專利名稱：激光切割方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種在較厚的金屬板材加工件上沿著所需要的開(kāi)孔形狀的邊線，如圓形的、方形的或三角形等利用激光切割出此種孔形的方法和裝置。激光切割在切割到加工件的終點(diǎn)即切割終點(diǎn)至與切割終點(diǎn)不遠(yuǎn)的預(yù)定距離上的一個(gè)點(diǎn)之間時(shí)要設(shè)定第二個(gè)激光切割條件。在加工件的被打孔的周邊線上從離終點(diǎn)不遠(yuǎn)的預(yù)定距離上的那一個(gè)點(diǎn)開(kāi)始直至切割結(jié)束(即切割到終點(diǎn))，第二激光切割條件同第一激光切割條件是不同的。尤其是本發(fā)明涉及到從第一激光切割條件到第二激光切割條件之間的轉(zhuǎn)換問(wèn)題。
當(dāng)需用激光對(duì)一塊厚度為例如3.2mm以上的較厚的鋼板作切割時(shí)，可能會(huì)產(chǎn)生一些問(wèn)題，即當(dāng)激光束沿著切割線走到終點(diǎn)前，也就是剛剛好返回到原來(lái)切割的起始前會(huì)發(fā)生故障。用目前使用的方法為解決或避免此種毛病是采用在接近切割終點(diǎn)時(shí)(注意切割終點(diǎn)也就是起始點(diǎn))輕輕地停止切割，這樣做會(huì)留下一個(gè)接縫。這種做法有一個(gè)缺點(diǎn)，這就是必須去掉這個(gè)接縫。為了克服這個(gè)缺點(diǎn)，提出如

圖14和15所示之方法(參見(jiàn)日本專利公開(kāi)出版號(hào)為HEI4-33788的專利文獻(xiàn))。
圖15說(shuō)明了沿著圖14所示之路經(jīng)如何控制每一段切割位置(a,b,c,d)的激光束輸出條件參數(shù)，即激光輸出、脈沖工作狀態(tài)和切割條件參數(shù)，即切割速度和切割氣體壓力。
也就是說(shuō)在圖14和15所示之切割方法中，在轉(zhuǎn)角半徑較小的部位(如a到b段)將激光輸出，脈沖工作周期和切割速度均設(shè)定得較小，這是因?yàn)樵谶@些小轉(zhuǎn)角部位切割時(shí)，在基板材料上立即會(huì)積聚大量的熱量。而在沿著孔穴周邊從b點(diǎn)一直到那個(gè)接近終點(diǎn)的點(diǎn)c為止可將激光輸出、脈沖工作周期及切割速度設(shè)置成較大。進(jìn)而，由于同樣理由，在a至b段的切割時(shí)則激光輸出、脈沖工作周期及切割速度也要重新設(shè)定成一個(gè)小的值。同時(shí)在接近終點(diǎn)時(shí)切割的氣壓也要減小(即在c至d段)，以防當(dāng)激光束沿著周邊線回到原來(lái)的起始點(diǎn)b，即在切割終點(diǎn)d時(shí)，會(huì)引起切割故障。
圖16說(shuō)明了按圖14和15所示之以往技術(shù)對(duì)一塊厚度為12mm的軟鋼材即SS 400上切割出一個(gè)直徑為30mm的孔的情況。在該切割過(guò)程中激光切割條件為先設(shè)定激光輸出1，750W，脈沖峰值輸出為2，800W，脈沖頻率1，300Hz，工作周頻為65%，切割速度1000mm/min，聚焦位置+1.5mm，切割氣壓0.7kg/cm2，這是切割周邊線的第一部分設(shè)置的。對(duì)于接近切割終點(diǎn)的點(diǎn)到切割終點(diǎn)的這一部分就須用第二次設(shè)定。第二次設(shè)置激光切割條件包括激光輸出500W，脈沖峰值輸出為1，500W，脈沖頻率為100Hz，工作周期為30%，切割速度100mm/min聚焦位置±0，切割氣壓為0.2kg/cm2。
由圖16可見(jiàn)，雖然可以防止在激光束返回到切割終點(diǎn)位置d時(shí)所引起的切割故障，但是在周邊線接近終點(diǎn)的那個(gè)C點(diǎn)的位置上由于激光切割條件發(fā)生變化而引起一大塊碎片或缺口，造成材料上的極大的損失。
另外，在日本專利公開(kāi)出版號(hào)為HEI4-339588和日本專利公開(kāi)出版號(hào)為HEI3-210981的專利文獻(xiàn)上發(fā)表的一種方法，它們一般是用干燥空氣或氮?dú)獾那懈顨怏w以抑制在接近終點(diǎn)時(shí)的氧化反應(yīng)。然而，這個(gè)方法也有缺點(diǎn)，即在激光切割條件發(fā)生變化的那點(diǎn)前后，也即氣體類型改變的那點(diǎn)很容易產(chǎn)生缺口現(xiàn)象。
本發(fā)明的目的就在于提出一種解決上述問(wèn)題的激光切割方法和裝置，它可以在厚度為3.2mm以上的較厚的金屬加工件上進(jìn)行激光切割，切割可以沿著所需的圖形的邊緣線進(jìn)行使得在加工件上切割出一個(gè)所需的圖形且在接近切割終點(diǎn)時(shí)不產(chǎn)生缺口而具有相當(dāng)高的質(zhì)量。
