激光切割机加工工艺设计

I激光切割机加工工艺设计摘要：激光切割机是光、机、电一体化的高科技产品，以其加工精确、快捷、操作简单，自动化程度高等优点，在制造行业中得到广泛应用。与传统的切割方式相比，不仅价格低，消耗低，而且是非接触加工，无磨损，激光加工对工件没有机械压力，加工出来的产品效果、精度、光洁度都非常好，尺寸一致、精确、效率高、成本低。本课题是针对 E-1306M 激光雕刻机的工艺研究，首先介绍了有关激光切割加工的国内外发展概况及本课题的研究意义及研究内容。其次介绍了有关 E-1306M 雕刻机的结构、操作原理及加工特点。最后通过实验确定了激光加工的最佳切割参数。通过查阅大量的国内资料及研究成果，并进行了大量的切割实验，总结研究方法，提出新的实验方案。探讨激光雕刻机在雕刻亚克力材料时，激光雕刻的功率、焦距、次数和速度等对于加工质量的影响，以便获得最佳的工艺参数和最好的切割效果。实验结果表明，激光雕刻功率、次数、焦距及速度对加工质量的影响是非常明显的，通过实验数据总结出了雕刻高质量产品的最佳的工艺参数。关键词：激光雕刻，焦距，切宽，切深激光切割机加工工艺设计IILaser Cutting Machine Processing Technology designAbstract：Laser cutting machine is an optical, mechanical, and electrical integration of high-tech products, with its processing precision, fast, simple operation, high degree of automation, has been widely used in the production industry. Compared with the traditional cutting methods, not only low prices, low consumption, but also non-contact processing, no wear, laser processing does not have mechanical pressure on the workpiece, the processed product has excellent effects, accuracy, finish, uniform size, accuracy, efficiency High and low cost. This thesis is aimed at the E-1306M laser engraving machine process research, first introduced the domestic and foreign development of laser cutting processing and the research significance and research content of this topic. Then introduced the structure, operating principle and processing characteristics of the E-1306M engraving machine.Through consulting a large number of domestic data and research results, and conducted a large number of cutting experiments, summed up the research methods and proposed a new experimental program. Discuss the influence of laser engraving power, focal length, number