燃燒或吹走形成切縫。 Mai 20032009 BystronicCompany profile01.07.2009, Slide 4切割方式切割方式(2)激光氧化切割 即使用氧氣作為切割輔助氣體。由于氧氣會與已經熾熱的金屬發生反應,釋放出大量的熱,進一步加熱材料。功率25%-80%最大功率，氣壓0.5Bar-5Bar，焦點接近在上表面。Mai 20032009 BystronicComp

3、any profile01.07.2009, Slide 5切割方式切割方式(3)等離子切割 是激光熔蝕切割的一種。主要用于切割不銹鋼。通常使用最大功率，氮氣切割，主要用于不銹鋼厚板（大于15mm）的切割，切割時可以看到藍色的光，表面粗糙，Cut Control必須關閉。Mai 20032009 BystronicCompany profile01.07.2009, Slide 6Bysoft 應用應用設置數據庫用戶的步驟Set a new user of database:ByDBA-user management-New-set user and passwordBybase使用步驟Byp

4、art (Flat part) 1.New2.element3.contour(Green)4.F5 F65.TechnologyMai 20032009 BystronicCompany profile01.07.2009, Slide 7Bysoft 應用應用切割模式的選擇CW Cutting 正常切割Marco 1 Hole diameter = (1 to 2 times)thinknessPuls Cutting Hole diameter = (0.5 to 1 times)thinknessEngraving Techassist OffMicrojoints 設置最小長度和寬度

5、Center Punch marks 當Hole diameter小于機器可切割的直徑具體參照TAR-Editor的RUX文件。DXF Import1.open new2.Load DXF file3.select layer, line type etc4. select class5.enter (if complete)6. for exitMai 20032009 BystronicCompany profile01.07.2009, Slide 8TAR-Editor 應用應用Byjin 4020 Alu N2Thickness up to and including11.52345

6、681012Lead-in / Lead-outRulesLead-in 1 up to and including hole diameter0000000000Piercing cut, open contoursPulsedPulsedPulsedPulsedNormalNormalNormalPulsedPulsedPulsedSettings, lead-in 1TypePerpend. straight linePerpend. straight linePerpend. straight linePerpend. straight lineStraight line with a

7、rcStraight line with arcStraight line with arcPerpend. straight linePerpend. straight linePerpend. straight lineLength5555666101012Radius00001.51.51.5000Operating modeFollow-on elementFollow-on elementFollow-on elementFollow-on elementFollow-on elementFollow-on elementFollow-on elementProcessmacro 2

8、Processmacro 2Processmacro 2PiercingPulsedPulsedPulsedPulsedNormalNormalNormalPulsedPulsedPulsedSettings, standard lead-inTypePerpend. straight linePerpend. straight linePerpend. straight linePerpend. straight lineStraight line with arcStraight line with arcStraight line with arcPerpend. straight li

9、nePerpend. straight linePerpend. straight lineLength5555666101012Radius00001.51.51.5000Operating modeFollow-on elementFollow-on elementFollow-on elementFollow-on elementFollow-on elementFollow-on elementFollow-on elementProcessmacro 2Processmacro 2Processmacro 2PiercingPulsedPulsedPulsedPulsedNormal

10、NormalNormalPulsedPulsedPulsedSettings, lead-outTypeDirectly on the contourDirectly on the contourDirectly on the contourDirectly on the contourDirectly on the contourDirectly on the contourDirectly on the contourDirectly on the contourDirectly on the contourDirectly on the contourLength0000000000Ra

11、dius0000000000CuttingRulesEngrave up to and including hole diameter0.40.70.91.41.92.42.93.94.95.9Pulsed up to and including hole diameter0000000000Process macro 1 up to and including hole diameter20202020202020202020Process macro 2 up to and including hole diameter0000000000Process macro 3 up to and

12、 including hole diameter0000000000Process macro 4 up to and including hole diameter0000000000Process macro 5 up to and including hole diameter0000000000Settings, cuttingTool correctionNormalNormalNormalNormalNormalNormalNormalNormalNormalNormalOperating mode for open contoursCuttingCuttingCuttingCut

13、tingCuttingCuttingCuttingCuttingCuttingCuttingCorner modeTypeFilletFilletFilletFilletFilletFilletFilletFilletFilletFilletRadius/Length0.80.80.80.811.51.522.53Mai 20032009 BystronicCompany profile01.07.2009, Slide 9Parameter Editor 應用應用 Parameter Editor軟件演示導出結果：Mai 20032009 BystronicCompany profile01