本發(fā)明是一種利用激光在金屬材料加工上切割所需的圖形的激光切割方法，該方法利用在切割終點(diǎn)與同該切割終點(diǎn)接近的預(yù)定距離上的一個(gè)點(diǎn)之間作切割加工時(shí)設(shè)置一個(gè)第二激光切割條件，這個(gè)第二激光切割條件與在切割到同切割終點(diǎn)接近的預(yù)定距離上的那個(gè)點(diǎn)之前所設(shè)定的第一激光切割條件是不同的。其特點(diǎn)是，該第二激光切割條件中的聚焦位置與該第一激光切割條件中的聚焦位置是設(shè)置成相同的。這樣在激光切割條件改變前后的切割槽之寬度不易改變因而在加工件上接近切割終點(diǎn)的地方不會(huì)產(chǎn)生缺口或碎片以達(dá)到高質(zhì)量之切割。
本發(fā)明也是一種利用激光在金屬材料加工件上切割出所需之圖形的激光切割方法，該方法利用在切割終點(diǎn)與同該切割終點(diǎn)接近的預(yù)定距離上的一個(gè)點(diǎn)之間作切割加工時(shí)設(shè)置一個(gè)第二激光切割條件。這個(gè)第二激光切割條件與為在切割到同切割終點(diǎn)接近的一個(gè)預(yù)定距離上的那個(gè)點(diǎn)之前所設(shè)定的第一激光切割條件是不同的。其特點(diǎn)是，在該第二激光切割條件中脈沖峰值輸出、切割氣壓和聚焦位置三者中至少有一個(gè)條件與在該第一激光切割條件中脈沖峰值輸出、切割氣壓以及聚焦位置這三者中至少一個(gè)相對(duì)應(yīng)的條件設(shè)置成是相同的。因而在激光切割條件改變前后的切割槽之寬度不易改變而在切割到加工件接近切割終點(diǎn)時(shí)不致產(chǎn)生缺口或碎片以達(dá)到高質(zhì)量之切割。
本發(fā)明也是一個(gè)具有上述特征的激光切割方法，其特點(diǎn)是，在該第一激光切割條件在向該第二激光切割條件轉(zhuǎn)換時(shí)，在第一激光切割條件中之激光輸出、脈沖頻率、工作周期和切割速度中至少有一個(gè)是按線性或階梯式減少的，這樣它們中至少有一個(gè)與在第二激光切割條件中之激光輸出、脈沖頻率、工作周期與切割速度中相應(yīng)的一個(gè)相同，這樣與以前所述的激光切割方法相比可以使激光切割條件轉(zhuǎn)換得更為平滑，因而在激光切割條件發(fā)生轉(zhuǎn)換的位置的前后切割槽的寬度更不易改變以致加工件不會(huì)在切割終點(diǎn)附近產(chǎn)生缺口和碎片而達(dá)到高質(zhì)量的切割。
本發(fā)明還是具有上述特性這樣一個(gè)激光切割方法，其特點(diǎn)是，當(dāng)切割是從穿刺線2開(kāi)始時(shí)，這根穿刺線2是由激光切割形成的半徑為1mm(R)以上的弧且與加工孔穴相連的，那么在離開(kāi)切割終點(diǎn)大約距離為4×R處將第一激光切割條件轉(zhuǎn)換成第二激光切割條件，這樣從該穿刺線開(kāi)始的孔的切割就可以在最短的時(shí)間內(nèi)完成。然而，在激光切割條件發(fā)生轉(zhuǎn)變的位置前后的切割槽寬度不易改變，因而加工件在切割到接近切割終點(diǎn)時(shí)不會(huì)產(chǎn)生缺口或碎片以達(dá)到高質(zhì)量的切割。
本發(fā)明還是一種包括上面所述除了一條半徑為1mm以上弧的穿刺線外的，任何一項(xiàng)特性的激光切割方法，其特點(diǎn)是，當(dāng)孔的切割是從穿刺線2開(kāi)始，這根穿刺線是由激光切割形成的半徑小于1mm的弧且與加工孔穴相連的，或者是從這樣的穿刺線開(kāi)始，這根穿刺線是由激光切割形成按某一預(yù)定的角度線性地與加工邊線相連的，或者是從加工邊線上的一個(gè)點(diǎn)開(kāi)始時(shí)，則在加工到距離切割終點(diǎn)大約4mm時(shí)第一激光切割條件就轉(zhuǎn)換成第二激光切割條件。這樣從該穿刺線開(kāi)始的切割或從加工邊線上某一點(diǎn)開(kāi)始的切割可以在最短的時(shí)間內(nèi)完成，然而在激光切割條件發(fā)生改變位置的前后的切割槽的寬度不易改變因而也不會(huì)在切割終點(diǎn)附近發(fā)生缺口或碎片，以達(dá)到高質(zhì)量的切割。
本發(fā)明還是一種包括以上任何一款特性的激光切割方法。其特點(diǎn)是，若激光切割要形成的孔形的最小處的尺寸(以下稱最小孔徑)小于等于該加工件本自的厚度時(shí)，則在該第二激光切割條件中之脈沖頻率被設(shè)定成小于等于20Hz，同時(shí)在該第二激光切割條件中之切割速度應(yīng)設(shè)置滿足下列的方程式F≤W/T=W/(1/fp)=W·fp其中F=切割速度(mm/秒)W=由激光切割的孔穴的直徑(mm)T=脈沖持續(xù)時(shí)間(秒)fp=脈沖頻率(Hz)因而，在由激光切割加工的孔形之最小尺寸在小于等于被加工件的板厚時(shí)，在切割終點(diǎn)附近所受到的高溫可以被減到最低，進(jìn)而，在激光切割條件發(fā)生改變的位置的前后部分之切割槽寬度也不易改變而不致在切割終點(diǎn)附近產(chǎn)生缺口或碎片達(dá)到了高質(zhì)量的切割。