of times, and speed on the processing quality when engraving a acrylic material in order to obtain the best process parameters and the best cutting results.The experimental results show that the laser engraving power, frequency, focal length and speed have an obvious effect on the processing quality. The experimental data have been used to summarize the best process parameters for engraving high quality products.Keywords: Laser Carving, Focus, Cut Width, Cutting-inIII目录摘要 .IABSTRACT .II1 绪论 .11.1 引言 .11.2 研究目的及意义 .11.2.1 研究目的 .11.2.2 研究意义 .11.3 国内外发展状况 .21.3.1 激光切割的发展历程 .21.3.2 国内现状 .21.3.3 国外现状 .32 激光切割的特性分析 .42.1 相关切割技术 .42.1.1 常用切割方法的分类 .42.1.2 三种常见热切割方法的特性比较 .42.2 激光切割的原理、类型及特点 .52.3 产品的结构及日常维护 .62.3.1 产品的结构 .62.3.2 激光器的日常维护 .62.3.3 机床的日常维护 .72.4 激光切割切割过程中质量的影响因素 .72.4.1 切缝宽度 .72.4.2 切割面的粗糙度 .82.4.3 切割速度 .83 实验方案 .93.1 实验目的 .93.2 实验设备 .93.2.1 E-1306M 激光切割机基本构成 .93.2.1E-1306M 激光切割机技术参数 .10激光切割机加工工艺设计IV3.2.2 数字式智能电子显微镜 .103.3 激光切割机基本原理 .113.4 实验材料 .113.5 基本操作流程 .113.5.1 接通除尘通风系统 .113.5.2 连接电源线、数据线和地线 .123.5.3 调节光路 .123.5.5 确定加工参数 .123.5.4 图文编辑 .123.5.6 放置加工材料，定焦距 .133.5.7 输出数据加工 .133.6 切缝厚度与宽度的测量 .134 切割质量与效率的单因素实验研究 .144.1 实验结果分析 .144.1.1 焦距对切宽和切深的影响 .144.1.2 功率对切宽和切深的影响 .164.1.3 次数对切宽和切深的影响 .174.1.4 速度对切宽和切深的影响 .184.2 比较实验结果 .194.3 切割路径的优化 .204.4 矢量雕刻与位图雕刻 .204.4.1 位图与矢量图的区别 .204.4.2 矢量雕刻与位图雕刻的区别 .215 总结分析 .225.1 总结 .225.2 实验中存在的不足 .22致 谢 .23参考文献 .24附录 A 外文翻译 .2511 绪论1.1 引言激光和其他自然光一样，也是一种光，但与光不同的是，激光的颜色非常纯正，几乎没有发散的方向性和高的发光强度。现如今，激光切割技术已经非常普遍，已有超过 30 年的历史，近年来，一些研究人员发现了用低功率激光切割玻璃而不熔化玻璃的方法。激光切割工艺主要是利用激光对被加工工件进行一系列反应来完成切割图案，达到加工的效果。大多数材料都可以通过激光切割。金属加工行业作为金属材料的一大组成部分，在工业制造中占有相当大的比重。都可进行无变形切割。对很多制造行业来说往往会优先选用。1.2 研究目的及意义1.2.1 研究目的激光切割可用于加工钢材、铝合金、钛合金等金属材料，也可用于加工玻璃、陶瓷、塑料等非金属材料。