14、.07.2009, Slide 10使用的噴嘴（使用的噴嘴（Nozzle）HeadNozzleMat.GasNozzleMat.GasNozzleMat.GasNozzleMat.Gas7.5NK3017St_25O2NK2515St_20O2HK30In_20N2NK1715St_15O2HK30In_15N2NK1515St_12O2HK30In_12N2NK3020Alu_12N2NK1215St_10O2HK30In_10N2NK3020Alu_10N2NK1215St_8O2HK25In_8N2NK2520Alu_8N2NK1215St_6O2HK25In_6N2NK2520Alu_

15、6N2NK1215St_5O2HK25St_5N2HK20In_5N2NK2520Alu_5N2NK1215St_4O2HK20St_4N2NK2520Alu_4N25HK20In_4N2HK10St_3O2HK17St_3N2HK17In_3N2HK17Alu_3N2HK10St_2.5O2HK17St_2.5N2HK17In_2.5N2HK15Alu_2.5N2HK10St_2O2HK15St_2N2HK15In_2N2HK15Alu_2N2HK10St_1.5O2HK15St_1.5N2HK15In_1.5N2HK15Alu_1.5N2HK10St_1O2HK15St_1N2HK15In

16、_1N2HK15Alu_1N2Mai 20032009 BystronicCompany profile01.07.2009, Slide 11使用的噴嘴（使用的噴嘴（Nozzle）在噴嘴的使用上要注意以下兩個問題:噴嘴型號因為噴嘴口大小會影響出口壓力分布,影響切割速度。噴嘴直徑過大,噴氣流對切割區的強烈冷卻作用使熱影響區變窄;噴嘴直徑過小,會阻礙熔渣的順利排出。噴嘴距離噴嘴距離太小,對透鏡會產生強烈的返回壓力,減弱了對濺散切割產物的驅散能力;距離過大又會造成不必要的動能損失,都不利于切割。 如果切割噴嘴選用不當或維護不善造成污染或損傷,或者噴嘴口不圓或堵塞,會形成噴氣渦流,導致切割質量明顯下

17、降。有時噴嘴中心不對中，光束就會剪切邊緣，有切割毛刺。有不少操作者貪圖一時便利，每次并沒有按照規范進行對中，往往等切割質量出現問題才檢查噴嘴,這時可能噴嘴已經燒壞了。切割圓形輪廓,出來是橢圓,而且有毛刺,就懷疑是否設備有故障,而事實上是操作人員并沒有對好噴嘴中心,激光束都打在噴嘴壁上了。若僅在切縫一側有長的不規則的毛刺,應首先檢查噴嘴中心,但是注意焦點位置過高也有可能 出現該現象。 Mai 20032009 BystronicCompany profile01.07.2009, Slide 12Bypos Mai 20032009 BystronicCompany profile01.07.2

18、009, Slide 13Bypos Mai 20032009 BystronicCompany profile01.07.2009, Slide 14Bypos Mai 20032009 BystronicCompany profile01.07.2009, Slide 15Cut Control功能1. 監控氮氣切割過程 2. 尋邊檢測 3. CPP (脈沖控制穿孔) Mai 20032009 BystronicCompany profile01.07.2009, Slide 16Cut Control監控氮氣切割的校準值確定：1.加載LCC文件，如下圖。使用3mm 不銹鋼進行直線切割。2

19、. 將操作頁面更換到Setup Value，開始切割，在直線切割速度穩定時，將Calibration during cut激活，記錄下calibration threshold的顯示值。3.測試5次，計算平均值，填寫到參數中的calibration threshold里。4.速度設置為12000mm/min，切割星形，這時不能切透，cut control 起作用，自動重新切割，看是否在設置的次數內，切割停止。檢驗完成。Mai 20032009 BystronicCompany profile01.07.2009, Slide 17Cut ControlMai 20032009 Bystroni

20、cCompany profile01.07.2009, Slide 18重要的參數：焦點位置重要的參數：焦點位置Focal Position (mm)： 焦點位置在調整好的參數中可以有一定的Tolerance，比如1.52.5都可以切出比較好的效果，這取決于其他參數的配合，但這個參數對切割效果影響最大也最直接。一旦超出范圍，直接就會發現板料的下表面效果不好。焦點位置由于激光功率對切割速度影響很大,激光束光斑大小與透鏡的焦長有關 。5”切割鏡片的光斑要比7”的小,聚焦后的功率密度高,但相反調節余量小,一般適用于切薄板,切割厚板應采用焦長長的透鏡較合適。當焦點處于最佳位置時,切縫小,切割速度最佳。