本發(fā)明是一種激光切割裝置，其中包括根據(jù)切割路徑信息當(dāng)有一條由激光切割形成的半徑為大于等于1mm(R)的且與加工周邊線相連的弧型穿刺線時(shí)，在加工周邊線上確定出一個(gè)與切割終點(diǎn)相距大約為4×R的點(diǎn)的裝置，在這一點(diǎn)上將該第一激光切割條件轉(zhuǎn)換成該第二激光切割條件，以及自動(dòng)地將該第一激光切割條件和該第二激光切割條件相應(yīng)地分配到有關(guān)已定的轉(zhuǎn)換點(diǎn)上去的裝置，因而就母須要一個(gè)程序員用手工去計(jì)算那些該分配第一激光切割條件和第二激光切割條件的點(diǎn)的座標(biāo)以插入一個(gè)NC加工程序。
進(jìn)一步還會(huì)明白本發(fā)明還是這樣一種裝置，它包括當(dāng)有一條由激光切割形成的半徑(R)小于1mm的且與加工件周邊相連的弧形穿刺線時(shí)，當(dāng)有一條由激光切形成的按某一預(yù)定的角度與加工件周邊線線性相連的穿刺線時(shí)，當(dāng)切割是從被加工孔穴周邊線上的一點(diǎn)開(kāi)始時(shí)，
在加工周邊線確定出一個(gè)與切割終點(diǎn)相距大約4mm的點(diǎn)的裝置，這在一點(diǎn)上該第一激光切割條件將轉(zhuǎn)換成第二激光切割條件，以及將該第一激光切割條件和該第二激光切割條件自動(dòng)分配到已定的相關(guān)點(diǎn)的裝置，以容易地生成切割程序?qū)崿F(xiàn)上述的功能。
圖1為一按本發(fā)明第一實(shí)施例說(shuō)明的激光切線法框圖。
圖2是關(guān)于第一實(shí)施例之框圖，說(shuō)明由現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)所引起的測(cè)試結(jié)果。
圖3(a)至3(c)說(shuō)明了切割槽之寬度對(duì)切割參數(shù)的影響。
圖4則說(shuō)明了按本發(fā)明的第一實(shí)施例的激光切割方法切割孔穴的結(jié)果。
圖5是一個(gè)說(shuō)明按本發(fā)明第三實(shí)施例的激光切割方法的框圖。
圖6是一個(gè)說(shuō)明按本發(fā)明第三和第四實(shí)施例的幾種板材厚度的最佳剩余距離的框圖。
圖7是一個(gè)說(shuō)明按本發(fā)明第四實(shí)施例的激光切割方法的框圖。
圖8是一個(gè)說(shuō)明按本發(fā)明第五實(shí)施例的激光切割方法之框圖。
圖9是說(shuō)明按本發(fā)明第五實(shí)施例而進(jìn)行的幾種不同板材厚度的最佳佳剩余距離離選擇。
圖10(a)和10(b)則是說(shuō)明按本發(fā)明的第六實(shí)施例的激光切割方法的框圖。
圖11是關(guān)于第六實(shí)施例之框圖，說(shuō)明了在脈沖頻率改變時(shí)切割終點(diǎn)附近測(cè)量溫度的結(jié)果。
圖12(a)至12(d)是說(shuō)明按本發(fā)明第七實(shí)施例的激光切割方法之框圖。
圖13是按本發(fā)明第九實(shí)施例的激光切割裝置的運(yùn)作流程圖。
圖14是說(shuō)明現(xiàn)有技術(shù)的激光切割方法的框圖。
圖15(a)至15(d)是說(shuō)明現(xiàn)有技術(shù)的激光切割方法框圖。
圖16是說(shuō)明了使用傳統(tǒng)方法作孔穴切割的結(jié)果。
實(shí)施例1本發(fā)明之第一個(gè)實(shí)施例可參見(jiàn)圖1至圖4加以說(shuō)明，顯而易見(jiàn)，圖1說(shuō)明了本實(shí)施例提供一條由穿刺點(diǎn)1延伸而得到的穿刺線2與將由激光切割而形成的孔穴周邊線3按半徑小于1mm的弧形連接起來(lái)。被切割孔是從上述穿刺線2開(kāi)始按箭頭4方向進(jìn)行切割，當(dāng)切割到b點(diǎn)時(shí)激光切割條件就作變換。圖2是各種切割條件時(shí)進(jìn)行激光切割的測(cè)試結(jié)果。圖3則說(shuō)明脈沖峰值輸出，切割氣壓和聚焦位置對(duì)切割槽寬度的影響，以及圖4則說(shuō)明按本實(shí)施例的切割結(jié)果。
在本實(shí)施例中，要在加工件厚度為12mm的軟鋼板材即SS400上切割出一個(gè)直徑為30mm的孔。