激光切割是无接触加工，工件无机械变形；激光切割速度快、柔性高，可以节省模具投资，节省生产成本。本文主要是以切割机为研究对象，通过对钢板厚度，激光功率，切割次数，光斑大小和焦距对切割质量和效率的影响。1.2.2 研究意义本文主要是以 E-1306M 激光切割机为研究对象，通过大量实验，研究其焦距、功率、速度、次数等对于激光切割效率、切深、切宽和质量的影响,通过对激光切割的工艺研究，能够熟练掌握激光切割机的使用以及一些基本故障的排查，为激光应用于工业中做一个更好的铺垫。就目前来看，激光切割机行业正激光切割机加工工艺设计2在向高速、高准确度的方向飞速发展，其中大型激光切割机正向着厚板的切割方向发展，其应用范畴也将会越来越广阔。1.3 国内外发展状况1.3.1 激光切割的发展历程激光切割是伴随着机激光技术不断进步发展而来的必然产物。1905，爱因斯坦第一次提出了光量子假说，并对激光概念进行了讨论。在 1960，美国休斯公司制造出了世界上第一个红宝石激光器。经过这么多年的发展，激光技术的应用已经非常广泛 【2】 。激光切割是一种生产效率非常高的技术。同时，激光切割仍然可以在工艺的最后一刻对设计进行修改，但不会对整个生产过程产生任何影响。 激光切割的最大好处是最终用户可以在没有大量模板的情况下进行短板或者中板的生产。响应客户的需求更快，所以不需要制造模具。在柔性方面，激光切割不仅可以在任意方向进行切割，而且可以产生任意形状的切割。无需任何工具帮助，模板的形状可以快速更改。激光切割技术作为一种近些年来新发展起来的技术，有着广阔的发展前景。美国、德国、日本等很多发达国家在激光加工领域已经取得了跨越式发展。激光加工技术已基本完成了汽车、电子、机械、航空、钢铁等大制造业的传统技术替代，进入轻工业时代。激光切割机具有良好的能量密度可控性、切割宽度窄、工件的变形程度小、切割质量好、切割形状没有限制、加工不需要接触等优点。激光切割技术的成本很低、效率很高和其巨大的发展潜力已经让他成为世界主要工业国家之间的竞争力量。激光技术作为一项重要的技术，得到了各国的大力支持。在中国，激光切割技术在各类制造行业中的应用已经十分广泛，切割技术的广泛应用，使得产品的科技含量不断提高，更换速度不断加快，能够更好的满足市场需求。1.3.2 国内现状目前，中国的激光切割主要集中在钢铁方面。我国很早就认识到了激光技3术的重要性且一直重视激光技术应用的发展，当时与国外的差距很小，在几十年的发展过程中也取得了举世瞩目的成绩。在我国工业的工业生产中，激光加工设备的需求量很大，因为加工制造产业在我国的工业生产中有着举足轻重的位置，有着非常可观的市场需求。因此在市场经济的引导下我国工业激光技术的发展尤为迅速。伴随着激光技术的不断发展，国内从事激光设备的研制开发、设备的制造和销售的公司，以及作为国外激光设备代理的公司也越来越多，竞争也日趋激烈。现在，激光技术已经成为了国家发展的一项关键技术。这是因为技术涉及国家安全、国防建设等内容。在现有技术的基础上，有必要提高技术的重要性，加强对该技术的研究。1.3.3 国外现状现如今，欧洲、美国和德国等很多发达国家的激光加工早已经形成了一个新的高科技产业链，激光加工的应用领域的规模也不断扩大。由于激光切割技术的飞速发展，在世界范围内激光加工生产和销售的激光器占 40以上。日本作为第一个将激光切割技术引入汽车生产领域的国家，主要用于激光切割大型面板的切割边缘和挡风玻璃。 许多汽车公司通常使用激光切割技术来加工汽车 【3】 。激光切割机加工工艺设计42 激光切割的特性分析在实际生产过程中，切割加工是不可缺少的一道工序，而且由于材料不同以及不同零件的要求不同，由此而产生了很多不同的切割方法。本章则重点对激光切割的基本特性进行分析。2.1 相关切割技术2.1.1 常用切割方法的分类切割是焊接生产备料工序的重要加工方法。现代材料的切割方法有很多种，大致可分为冷切割和热切割两种。冷切割是指在常温下通过机械方法使材料分离，例如剪切，锯切（条锯、圆片锯、砂片锯） ，铣切等，也包括近年来发展的水射流切割。