21、實際切割過程中,由于透鏡因冷卻不好會受熱變形,焦點變化,這是需要及時調整。Mai 20032009 BystronicCompany profile01.07.2009, Slide 19重要的參數：切割氣壓重要的參數：切割氣壓Gas Pressure (Bar)：輔助切割，吹掉溶料。對于O2，增大氣壓會使O2量增多，幫助Beam增加在板材表面的功率，反之減少，氧氣會使材料表面氧化，釋放出更多的能量，所以一般氣壓比較小（0.55Bar），且焦點位置比較靠近材料的上表面；對于N2，更多的是為了冷卻切口，所以一般氣壓比較大（617Bar），且焦點位置比較靠近材料的上表面，氮氣切割需要消耗高的能量達

22、到板料的熔點。Mai 20032009 BystronicCompany profile01.07.2009, Slide 20重要的參數：切割氣壓重要的參數：切割氣壓輔助氣體壓力當高速切割薄板時,需要較高的氣體壓力,防止切口背面粘渣;當切割厚板或切割速度較慢時,應適當降低氣壓;對于切割非金屬材料,為防止切面霜化, 最好調低氣壓。此外,氧氣純度對于切割質量的影響很大,如果氧氣純度每降低2%,切割速度就要降低50%,而且切面質量差。所以要保證輔助氣體的純度,此外還要注意氣體管道的清潔,由于氣體或管道內的雜質,在長時間的使用后會堵塞氣體減壓閥,使切割氣體壓力不穩定,必然會造成加工質量下降。如果切割

23、氣體壓力過低,也會出現切面上有坑洼。根據經驗,在氧氣切割碳鋼版時,如果需要提高切縫的光潔平整度,一般可以在原標準參數基礎上,略微降低切割速度,激光功率和氣體壓力,通常都會收到不錯的效果。Mai 20032009 BystronicCompany profile01.07.2009, Slide 21重要的參數：功率重要的參數：功率Power( W )：功率過小，不容易切割透過板材；功率過大，會使板材溫度過高，連續切割容易造成不良。同樣切割小孔時，一定面積內的能量容易過多，所以這個參數的選擇，一般稍小一些。但是對于一些材料，比如Al，必須高的能量才能切出比較好的效果。連續切割時,功率大小和模式好

24、壞都會直接影響加工質量。有人認為對于大功率激光器,采用100%功率切割就能取得最高速度,其實不對。在實際應用中,隨著激光功率的增加,模式會隨著有所改變,在焦點處未必獲得最高的功率密度,也就是說切割質量未必最佳。事實上,隨著激光器使用時間的增加,光學元件如偏振鏡的損耗,激光氣體純度和混合比的差異等因素,都會改變激光的輸出模式。 Mai 20032009 BystronicCompany profile01.07.2009, Slide 22重要的參數：速度重要的參數：速度Speed (mm/min)：速度較低時，容易切割出比較好的效果。在功率一定的情況下，速度變慢，切割單位長度的時間變長，根據W

25、=P*T，增加了在板材表面的功率，反之減少。切割速度對于特定的激光功率密度和材料,切割速度一般與功率密度成正比。功率密度不但與輸出功率有關,而且與光束質量特別是激光模式有關。建議在滿足產品質量前提下,應盡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,但排出的熱融材料會燒蝕切面使切面粗糙。實踐證明,在切割 不銹鋼材料時,只要激光功率達到,增加切割速度,其切縫會更細膩光亮。切割紋理滯后于切割方向,說明切割速度過高,同時也有可能因為焦點位置過高、功率不夠或輔助切割氣體壓力 不夠所致。 Mai 20032009 BystronicCompany profile01.07.2009, Sli

26、de 23重要的參數：噴嘴清潔高度重要的參數：噴嘴清潔高度57.57.5(12-25mm)Steel O21mm0.7mm1mmSteel N22mm-Inox N20.7mmAlu N22mmNozzle Clearance Distance (mm)：當調整以上參數不能獲得明顯的效果時，可以調整這個參數值，它的影響比較多，可能要重新調整以上4個參數。最小值為0.4mm，通常為0.62mm。過低的話會使切割灰塵容易進入切割頭造成損壞。噴嘴距離太小,對透鏡會產生強烈的返回壓力,減弱了對濺散切割產物的驅散能力;距離過大又會造成不必要的動能損失,都不利于切割Bystronic切割機安裝有電容式感應