在圖1中，先用激光束在被切割的孔內(nèi)的穿刺點(diǎn)1上打一個(gè)孔將加工件打穿。然后激光就沿著穿刺線2開(kāi)始切割一直切割到孔穴周邊線上的a點(diǎn)。下面即可連續(xù)地比如按逆時(shí)針?lè)较蜓刂苓吘€3進(jìn)行切割一直切割到切割終點(diǎn)附近的一點(diǎn)b為止。此時(shí)，激光切割條件(以后就稱為“第一激光切割條件”或簡(jiǎn)稱為“第一條件”)是設(shè)置成激光輸出1，750W，脈沖峰值輸出2，800W，脈沖頻率1，300Hz，工作周期為65%切割速度1，000mm/分，聚焦位置+1.5mm，以及切割氣(氮?dú)?壓0.7kg/cm2。
接著，當(dāng)?shù)竭_(dá)b點(diǎn)后激光切割條件就被轉(zhuǎn)成這樣的激光切割條件(以后稱“第二激光切割條件”或簡(jiǎn)稱“第二條件”)它們包括激光輸出500W，脈沖峰值輸出2，800W，脈沖頻率20Hz，工作周期20%，切割速度100mm/分，聚焦位置+1.5mm，以及切割氣(氮?dú)?在0.7kg/cm2。因而這樣激光切割就可在加工件上一直到達(dá)切割的終點(diǎn)，即點(diǎn)c，它同點(diǎn)a是同一個(gè)點(diǎn)。
也就是說(shuō)，加工件從終點(diǎn)附近的b點(diǎn)被切割到c(這點(diǎn)也就是a)這是周邊3的切割點(diǎn)，其中第二條件的脈沖峰值輸出，切割氣壓和聚焦位置，也就是激光切割從b點(diǎn)至c點(diǎn)時(shí)所加的條件，同激光切割從穿刺點(diǎn)1到切割終點(diǎn)附近的b點(diǎn)時(shí)所加的第一條件中的脈沖峰值輸出，切割氣壓和聚焦位置分別設(shè)置成相同的。另外，第二條件中之激光輸出、脈沖頻率、工作周期以及切割速度的值分別都比第一條件中的激光輸出、脈沖頻率、工作周期以及切割速度的值設(shè)置得小。
容易知道，由于下列理由須將第二條件如此的設(shè)置如在傳統(tǒng)方法所述的那樣，若按圖14和15所示的傳統(tǒng)方法要在如圖16所示之厚度為12mm像SS 400那樣的軟鋼材上切割出一個(gè)直徑為30mm的孔(也就是說(shuō)沿著切割周邊主線使用下列切割條件激光輸出1，750W，脈沖峰值輸入2，800W，脈沖頻率1，300Hz，工作周期65%，切割速度1000mm/分，聚焦位置+1.5mm，切割氣壓0.7kg/cm2；而在切割件的切割點(diǎn)附近時(shí)則使用下列切割條件激光輸出500W，脈沖峰值輸出1，500W，脈沖頻率100Hz，工作周期30%，切割速度100mm/分。聚焦位置±0以及切割氣壓為0.2kg/cm2)，可以防止在激光束返回到切割終點(diǎn)時(shí)的d點(diǎn)上出現(xiàn)切割故障。但是，在接近切割終點(diǎn)的改變切割條件時(shí)的點(diǎn)c處(即在這點(diǎn)c上切割條件將被改變)會(huì)出現(xiàn)很大的裂口，對(duì)加工件造成嚴(yán)重的損壞。
由于缺口現(xiàn)象集中在激光切割條件發(fā)生變化的位置上，本發(fā)明人便推測(cè)在切割終點(diǎn)所發(fā)生的這種缺口現(xiàn)象主要可能是由來(lái)自于在激光切割條件發(fā)生變化點(diǎn)的前后位置上的切割槽的寬度的不一而引起的。
為證實(shí)該推斷是正確的，也即要檢查在激光切割條件變換位置c前后的切割槽之寬度的變化，一塊厚度為12mm的軟鋼材(即SS400)在被切割以后可以作測(cè)量之用。在切割條件變換位置c之前用的激光切割條件A，而在切割條件變換位置C之后就用激光切割條件B。圖2說(shuō)明了該測(cè)量的結(jié)果。由圖2可見(jiàn)，切割槽寬度是大受切割條件改變的影響的。尤其是在改變到激光切割條件B后，切割槽之寬度會(huì)從原來(lái)轉(zhuǎn)換前使用的激光切割條件A時(shí)的約0.5mm明顯地減小到現(xiàn)在的0.35mm。就是說(shuō)明發(fā)明者的推測(cè)是正確的。
由于在傳統(tǒng)方法上使用的加工件從b點(diǎn)開(kāi)始被激光切割的激光切割條件中的脈沖峰值輸出，切割氣壓和聚焦位置與從穿刺點(diǎn)1開(kāi)始到接近切割終點(diǎn)的b點(diǎn)的激光切割的相應(yīng)的激光切割條件是不同的，本發(fā)明人就注意到了與切割槽寬度的變化有關(guān)系的那幾因素，脈沖峰值輸出，切割氣壓和聚焦位置等。
