激光切割机铝横梁大功率激光切割机能否是未来

随著重轻工业的急速产业发展，激光研磨控制技术从截叶研磨向雷氏大体积研磨路径产业发展，激光研磨渐渐步入大输出功率黄金时代。新黄金时代轻工业锻造对合金钢材研磨精确度、速率、宽度明确提出了捷伊明确要求，激光研磨机可实现的输出功率愈来愈高。从轻工业的产业发展上看，高输出功率激光研磨机是很大期的必定乙醛，也是金融行业产业发展的必定趋势。

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前言

在合金钢材研磨应用领域中，激光研磨机的竞争优势非常突显，因效率高、速率慢、产品质量好等缺点，已渐渐替代现代的研磨工艺控制技术，正式成为合金板料研磨的核心理念电子设备^[1]。从激光研磨机蓬勃发展，到缆线激光研磨机替代YAG、CO₂等机器，再到高输出功率激光研磨机的急速推出，对于研磨雷氏和研磨效率来说，高输出功率的电子设备已经是必定趋势。

近年来，高输出功率激光研磨机成了激光研磨领域的热门话题，众多企业急速推出万瓦级以上的缆线激光研磨电子设备。对于钣金研磨金融行业来说，高输出功率研磨电子设备的诞生，大大提升了钣金研磨的宽度和效率。这种高输出功率研磨机的出现，急速打破材料研磨宽度的极限。由此带来的研磨雷氏价格降低，形成一个良好的循环，促进激光研磨应用应用领域的进一步扩大。

02激光研磨机铝横梁

高输出功率激光研磨机的简介

（1）高输出功率研磨机介绍

激光研磨机可根据功率分为小输出功率、中输出功率和高输出功率。对于宽度一般的不锈钢和碳素钢，小输出功率激光研磨机就可以进行良好的研磨。而对于研磨雷氏和研磨效率来说，高输出功率的激光研磨机可以很好的实现。因此，激光器输出功率在万瓦级以上的激光研磨机统称为高输出功率激光切割机（见图1）。

（2）缆线激光器输出功率的规格

针对激光研磨金属钢材宽度的不同，高输出功率研磨机上所选的缆线激

光器的输出功率规格也不同，从目前产业发展趋势上上看，在合金研磨市场中，各大中小型企业渐渐升级到多种规格，见表1。

（3）使用气体的规格

在高输出功率激光研磨机工作时，为保证研磨的精确度、研磨的速率、研磨断面的效果等诸多竞争优势，对所使用的氧气纯度明确要求较高，一般明确要求纯度为99.99%。

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高输出功率激光研磨机的特点

3.1 控制技术突破

（1）高动态性能的高速研磨机床

搭载万瓦级激光研磨机铝横梁缆线激光器的机床，采用新款的三角形结构横梁，其特点：①重量减轻30%，动态性能明显提升。②最大移动速率可达到200m/min，加速率为4g的动态响应特性。③底座增加了重量，约为20%，改变机床固定方式，消除高加速率运动对机床冲击力的影响。

（2）全捷伊软件系统

软件及控制系统就像机床的大脑及指挥中心，机床运行的精确度、效率除了硬件升级带来的红利之外，整机性能的差异主要来自于软件及控制系统的不同，且往往差异很大。

（3）可实现速率达100m/min的稳定研磨

①电容式传感器的响应速率比现代的研磨头提高了3倍。②Z轴速率提升，运行无停顿，且更为流畅，截叶研磨效率提升30%以上，提升蛙跳功能的效能，改进了加速率适应功能。③完善快速穿孔与精密穿孔功能以及远程诊断功能，为实现轻工业4.0的功能预留了智能接口^[2]。

3.2 研磨头特点

高输出功率研磨头在高输出功率连续作业的情况下是保证研磨稳定的核心理念部件，具有以下特点：①高输出功率研磨头有着密封性更好和冷却更充分的冷却系统、应用范围更加广泛的焦点和耐高温的镜片。②高输出功率热透镜效应的影响，研磨头在长时间的工作下，光束会有焦点漂移的现象发生，为了克服焦点漂移的问题，高输出功率研磨头采用了捷伊气路设计结构及更换了新结构的喷嘴，从而来提高研磨的速率及研磨的稳定性。

3.3 高输出功率激光研磨能力

（1）研磨雷氏的宽度急速提升

目前高输出功率激光研磨机研磨铝合金钢材宽度可达40mm，不锈钢激光研磨机铝横梁钢材宽度可达130mm，随著高输出功率激光研磨机控制技术的急速升级，研磨材料的宽度还会急速增加，研磨雷氏的价格会渐渐降低，并加快促进高输出功率激光研磨机在雷氏应用领域中的应用^[3]。

（2）研磨中截叶的效率倍增

①研磨宽度为3～10mm的不锈钢钢材时，10 000W激光研磨机的切割速率是6000W的两倍以上。②10 000W激光研磨机在碳素钢的研磨应用中，可以达到18～20mm/s的快速亮面研磨，是普通标准研磨速率的两倍。③可以用压缩空气或氮气研磨12mm以内的碳素钢板，研磨效率是氧气研磨碳素钢速率的6~7倍。