27、裝置,可以自動調節噴嘴切割距離,但前提是選用了正確的切割參數。下表作為參考：Mai 20032009 BystronicCompany profile01.07.2009, Slide 24重要的參數：調制、加速、減速因子重要的參數：調制、加速、減速因子說明：Vs 最大最大 = 5000 mm/minM = 50% = Vs 2500P = 100% CWa = 減速開始b = 調制開始c = 直到 Vs = 0 的減速距離d = 轉角停留時間 (20ms)e = 調制區域f = 切割半徑的時間1 Vs 0 = 調制啟動2/4 Vs 2500 = 無調制3 Vs 2500 = 調制啟動提問：為

28、什么2和4位置不進行調制Mai 20032009 BystronicCompany profile01.07.2009, Slide 25重要的參數：調制、加速、減速因子重要的參數：調制、加速、減速因子Vorschub最大徑向加速度最大徑向加速度 mm/min 0.20.30.55 0.81.11.41.82.22.73.23.74.34.95 5.66.47.1半徑 1000 1.37 0.77 0.49 0.34 0.25 0.19 0.15 0.12 0.10 0.09 0.07 0.06 0.05 0.05 0.04 0.04 2000 5.49 3.09 1.98 1.37 1.01

29、 0.77 0.61 0.49 0.41 0.34 0.29 0.25 0.22 0.19 0.17 0.15 3000 12.356.94 4.44 3.09 2.27 1.74 1.37 1.11 0.92 0.77 0.66 0.57 0.49 0.43 0.38 0.34 4000 21.9512.357.90 5.49 4.03 3.09 2.44 1.98 1.63 1.37 1.17 1.01 0.88 0.77 0.68 0.61 5000 34.2919.2912.358.57 6.30 4.82 3.81 3.09 2.55 2.14 1.83 1.57 1.37 1.21

30、 1.07 0.95 6000 49.3827.7817.7812.359.07 6.94 5.49 4.44 3.67 3.09 2.63 2.27 1.98 1.74 1.54 1.37 7000 67.2237.8124.2016.8012.359.45 7.47 6.05 5.00 4.20 3.58 3.09 2.69 2.36 2.09 1.87 8000 87.7949.3831.6021.9516.1212.359.75 7.90 6.53 5.49 4.68 4.03 3.51 3.09 2.73 2.44 9000 111.162.5040.0027.7820.4115.6

31、312.3510.008.26 6.94 5.92 5.10 4.44 3.91 3.46 3.09 10000 137.277.1649.3834.2925.2019.2915.2412.3510.208.57 7.31 6.30 5.49 4.82 4.27 3.81 11000 166.093.3659.7541.5030.4923.3418.4414.9412.3510.378.84 7.62 6.64 5.84 5.17 4.61 12000 197.5111.171.1149.3836.2827.7821.9517.7814.6912.3510.529.07 7.90 6.94 6

32、.15 5.49 15000 308.6173.6111.177.1656.6943.4034.2927.7822.9619.2916.4414.1712.3510.859.61 8.5720000 548.7308.6197.5137.2100.877.1660.9749.3840.8134.2929.2225.2 21.9519.2917.0915.2425000 857.3482.3308.6214.3157.5120.695.2677.1663.7753.5845.6639.3734.2930.1426.7023.81Mai 20032009 BystronicCompany prof

33、ile01.07.2009, Slide 26重要的參數：調制、加速、減速因子重要的參數：調制、加速、減速因子加速因子加速因子(m/s2)此參數用于指定切割時的加速度。 加工方向發生改變后，加速因子會影響輪廓精度。增大此因子會縮短縮短加速距離，降低此因子會增大增大加速距離。減速因子減速因子(m/s2)此參數等同于加速因子加速因子。 它定義了減速距離。增大此因子會縮短縮短減速距離，降低此因子會增大增大減速距離。在調整的時候，應該根據樣件的現象來綜合調整這3個參數。Mai 20032009 BystronicCompany profile01.07.2009, Slide 27需要創建的切割參數需