热切割是通过热能使材料分离，最常见的有气体火焰切割、氧气切割、等离子弧切割和激光切割。现代焊接生产中钢材的切割主要采用热切割【4】 。热切割按照物理现象可分为燃烧切割、熔化切割和升华切割三类；按所用能源的不同，热切割方法可分为气割、氧气割、氧-熔剂切割、电弧-氧切割、电弧-压缩空气气刨、等离子弧切割、激光切割、电子束切割 【5】 。 2.1.2 三种常见热切割方法的特性比较切割方法 切割条件 温度上升平均值（） 测定的吸热值 （kj） 单位系吸量 （J/mm）氧气切割 气体流量 3.4L/min，切割速度 420mm/min 183.0 85.3 22.53等离子弧切割 切割电流 150A，切割速度 2150mm/min 75.0 28.2 7.335表 2-1 三种热切切割方法的比较由表 2.1.2 可知，氧气切割时材料的受热量最多，而激光切割时受热量最少。通常来说，材料所吸收的热量越多，热影响区的宽度越大，这就预示着材料的变形也越大。表 2-2 三种热切割法的热影响区宽度由表 2-2 可知，氧气切割的热影响区宽度约为激光切割的 10 倍左右。另外，随着板厚的增大，热影响区也随着扩大。在工业的加工成产过程中，为了使零件变形更小，就要减少热影响度的宽度。分析比较可知，激光切割主要适合中、薄板的高精度、高速度的切割场合。激光切割连续激光，功率3000kv，切割速度900mm/min56.8 15.3 4.09热影响区宽度（mm）切割方法板厚 10mm 板厚 6mm 板厚 3mm氧气切割 0.8 0.6 0.5等离子弧切割 0.5 0.40.3激光切割 0.075 0.06 0.05激光切割机加工工艺设计62.2 激光切割的原理、类型及特点激光切割是利用通过聚焦的高功率的密度激光束照射工件，使被照射处的材料迅速融化、气化、烧烛或到达燃点，同时借助于光束同轴的高速气流吹除熔融物质，从而实现割开工件的一种热切割方法 【6】 。根据工件的热物理特性和辅助气体的性状，激光切割主要有以下的几种类型。激光融化切割：利用激光加热工件使其熔化，同时借助非氧化性辅助气体排除熔融物质，形成割缝。激光气化切割：当高功率密度的激光照射到工件表面时，材料便在很短的时间内被加热到气化点，并以气体形态溢出，形成割缝。激光燃烧切割：利用激光热可以将工件加工到燃点，利用辅助气体使材料燃烧。并排出燃烧产物，形成割缝。激光烧烛：利用激光斑点的高温和光化学作用在脆性材料上烧刻小槽，然后施加一定的外力使材料断开。一般的激光切割有如下特点：（1）切割的切缝窄；（2）速度快，切口光滑平整，无剪切毛刺。（3）激光切割是一种高能量、可控性好的无接触加工。（4）激光切割具有广泛的适用性和灵活性。72.3 产品的结构及日常维护2.3.1 产品的结构图 2.1 前视图1 激光管罩 2 上盖左侧门 3 设备上盖 4 X 轴导轨架 5 上翻盖 6 激光聚焦头 7 第三反射镜 8 透明观察窗 9 操作面板 10 控制手持器 11 激光电源箱 12 中部机箱 13 可锁方向脚轮 14 排烟进口 15 工作平台 16 机箱前门 17 第二反射镜 18 Y 轴导轨架 19 下部机箱架2.3.2 激光器的日常维护在使用一段时间后，要注意检查激光器的激光头的水管是否出现腐蚀现象，如果有要及时处理或者更换管路。要检查冷水机的过滤器和冷却水回路是否含有杂质。长期使用过后，由于气体的影响，会使激光器的内部镜片受到污染从而影响到切割质量。因此要注意镜片的清洁。但是，不同的镜片，清洁方法是不同的，当镜面是平面且无镜座时，使用镜头纸清洁，例如清洁反射镜；当镜面是曲面或者带有镜座时，应用棉签清洁，例如清洁聚焦镜。但是严禁使用水、洗洁精等清洗。因为镜片的表面镀油一层特殊的膜，若使用这些来清洗镜片可能会损伤镜片的表面 【7】 。