圖3很清楚地說(shuō)明了脈沖峰值輸出，切割氣壓和聚焦位置對(duì)切割槽寬度的影響。如圖3所示，當(dāng)脈沖輸出的最大值，即脈沖峰值輸出大時(shí)切割槽寬度也增大，而當(dāng)該脈沖峰值輸出變小時(shí)，該切割槽寬度也變小。再考慮切割氣壓，當(dāng)壓力增高則切割槽寬度變大，這是因?yàn)閺谋趁媲懈钕碌娜刍奈镔|(zhì)被除去比較多了，同樣壓力降下就出現(xiàn)相反的結(jié)果。再者，若聚焦位置變大(聚焦位置Z＞0)則切割槽寬度就大，這是因?yàn)榧す馐鴱纳淙氡砻姘l(fā)生了散焦。同時(shí)如果聚位置變小(Z≈0)則切割槽寬度就變小，這是因激光束被緊密聚焦在射入表面的緣故。
為防止加工件在切割終止附近發(fā)生缺口，發(fā)明者就設(shè)想將在第二條件中的脈沖峰值輸出、切割氣壓和聚焦位置設(shè)置成與第一條件中的脈沖峰值輸出，切割氣壓和聚焦位置的值相同，這樣可以使得在激光切割條件發(fā)生改變的位置前后的切割槽的寬度保持不變。
圖4說(shuō)明使用上述激光切割條件切割了一個(gè)直徑為30mm的孔的結(jié)果。正如圖4可見(jiàn)，在切割終點(diǎn)附近不再有缺口因而提高了加工件的切割質(zhì)量。
上面雖然未說(shuō)明但需指出的是在一個(gè)諸如SS400這種軟鋼材上切割一個(gè)直徑為16mm，20mm和其它不同直徑的圓孔以及其它各種例如三角形，方形或菱形等復(fù)雜形狀的圖形在同樣所述的激光切割條件也不會(huì)在切割終點(diǎn)附近產(chǎn)生缺口。
實(shí)施例2下面參考圖1和表1對(duì)第二個(gè)實(shí)施例作說(shuō)明。
在實(shí)施例1中，第二條件中的脈沖峰值輸出P，切割氣壓G和聚焦位置Z的值設(shè)置成與第一條件中的相應(yīng)的值相同，即當(dāng)從第一條件轉(zhuǎn)換到第二條件時(shí)在激光切割條件中上述三個(gè)參數(shù)保持不變。
在實(shí)施例2中，當(dāng)從第一條件轉(zhuǎn)換到第二條件時(shí)，脈沖峰值輸出P，切割氣壓G和聚焦位置Z中至少有一個(gè)保持不變，再來(lái)考慮激光切割的質(zhì)量。
在實(shí)施例2中，從圖1可見(jiàn)激光束在加工件的被切割孔中里面的一個(gè)穿刺點(diǎn)1穿過(guò)。而后，激光切割就沿著穿刺線2到圓孔的周邊線3上的一點(diǎn)。然后再沿著圓孔的周邊線3進(jìn)行切割到接近切割終點(diǎn)的點(diǎn)b。此時(shí)，一直是應(yīng)用第一條件的，穿刺是用下列激光切割條件激光輸出1，750W，脈沖峰值輸出2，800W，脈沖頻率1，300Hz，工作周期65%，切割速度可1000mm/分，聚焦位置+1.5mm，切割氣壓(氮?dú)?0.7kg/cm2。
接著，激光切割過(guò)程就從第一條件轉(zhuǎn)換到其它各種不同的激光切割條件(以后稱第二激光切割條件-或簡(jiǎn)稱第二條件)轉(zhuǎn)換是從孔周邊線3接近于切割終點(diǎn)的點(diǎn)b開(kāi)始的。然后按第二條件切割繼續(xù)進(jìn)行到切割終點(diǎn)c為止。
從b點(diǎn)到c點(diǎn)的激光切割條件(即第二條件)如下激光輸出500W，脈沖頻率200Hz，工作周期20%，切割速度100mm/分。然而脈沖峰值P，切割氣壓G和聚焦位置Z之值由表1所示。(表1的最后一項(xiàng)說(shuō)明了與實(shí)施例1相對(duì)應(yīng)之值)。P，G和Z三個(gè)值中任一個(gè)或者二個(gè)保持不變并對(duì)應(yīng)于條件A(即第一條件與第二條件相同)，而其它非常數(shù)的條件對(duì)應(yīng)條件B。其中變化是預(yù)定值的30%(如脈沖峰值輸出P02，800W，切割氣壓G00.7kg/cm2，聚焦位置Z0+1.5mm)。
另外，在表1中，考慮到切割寬度變化率d/do，do是在從a點(diǎn)切割b以及從b點(diǎn)到c時(shí)脈沖峰值輸出P，切割氣壓G以及聚焦位置Z(即，脈沖峰值輸出P2，800W，切割氣壓G0.7kg/cm2以及聚焦位置Z+1.5mm)都保持不變時(shí)得到。而d則是表1中的非常數(shù)條件B的范圍發(fā)生變化時(shí)得到的切割寬度的最大值。d/do指出了d相對(duì)于do的比。
在表1中，當(dāng)d/do≤1.4時(shí)，則0表示無(wú)質(zhì)量問(wèn)題，當(dāng)d/do＞1.4時(shí)出現(xiàn)一個(gè)X表示存在質(zhì)量問(wèn)題。
表1
因而，如表1所示，在聚焦位置發(fā)生改變切割從a點(diǎn)到b點(diǎn)與從b點(diǎn)到c點(diǎn)是不同時(shí)值為X(d/do＞1.4)而在聚焦位置切割從a點(diǎn)到b點(diǎn)與從b點(diǎn)到c點(diǎn)的情況并非不同時(shí)，則其值為O(d/do≤1.4)。