3.4 床身特点

（1）电子设备配备了超强承重的机械结构

大功率研磨机都配备了铸铁床身，采用最低抗拉强度200MPa的片状石墨铸铁一体浇铸成形，含碳量、抗压强度、减振性以及耐磨性等都有大幅度的提高（见图3）。

（2）铸铁床身的特性

①床身具备良好的润滑性能、耐腐蚀性和体积稳定性，减少因床身振动带来的研磨误差。②降低电子设备在使用时的损耗，提高稳定性系数30%以上，提高产品质量精确度30%以上，提高床身寿命达70年以上。

3.5 自动更换喷嘴

（1）手动更换喷嘴模式

研磨中根据研磨材料激光研磨机铝横梁的宽度及材质需要更换喷嘴，多年来一直采用人工手动更换喷嘴的形式，这样不仅效率低下，需要控制技术人员重复劳动，而且难以保证更换后的精确度和稳定性。如何高效、快速地更换喷嘴，并保证每次更换都万无一失并保持精确度，是激光研磨应用领域的一个控制技术难题。

（2）自动更换喷嘴控制技术

高输出功率激光研磨机应用了喷嘴自动更换的功能。可实现喷嘴的自动更换、激光头的标定、喷嘴全自动清洗等功能，降低了人工重复劳动量。喷嘴自动更换时在触摸屏上操作相应的命令即可实现。自动更换喷嘴控制技术具有以下竞争优势：

1）降低劳动强度，保证了更换喷嘴时的定位精度和工作稳定性。

2）配套了完善的控制系统，能实现根据不同的材质和不同的板厚自动更换喷嘴的型号和规格，减少了由人工来更换的时间，从而提高了生产效率。

3）自动更换喷嘴为全封闭式的防护装置，为喷嘴电子设备和人身安全提供了很好的保障。

3.6 闪电穿孔及极限小孔成形

（1）闪电穿孔

穿孔时间短，热聚焦能量小，起刀点稳定，保持随动系统的稳定性，可以保证达到最佳的研磨效果。闪电穿孔缺点见表2。

（2）极限小孔

激光研磨金融行业，一直认为钢材的宽度即为研磨小孔的最小直径，高输出功率激光研磨机可以实现最小孔的直径为板厚的0.15倍，甚至更小，如图4所示。

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高输出功率激光研磨机的竞争优势

（1）高速率

激光研磨速率已超过20m/min，研磨研磨机的两轴移动速率可以达到250m/min，加速率在运行过程中已经达到10g左右。

（2）高精确度

1mm厚的钢材中ϕ10mm左右的小孔，每分钟可以研磨500个左右。在研磨过程中这些小孔之间的误差十分小。

（3）向雷氏路径产业发展

高输出功率激光研磨机的功率逐步加大，相应研磨的雷氏体积也急速增加。

（4）向大体积路径产业发展

激光研磨控制技术的研磨体积范围也在急速加大，激光研磨控制技术已经开始朝着大体积的路径产业发展。

（5）自动无人化

激光研磨控制技术的自动无人化具有产业发展的必要性和紧迫性。①计算机网络控制技术的应用促使激光研磨控制技术实现了自动无人化。②市场对这种控制技术的应用需求也急速增大，促使激光研磨控制技术要实现全自动无人化。

（6）智能化

按照轻工业4.0的控制技术明确要求，紧跟智能锻造的步伐。采用准确的图形识别控制技术，简单的操作工序，便捷的人机智能交互，实现了激光器与计算机控制、数控控制技术、光学系统、高精确度和自动化定位装置等结合起来，将自动排料、研磨工艺控制技术数据库、远程故障诊断、远程控制等集正式成为一体，满足大批量及复杂零件研磨的需要^[3-4]。

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结束语

（1）高输出功率电子设备产业发展

激光研磨作为研磨加工中十分理想的研磨手段，代表着现代合金研磨控制技术的产业发展路径。高输出功率激光研磨机目前也正在向着高速率、高精确度、大幅面、三维研磨及特种材料研磨等应用领域进行关键性控制技术研究和产业发展，从而促进高输出功率激光研磨的控制技术产业发展来满足日益增长的市场需

求。

（2）高输出功率电子设备选择

一些企业在选择大功率激光研磨电子设备时，需要慎重考虑：除了研磨速率和精确度外，特别要检验满输出功率连续研磨时的稳定性和一致性，机床的速率匹配能力，机床控制的先进性及精确度寿命等。不能像购买小输出功率激光研磨电子设备那样，简单比较价格因素。高输出功率意味着高投入，高投入蕴含着高风险。企业在步入这个高回报市场时，很大要认识到其风险性。

参考文献：

[1] 陈希章，苏传出，程军辉.激光研磨控制技术在船舶锻造中的应用现状与产业发展趋势[J].合金研磨（热研磨），2018（3）：VIII，1-4，9.

[2] 屈清娟.万瓦级激光研磨机的新控制技术及其应用[J].钣金与制作，2017（12）：46-48.

[3] 余悦.邦德激光30000W超高输出功率激光研磨机全球首发[J].今日锻造与升级，2019（9）：36-37.

[4] Lynn Stanley.缆线激光电子设备的广泛应用[J].合金研磨激光研磨机铝横梁（热研磨），2019（2）：12-13.

作者简介：武亚鹏，库珀（天津）科技有限公司

文章来源：《合金研磨（热研磨）》2020年第7期，24-26页。

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