激光切割机加工工艺设计8（1）用镜头纸清洁镜片的步骤：先吹掉镜片表面的灰尘，用酒精或者镜片纸清洁镜片表面，不能用干燥的镜头纸直接擦拭镜面，而应该将镜头纸平放在镜片的表面，滴上 2-3 滴高纯度酒精或者丙酮，向操作者方向水平的将镜头纸慢慢抽出，反复操作几次，直到镜面干净为止；（2）用棉签清洁镜片的步骤：先吹掉镜片表面的灰尘，再用干净的面前去掉污物，用沾有高纯度的酒精或者丙酮的棉签从镜片中心沿圆周运动，擦洗镜片，每擦完一周后，换一块干净的棉签，在重复上述操作，直到镜片干净为止【8】 。2.3.3 机床的日常维护（1）定期清理抽风口处的杂物，以及换气扇过滤网上的灰尘，保证排气效果。（2）定期检查气路中的过滤器，及时排除过滤器中的积水及杂物。（3）定期检查行程开关支架及撞块支架螺钉是否松动。（4）机床安装好后，使用一段时间，应对机床的水平进行重新调整，检查X 轴、Y 轴的零点、限位开关及撞块螺钉有无松动，各轴的限位开关是否灵敏，以保证机床的切割精度 【9】 。（5）每日工作完成后，要及时去清理加工废料，打扫加工现场，保持加工现场的干净、整齐。同时做好设备的清洁工作，保证设备干净无污渍。（6）加工完成后，按关机步骤进行关机，然后关掉整个机床的总电源。2.4 激光切割切割过程中质量的影响因素说到切割质量，目前我国还没有相关的切割质量标准，日本也无专用标准，而是参照气割方面的标准。德国在 1990 年已经制订了激光切割的国家标准，对切割面质量和尺寸允差做了分级规定。最近，国际标准化组织已经在制定相关的国际标准。通常来说，切割质量好主要指零件尺寸精度高、切缝窄，切边平行度好，切割表面光洁和切缝背面无粘渣。9由于激光切割的变形很小，切割零件的精度主要取决于切割装置的精度和控制精度。通过调整切割参数来控制切割质量。另外，切割速度决定了生产效率，在保证切割质量的前提下尽量提高生产效率，降低加工成本。2.4.1 切缝宽度研究发现，激光在切割材料时，切缝宽度和焦距和光斑直径有很大关系。CO2激光束聚焦后的光斑直径一般在 0.150.3mm 之间 【10】 。 切割低碳薄板时，在加快切割速度的情况下，切宽大致等于光斑直径。随着板厚的增加，切割速度下降，而且上部的切口宽度往往大于光斑直径。切缝宽度的测量比较直观，而且数据测量比较准确，因此是衡量切割质量的主要指标。2.4.2 切割面的粗糙度影响激光切割面质量的因素有很多。除了切割参数外，还与照射功率密度、工件材质和厚度等因素有关。另外，沿板厚方向其切割面的粗糙程度也存在很大差异，一般上面部分较细，下面部分较为粗。通常情况下，粗糙度测定区指的是上边缘 0.5-1mm 处的平均粗糙度 【11】 。2.4.3 切割速度在激光切割过程中，切割速度受功率，气体压力以及板材厚度的影响较为明显，为保证产品的技术性，以获得良好的切割质量，因此，需要选择合适的切割速度，同时，为了提高产品的经济性，降低成本，还需要在保证产品品质的前提下，提高切割速度，缩短切割时间。激光切割机加工工艺设计10113 实验方案3.1 实验目的本次实验是对激光切割机的机理进行研究说明，目的是探索切割切割的焦距、功率、速度、次数对加工质量的影响，以便获得最佳的切割切割加工工艺参数，为提高激光切割切割的效率、品质，方便以后在生产中降低成本，提高所切割切割产品的品质和质量。3.2 实验设备3.2.1 E-1306M 激光切割机基本构成激光切割机主要有七个部件组成：机架、激光系统（激光器、光路、反射镜、透镜） 、控制系统（主板、底板、控制面板、电路）机械传动系统工作台、辅助系统、操作软件 【12】 ：（1）光路系统包括三个反射镜和一个聚焦透镜即激光器产生的光通过反射镜反射后，照射到聚焦透镜上，再通过聚焦透镜的聚光，成为可用光束。第一反射镜在激光盒中，第二反正射镜随机械横梁沿 Y 轴方向移动，第三反射镜和聚焦透镜在激光头上。（2）控制系统包括主板：主板安装在机箱的右侧，是激光切割机的主要控制部件，他从计算机的得到数据后，对这些数据进行运算和数据转换，然后在传输数据给激光切割机，从而根据软件中编辑的内容完成加工；底板：底板安装在主板旁边，他的主要作用是驱动电机，为主板提供工作电流，以及把各工作部件的工作状态传输给主板，使主板可以控制机器的工作；控制面板：位于机器的右前方，负责电流的调节，手动出光和手动控制激光切割机 X 轴、Y 的运动方向 【13】 。