最后當(dāng)從脈沖峰值輸出P，氣壓G和聚焦位置Z中至少是聚焦位置從a點(diǎn)到b點(diǎn)作切割與從b點(diǎn)到c點(diǎn)作切割時(shí)并非不同時(shí)，則在轉(zhuǎn)換點(diǎn)(這里是b點(diǎn))上的切割寬度的變化甚小，因而獲得了好的結(jié)果。
實(shí)施例3本發(fā)明之第三個(gè)實(shí)施例可結(jié)合圖5和圖6來(lái)說(shuō)明。從圖5顯而易見(jiàn)，它說(shuō)明利用本實(shí)施例作激光切割的方法同時(shí)說(shuō)明了從穿刺點(diǎn)1出發(fā)延長(zhǎng)到穿刺線2形成了一條切割路徑的孔穴切割過(guò)程，其中這條穿刺線2與激光要作切割的孔的周邊線3通過(guò)一個(gè)半徑為1mm以上的弧形線相連，該孔的切割是從上述的穿刺線2開(kāi)始按箭頭方向4進(jìn)行的，激光切割條件在切割到6點(diǎn)轉(zhuǎn)換。
在該實(shí)施例中是在一個(gè)軟鋼材的加工件上，如SS400上作直徑為30mm的切割。
參照?qǐng)D5，如在第一實(shí)施例中那樣，先用激光束在加工件的孔內(nèi)的穿刺點(diǎn)1上穿過(guò)。然后沿著穿刺線2激光切割到周邊線上的a點(diǎn)，再切割到孔穴周邊線3上接近切割終點(diǎn)的b點(diǎn)。在這種情況時(shí)，激光切割條件(以后稱“第一激光切割條件”——簡(jiǎn)稱為第一條件)按如下設(shè)定激光輸出1，750W，脈沖峰值輸出2，800W，脈沖頻率1，300Hz，工作周期65%，切割速度1，000mm/分，聚焦位置+1.5mm，以及切割氣壓(氮?dú)?為0.7kg/cm2。
接著，所述之激光切割條件轉(zhuǎn)換成這樣的激光切割條件(以后稱“第二激光切割條件”——簡(jiǎn)稱第二條件)其中包括激光輸出500W，脈沖峰值輸出2，800W，脈沖頻率20Hz，工作周期20%，切割速度100mm/分，聚焦位置+1.5mm以及切割氣壓(氮?dú)?0.7kg/cm2，在切割從周邊線3的切割終點(diǎn)附近一點(diǎn)b點(diǎn)到切割終點(diǎn)c點(diǎn)(=a點(diǎn))。
特別是在該加工件在從接近切割終點(diǎn)的點(diǎn)b被切割到c點(diǎn)(=a點(diǎn))或切割到周邊線3的終點(diǎn)，利用第二條件中的脈沖峰值輸出，切割氣壓和聚焦位置，或該加工件在從接近切割終點(diǎn)的b點(diǎn)切割到c點(diǎn)(=a點(diǎn))或切割到周邊線3的終點(diǎn)時(shí)將脈沖峰值輸出，切割氣壓和聚焦位置的值都分別設(shè)置成同第一條件中的值相同，即加工件的切割在從所述之穿刺點(diǎn)1到接近切割終點(diǎn)的b點(diǎn)的激光切割條件。以及在第二條件中的激光輸出、脈沖頻率、工作周期以及切割速度分別設(shè)置成比第一條件中的激光輸出、脈沖頻率、工作周期以及切割速度的值要小。
除了那些同上述第一實(shí)施例相同的項(xiàng)目外在這個(gè)第三實(shí)施例中進(jìn)行所述的激光切割時(shí)激光切割條件轉(zhuǎn)換位置b從切割終點(diǎn)c開(kāi)始移動(dòng)了一段周邊距離1，如圖5所示的那樣，其中要切割出一個(gè)直徑為30mm圓孔的加工件(軟鋼材，如SS400)之厚度從3.2mm變到6mm，再變到9mm，再變到12mm。另外穿刺線2與周邊線3上的點(diǎn)之間的半徑R(mm)也要改變。
圖6表示了所述切割之結(jié)果，顯而易見(jiàn)，在圖6中水平軸表示了穿刺線與周邊線上點(diǎn)之間的半徑R(mm)，而垂直軸則表示了由此得到的最佳剩余距離1(即是指地最短的孔穴切割時(shí)間內(nèi)在這段距離上在激光切割條件變換位置的前后切割槽的寬度不會(huì)改變的剩余距離。)記號(hào)·表示加工件厚度為3.2mm，△表示為6mm，□表示為9mm以及°表示為12mm。
從圖6可見(jiàn)，所求之結(jié)果乃是在區(qū)域R≥1mm時(shí)的最佳剩余距離(即是在最短的孔穴切割時(shí)間內(nèi)，在這段距離上激光切割條件變換位置的前后，切割槽的寬度不會(huì)發(fā)生改變的剩余距離)是大約為1(mm)=4×R(mm)。
雖然未提到但也是容易明白的是，在下列條件時(shí)在切割終點(diǎn)附近不會(huì)發(fā)生缺口問(wèn)題對(duì)于各種不同的厚度的板材在上述的激光切割條件下，即從穿刺點(diǎn)1延伸出來(lái)的穿刺線2提供一條通往被切割孔的通路，并且有一條半徑大于等于1mm的與被切割孔的周邊線3相連的弧，在被切割的材料是軟質(zhì)鋼材如SS400上需要切割出直徑為16mm，20mm和其它直徑的圓，或是其它復(fù)雜圖形如三角形，方形和菱形時(shí)，將最佳剩余距離設(shè)置成約為1(mm)=4×R(mm)即可。