34、要創建的切割參數 創建切割參數時，在原有的使用Bylaser4400的參數的基礎上，使用Default參數進行切割，觀察結果，作為基礎，在這個基礎上更改參數進行測試，每次只更改一個參數并明確標記，與基礎樣件進行比較。每一種材質每一種厚度都要對每個參數進行測試。 需要創建的參數如下表：Mai 20032009 BystronicCompany profile01.07.2009, Slide 28創建創建CW切割參數步驟切割參數步驟1.將Feed Rate（Speed）上調10%2.用Default參數的Focal Position開始切割，每次變更+0.5mm直到切割出不能接受的樣件，再每次變

35、更-0.5mm直到切割出不能接受的樣件，看Tolerance。比如， 2、3、4、5、6，其中2和6切割效果不好，那么就說明，在當前Gas Pressure和Power下Tolerance是2mm。3.將Default參數的Gas Pressure，每次變更+1Bar，使用上述Focal Position，直到切割出不能接受的樣件，再每次變更-1Bar，使用上述Focal Position，直到切割出不能接受的樣件。4.每次變更+10% Power，使用上述Focal Position和Gas Pressure，直到切割出不能接受的樣件，再每次變更-10% Power，使用上述Focal Po

36、sition和Gas Pressure，直到切割出不能接受的樣件。5.這樣我們得到三組數據，看每一組的Focal Position的Tolerance。取最大的一組作為基礎。6.再將Nozzle Clearance Distance的數值+/-0.2，確認是否可以在Tolerance內。7.將Feed Rate（Speed）恢復。8.重新檢查并對Focal Position取中值。Mai 20032009 BystronicCompany profile01.07.2009, Slide 29創建創建CW切割參數步驟切割參數步驟Mai 20032009 BystronicCompany pro

37、file01.07.2009, Slide 30創建創建CW切割參數步驟切割參數步驟以上是這個步驟，但操作實際中，很可能第一步就進行不下去，因為可能只能在一個Focal Position切出可以接受的樣件，更改數值就切不出，這說明要同時調整幾個參數，要反復重復上面的步驟來獲得最大的Tolerance。當中間某個過程進行不下去，也意味著要同時調整幾個參數，再反復重復上面的步驟來獲得最大的Tolerance。實際上，當已經獲得較大的Tolerance，比如2mm，這時可以直接去切上下限數值，這樣直接判斷Tolerance小，可以節省一些材料。Mai 20032009 BystronicCompan

38、y profile01.07.2009, Slide 31CW切割參數的檢查切割參數的檢查MaterialThicknessGas 1.03321mmN2Parameter Focal Position (mm)Gas Pressure (Bar)Power( W )Speed (mm/min)Nozzle Clearance Distance (mm)Default215260040000.7Tolerance- 1+ 1- 2Bar+ 2Bar- 10%+ 10%- 10% + 10% - 0.2mm + 0.2mmValue13131723002900360044000.50.9Good

39、/Bad基本方法：將每個參數依次增加基本方法：將每個參數依次增加/減少一定公差值，檢查是否可以切出合格樣件。減少一定公差值，檢查是否可以切出合格樣件。例如：例如：Mai 20032009 BystronicCompany profile01.07.2009, Slide 32切割參數的檢查切割參數的檢查Cutting HeadLaserpowerGaspressure O2Gaspressure N25200W0.2-0.3 Bar1-2 Bar7.5400W0.1-0.05 Bar對于不同切割頭和氣體，具體如下表來改變數值：對于不同切割頭和氣體，具體如下表來改變數值：Mai 20032009

40、 BystronicCompany profile01.07.2009, Slide 33影響因素及問題查找方向影響因素及問題查找方向1.切割頭的選擇及內部結構的原因。如cut control電路板、lens松動等等。2.切割頭0點、lens是否干凈3.噴嘴的選擇及居中。如表現為切割時某邊（方向）或切縫一側有溶渣。4.氣體純度。如氧氣純度不夠，氣體帶水，氣壓不足等。5.光路。如Bypos調整不準、光路調中后振動產生偏差、反射鏡與偏振鏡裝反等等。6.對應材料的參數選擇。必要時重新讀取setup參數和切割參數。并注意Byvision和CNC軟件版本應一一對應。7.發生器。如功率不足、模式不好等。8.驅動卡。重新校正。9.切割程序在Bysoft中是否正確選擇了正確的切割方式。10.切割工作臺不平整、支架溶渣凝結造成不平整。11.連續切割時板料過熱。Mai 20032009 BystronicCompany profile01.07.2009, Slide 34影響因素及問題查找方向影響因素及