（3）工作台激光切割机加工工艺设计12平板适用于胶板制作和其他普通材料加工，刀条板适用于有机玻璃切割等，蜂窝板适用于切割纺织品、皮革等材料。（4）辅助系统3.2.1E-1306M 激光切割机技术参数表 3.1 技术参数及性能指标激光玻璃器 封闭式 CO2 激光器波长 10.6m激光功率 60W/80W 可选激光能量调节 0100%手动/自动（软件设定）切割速度 100mm/s雕刻速度 1000mm/s定位精度 0.01mm冷却方式 循环水冷冷却水温 530供电电源 220V 50Hz 1.5KVA（双头 2.0KVA）环境温度 535环境相对湿度 85%外型尺寸 1000mm600mm；1200mm600mm；1200mm900mm重量 280kg 左右；310kg 左右；360kg 左右（装箱后重量）3.2.2 数字式智能电子显微镜由于本次实验所研究的实验数据均比较小，无法借助尺子等测量仪器测量切宽和切深，所以借用了数字智能显微镜，如图 3.1 所示。它可以清楚地观察13切缝在不同条件下的效果，而且电子显微镜跟电脑相连，可以直接测出切缝的切割深度和宽度，这给本次实验测量带来了非常大的便利。图 3.1 电子显微镜3.3 激光切割机基本原理激光通过激光束产生激光后，由反射镜传递并通过聚焦透镜照射到加工物品上，使加工物品表面受到强大的热能而温度急剧增加，使该点因高温而迅速融化或气化，配合激光头的运行轨迹从而达到加工目的。激光切割机切割原理如图 3.2 所示：图3.2 激光雕刻原理图激光切割机加工工艺设计143.4 实验材料本次实验所采用的是 4.5mm 厚的亚克力板做为实验材料。有机玻璃是一种典型的热塑型聚合物材料，其化学名称叫聚甲基丙烯酸甲酯，俗称亚克力【14】 。有机玻璃的发展可以追溯到 1850 年甲基丙烯酸酯的制备，20 世纪有机玻璃诞生，1927 年开始有机玻璃工业化的生产。我国对于有机玻璃的生产开始于 20 世纪 50 年代，经过多年的发展，有机玻璃已具有许多优点：透明性好、质量轻、不易碎裂、耐老化、绝缘性好、生物相容性好、有良好的热塑加工性能，因此，有机玻璃广泛应用于各个领域。3.5 基本操作流程3.5.1 接通除尘通风系统接通气泵，打开排风扇，并检查冷却水循环系统是否正常。注意：严禁在冷却水循环不正常的情况下使用机器，以免损坏激光器。3.5.2 连接电源线、数据线和地线连接好切割机以及电脑上的电源线、数据线和地线以后，打开切割机和计算机的电源开关。3.5.3 调节光路激光切割机属精密光学仪器，对光路调节要求较高，如果激光不是从每个镜片的中心射入，就会影响切割效果，每次工作前务必检查一下光路是否正常。注意，调节光路的工作，操作员必须经过专业培训后方可进行。153.5.5 确定加工参数绘制好图形以后，点击加工输出 ，确定加工参数，包括功率，速度，次数等。3.5.4 图文编辑图 3.3 操作界面(1)在 CorelDraw、Photoshop 环境中制作图形图像，打开（O ）对应工具条上的图标为 。导入软件支持的数据，包含了 LAS、 PLT、BMP、DXF 、AI 、dwg2 等格式。(2)保存（S）对应工具条上的图标为 。将当前的参数或图形保存为激光加工文件（LAS） 。(3)导出（E）激光切割机加工工艺设计16将当前编辑的图形文件保存为激光加工文件（PLT ） 。切割功率为 55W，切割次数为 1 次，依次设置速度参数为10、20、40、60、80、100mm/s，在亚克力表面进行切割，通过电子显微镜观察实验结果。3.5.6 放置加工材料，定焦距将加工材料放入切割机内，调节上升降台的高度，定焦距，使激光头到加工表面到达合适的距离。3.5.7 输出数据加工放好加工材料后，盖好设备上盖，在计算机中输出数据，这样切割机就开始加工了。