實(shí)施例4結(jié)合圖6和7，下面對(duì)本發(fā)明的第四實(shí)施例作介紹。容易明白圖7說(shuō)明按本實(shí)施例而進(jìn)行的激光切割的方法，同時(shí)表示了在孔穴切割時(shí)有一條從穿刺點(diǎn)1延伸出來(lái)的穿刺線2，這條穿刺線是同需要作激光切割的孔的周邊線3通過(guò)一條半徑小于1mm的弧相連通的，或者是在孔穴切割時(shí)有一條沒(méi)有一條從穿刺點(diǎn)1到周邊線3相連的弧線的穿刺線2，孔穴切割是從所述的穿刺線2按箭頭4的方向進(jìn)行的，同時(shí)在b點(diǎn)時(shí)激光切割條件作變換。
在本實(shí)施例中，使用一塊軟質(zhì)鋼材料如SS400，在上面要切割出一個(gè)直徑為30mm的孔。
參考圖7，如在第一實(shí)施例中所見(jiàn)，加工件先用激光束在其圓孔內(nèi)的穿刺點(diǎn)1上打孔然后激光沿著穿刺線2切割到周邊線，再接著繼續(xù)切割至周邊線3的切割終點(diǎn)附近的一點(diǎn)b。此時(shí)，激光切割條件(下面稱為“第一激光切割條件”——簡(jiǎn)稱第一條件)設(shè)置成激光輸出1，750W，脈沖峰值輸出為2，800W，脈沖頻率為1，300Hz，工作周期65%，切割速度1000mm/分，聚焦位置+1.5mm以及切割氣(氮?dú)?壓0.7kg/cm2。
接著所述之激光切割條件改變成這樣的激光切割條件(下面稱“第二激光切割條件”——簡(jiǎn)稱第二條件)即激光輸出500W，脈沖峰值輸出為2，800W，脈沖頻率20Hz，工作周期50%，切割速度100mm/分，聚焦位置+1.5mm以及切割氣(氮?dú)?壓0.7kg/cm2，在周邊線3的切割終點(diǎn)附近的b點(diǎn)轉(zhuǎn)換成這個(gè)條件，同時(shí)加工件從這點(diǎn)開(kāi)始一直被切割到切割終點(diǎn)或c點(diǎn)(=a點(diǎn))。
特別是在對(duì)該加工件從接近切割終點(diǎn)的b點(diǎn)切割到c點(diǎn)(=a點(diǎn))或切割到周邊線3上的切割終點(diǎn)時(shí)是使用第二條件中的脈沖峰值輸出，切割氣壓和聚焦位置，或者是在加工件被切割時(shí)從接近切割終點(diǎn)的b點(diǎn)切割到c點(diǎn)(=a點(diǎn))或切割到周邊線3上的切割終點(diǎn)時(shí)所使用的激光切割條件中的脈沖峰值輸出，切割氣壓和聚焦位置的值分別設(shè)置成與第一條件中相應(yīng)的值相同，或者是在加工件被切割時(shí)從所述的穿刺點(diǎn)1切割到接近切割終點(diǎn)的b點(diǎn)時(shí)在所述的第二條件中所用之激光輸出、脈沖頻率、工作周期以及切割速度等的值都分別設(shè)置成小于在第一條件中相應(yīng)的激光輸出、脈沖頻率、工作周期和切割速度的值。
除了同第一實(shí)施例中提到的相同的項(xiàng)外，在這個(gè)第四實(shí)施例中進(jìn)行所述的激光切割時(shí)激光切割條件變換裝置b從切割終點(diǎn)c如圖7所示移動(dòng)了一段距離1，其中要在(軟質(zhì)鋼材如SS400的)加工件上切割出一個(gè)直徑為30mm的圓孔，該加工件之厚度從3.2mm變到6mm，再變到9mm，再變到12mm，另外，穿刺線2與周邊線3上的點(diǎn)之間的半徑R(mm)小于1mm的弧提供了一條激光切割的通路，其中所述之R會(huì)改變。
圖6說(shuō)明了所述切割的結(jié)果。顯而易見(jiàn)，在圖6中水平軸代表穿刺線與周邊線上的點(diǎn)之間的半徑R(mm)，而垂直軸則代表了由此得到的最佳剩余距離1(即是在最短的孔穴切割時(shí)間內(nèi)在這段距離在上激光切割條件變換裝置的前后切割槽之寬度不會(huì)發(fā)生改變的剩余距離)。記號(hào)·表示板材厚度為3.2mm，△表示6mm，□表示9mm，°表示12mm。
從圖6可見(jiàn)，得到的結(jié)果乃是在R＜1mm區(qū)域內(nèi)的最佳剩余距離(即是在最短的孔穴切割時(shí)間內(nèi)，在這段距離上激光切割條件變換位置的前后，切割槽的寬度不會(huì)發(fā)生改變的剩余距離)約為1(mm)=4(mm)。
雖然上面未提到但是值得注意的是在下列條件時(shí)在切割終點(diǎn)附近不會(huì)發(fā)生缺口問(wèn)題對(duì)各種不同厚度的板材，在所述的激光切割條件下，在對(duì)穿刺線從穿刺點(diǎn)1延伸出來(lái)、并與激光切割形成的孔的周邊線3相連且穿刺線2形成半徑R小于1mm的弧線的圓孔切割中，或者在對(duì)具有切割線2與沒(méi)有穿刺點(diǎn)1所形成的弧線的周邊線3相連之切割通路的圓孔切割中，在被切割的材料是如SS400那樣的軟質(zhì)鋼材上需要切割出直徑為16mm，20mm和其它直徑的圓，或是其它如三角形，方形和菱形等復(fù)雜圖形時(shí)，則將最佳剩余距離設(shè)置成約為1(mm)=4mm即可。