3.6 切缝厚度与宽度的测量本次实验使用电子显微镜对亚克力板的切缝进行测量，对于有机玻璃的切缝深度，是指从加工表面到切缝底部的全部距离；对于切缝宽度，本次实验所测量的是亚克力表面的切缝宽度，实验结果的宽度与深度如图 3.4 所示：17图 3.4 切缝测量示意图激光切割机加工工艺设计184 切割质量与效率的单因素实验研究4.1 实验结果分析4.1.1 焦距对切宽和切深的影响选取 4.5mm 的亚克力板作为实验材料，将切割参数设定为切割功率为55W，切割速度为 50mm/s，切割次数为 1 次，依次调整焦距为2mm、4mm、6mm、8mm、10mm，在亚克力表面进行切割，并做好标记，通过电子显微镜观察实验结果。下表为所得的实验数据：表 4.1 切割宽度深度随焦距的变化焦距（mm） 2 4 6 8 10 12切割深度（m）1752.6 2160.8 1289.9 783.77 500.74 391.89切割宽度（m）571.50 517.07 560.61 691.24 908.96 1137.56在本组实验过程中，对每次改变实验条件的试样结果进行测试并拍照，显微镜使用 35X 倍率观察并进行整理总结：a 焦距为 2mm b 焦距为 4mm19c 焦距为 6mm d 焦距为 8mme 焦距为 10mm f 焦距为 12mm图 4.1 亚克力板槽形随焦距的变化示意图通过测量观察得出，焦距在小于 6mm 时，有大量毛刺；焦距在大于6mm 时，出现了圆弧切缝，因此焦距为 6mm 时，此时雕刻质量是最好的。所以，焦距对切割质量的影响是非常显著的，但是在实际操作中，并没有调整焦距的设备，所以很难确定工件的准确位置，因此常常需要工作时调整位置，由上图可知，焦距平面相对于工件的位置有三种情况，如图 4.2 所示：激光切割机加工工艺设计20a：焦点在工件内 b：焦点在工件表面 c：焦点远离工件表面图 4.2 焦点位置与孔的剖面形状a)当聚焦位置在工件内部时，顶峰所聚焦的光束不在工件表面上，在光束进入工件之后，切缝会变宽，切宽变大，切割深度会变小；b)当聚焦位置刚好在工件的表面时，此时顶峰所聚焦的光束刚好在工件表面上，此时切割表面光滑，切宽比较均匀；c)当聚焦位置远离工件的表面时，顶峰所聚焦的位置没有在工件表面上，此时切宽变宽，切割深度变浅。在进行激光雕刻有机玻璃时，经常会用焦距来改变切割深度和宽度以求达到最好的艺术效果和工艺要求。4.1.2 功率对切宽和切深的影响选择 4.5mm 的亚克力板作为实验材料，确定除功率以外的参数，将切割参数分别设定为焦距 6mm，切割速度为 50mm/s，切割次数为 1 次，依次改变切割功率，分别设为为 10W、20W、30W、40W、50W、60W、70W，在亚克力表面进行切割，观察并做好标记，通过电子显微镜观察实验结果。下表为所得的实验数据：表 4.2 切割宽度深度随功率的变化功率（W） 25 40 55 70 85 100切割深度（m） 538.84 908.96 1306.29 1638.30 1779.81 1856.01切割宽度（m） 337.46 345.80 413.66 473.53 560.61 576.9421a 切割功率为 25W b 切割功率为 40Wc 切割功率为 55W d 切割功率为 70We 切割功率为 85W f 切割功率为 100W图 4.3 亚克力板槽形随功率的变化示意图通过测量并观察得出，在其他条件不变得情况下，随着功率的增大，切割深度逐渐变深，切割宽度逐渐变宽，并且在此条件下功率为 100W 时，亚克力板切缝表面周围影响非常大，组织几乎被激光烧坏，很不适合切割或者雕刻；在功率为 55W 时，切缝的内部几乎没有毛刺，切割的形状也比较美观，因此切割质量最好。激光切割机加工工艺设计224.1.3 次数对切宽和切深的影响选取 4.5mm 的亚克力板作为实验材料，确定除次数以外的参数。将参数分别设定为焦距 6mm，切割速度为 50mm/s，切割功率为 55W，依次改变切割次数，分别测试 1、3、 5、7、9 次，在亚克力表面进行切割，通过电子显微镜观察实验结果。下表为所得实验数据：表 4.3 切割宽度深度随次数的变化切割次数/次 1 3 5 7 9切割深度（m） 1317.17 2792.98 3995.06 4169.23 4500切割宽度（m） 402.77 506.19 527.96 511.63a 切割次数为 1 次 b 切割次数为 3 次c 切割次数为 5 次 d 切割次数为 7 次23e 切割次数为 9 次图 4.4 亚克力板槽形随次数的变化示意图通过测量并观察得出，在其他条件不变的情况下，随着切割次数的增多，切割深度逐渐变深，切割宽度逐渐变宽，但是通过显微镜下观察发现，切割一次，对亚克力板切缝周围的质量影响最小，切割次数越多，切缝周围的影响区越大，在切割 9 次亚克力板被完全切割透，因此，在日常工作时，可以在设置好最佳功率和焦距的情况下，对工件进行适量次数的切割，能够达到最理想的结果。4.1.4 速度对切宽和切深的影响选取 4.5mm 的亚克力板作为实验材料，确定除速度以外的参数。将参数分别设定为焦距 6mm，切割功率为 55W，切割次数为 1 次，依次设置速度参数为 10、20、40、60、80、100mm/s，在亚克力表面进行切割，通过电子显微镜观察实验结果。下表为所得实验数据：表 4.4 切割宽度深度随速度的变化切割速度(mm/s) 10 20 40 60 80 100切割深度（m）3630.23 1932.21 1175.66838.20 827.31 533.40切割宽度 566.06 457.20 391.89 386.44 362.77 302.65激光切割机加工工艺设计24（m）a 切割速度为 10mm/s b 切割速度为 20mm/sc 切割速度为 40mm/s d 切割速度为 60mm/se 切割速度为 80mm/s f 切割速度为 100mm/s图 4.5 亚克力板槽形随速度的变化示意图通过测量和观察得出，在其他条件不变的情况下，随着切割速度的增大，切割深度越来越浅，切割宽度越来越来越窄；切割速度在 40mm/s 时，切割质量最好，切割速度在 60mm/s 之后，会出现“假”深度，也就是说实际上25并没有切到那么深，有一部分组织被激光烧坏，却没有切掉，因此实际深度会比较浅。4.2 比较实验结果各因素对切割深度和宽度影响的分析：(1)当切割功率小于 25W 时，切割表面没有切痕，无法进行正常切割；(2)切割功率越大，切割深度越深，切割宽度越宽；(3)焦距越大，切割深度越浅，切割宽度越宽；(4)在焦距大于 6mm 时，出现了圆弧切缝；(5)切割次数越多，切割深度越深，切割宽度越宽；(6)切割速度越大，切割深度越小，切割宽度越小；在这四种种条件下，切割速度对切割深度的影响是最明显的，其次是焦距和次数，影响比较小的是切割功率。4.3 切割路径的优化图 4.6 设置优化切割路径参数激光切割机加工工艺设计26如图，设置切割时路径的优化方式有四种：(1)先内后外：按照一般的加工工艺要求，先加工图案内部图形，后加工图案外部的外框；(2)绘图路径：按照当时的绘图路径来确定工件该如何加工输出；(3)先下后上 网格高（Y）：需要按照实际加工情况来设置加工网格的大小，系统按照所设置的网格高度自下往上输出工件；(4)自动确定加工方向：系统能够自动生成加工时激光头运动的轨迹，即系统默认的切割方向，此切割方向路线比较随机，如果需要根据自已定义的切割方向，请勿选择此种加工方法。4.4 矢量雕刻与位图雕刻4.4.1 位图与矢量图的区别计算机中的图像主要以两种形式显示，即位图和矢量图。(1)位图：位图也称为点阵图或栅格图，其构成的基本单位为像素；(2)矢量图：矢量图也叫向量图，其构成基本单位是矢量轮廓线和矢量色块12。a 实验原图 b 矢量图 c 位图图 4.7 位图与矢量图的区别27如图 4.7，位图与矢量图的区别也非常明显，矢量图能够无矢真放大，放大很多倍之后，所显示的图像依然非常清晰，线条依旧平滑；而位图所形成的图像是由像素形成的，而且对于一副位图，其