實(shí)施例5結(jié)合圖8和9，下面對(duì)本發(fā)明的第五實(shí)施例作說(shuō)明。顯而易見(jiàn)，圖8說(shuō)明了按本第五實(shí)施例實(shí)現(xiàn)的激光切割方法，同時(shí)說(shuō)明了在孔穴切割時(shí)有一條并非由所謂穿刺線提供的通路而是從孔穴周邊線3上的一點(diǎn)開(kāi)始的，該孔穴是從所述的穿刺點(diǎn)1(a點(diǎn))開(kāi)始按箭頭4方向進(jìn)行切割，同時(shí)在切割到b點(diǎn)時(shí)激光切割條件作變換。
在本實(shí)施例中，使用一塊如SS400的軟質(zhì)鋼材，在上面要切割出一個(gè)直徑為30mm的圓孔。
參考圖8，如在實(shí)施例1中所見(jiàn)，先用激光束在加工件的圓周邊線3上穿刺點(diǎn)1上打孔，然后激光沿著周邊線3切割到切割終點(diǎn)附近的b點(diǎn)，此時(shí)，激光切割條件(下稱“第一激光切割條件”——簡(jiǎn)稱為第一條件)設(shè)置成激光輸出為1，750W，脈沖峰值輸出為2，800W，脈沖頻率為1，300Hz，工作周期為65%，切割速度為1000mm/分，聚焦位置+1.5mm以及切割氣(氮?dú)?壓0.7kg/cm2。
接著所述之激光切割條件變成了這樣的激光切割條件(下稱“第二激光切割條件——簡(jiǎn)稱第二條件)，在圓周邊線3上接近切割終點(diǎn)的b點(diǎn)開(kāi)始一直到加工件的切割終點(diǎn)或c點(diǎn)(=a點(diǎn))為止應(yīng)有這樣的值激光輸出500W，脈沖峰值輸出2，800W，脈沖頻率20Hz，工作周期20%，切割速度100mm/分，聚焦位置+1.5mm，以及切割氣(氮?dú)?壓0.7kg/cm2。
特別是在對(duì)該加工中件從接近切割終點(diǎn)的b點(diǎn)開(kāi)始切割到c點(diǎn)(=a點(diǎn))或切割到周邊線3上的切割終點(diǎn)時(shí)是使用第二條件中的脈沖峰值輸出、切割氣壓和聚焦位置，或者是在加工件被切割時(shí)從接近切割終點(diǎn)的b點(diǎn)開(kāi)始激光切割條件到c點(diǎn)(=a點(diǎn))或切割到周邊線3上的切割終點(diǎn)時(shí)所使用的激光切割條件中的脈沖峰值輸出，切割氣壓和聚焦位置的值分別設(shè)置成與第一條件中相應(yīng)之值相同，或者是在加工件板切割時(shí)從所述的穿刺點(diǎn)1切割到接近切割終點(diǎn)的b點(diǎn)時(shí)在所述的第二條件中所用之激光輸出、脈沖頻率、工作周期以及切割速度等的值分別設(shè)置成小于在第一條件中的相應(yīng)的激光輸出、脈沖頻率、工作周期和切割速度的值。
除了同第一實(shí)施例中所提到的相同的項(xiàng)之外，在本第五實(shí)施例中進(jìn)行所述的激光切割時(shí)，激光切割條件變換位置b如圖8所示從切割終點(diǎn)c移動(dòng)了一段距離1，其中要在(軟質(zhì)鋼材如SS400的)加工件上切割出一個(gè)直徑為30mm的圓孔。該加工件的厚度從3.2mm變化到60mm，再變到9mm，再變到12mm。
圖9說(shuō)明了所述切割之結(jié)果，顯而易見(jiàn)，在圖9中水平軸代表了板材的厚度，垂直軸代表由此得到的最佳剩余距離1(即是在最短的孔穴切割時(shí)間內(nèi)，在這段距離上在激光切割條件變換位置的前后切割槽之寬度不會(huì)發(fā)生改變的剩余距離)，同時(shí)記號(hào)°表示在切割終點(diǎn)附近不發(fā)生缺口，記號(hào)△在切割終點(diǎn)附近發(fā)生缺口，以及記號(hào)X在切割終點(diǎn)附近發(fā)生了大缺口。
從圖8可見(jiàn)，所得之結(jié)果乃是對(duì)無(wú)穿刺線的切割通路的孔穴的切割其最佳剩余距離(即是在最短的孔穴切割時(shí)間內(nèi)，在這段距離上在激光切割條件變換位置的前后切割槽之寬度不發(fā)生變化的剩余距離)是約為1(mm)=4mm。
上面雖未提到，但值得注意的是對(duì)各種板材厚度在所述激光切割條件下，在無(wú)所謂穿刺線的切割通路且是從周邊線3上的一點(diǎn)開(kāi)始實(shí)施的切割當(dāng)在如SS400那種軟質(zhì)鋼材中切割出直徑為16mm，20mm和其它直徑的圓孔時(shí)或要切割如像三角形，方形及菱形等較為復(fù)雜的圖形時(shí)如果將最佳剩余距離設(shè)置約為1(mm)=4mm，那么在切割終點(diǎn)附近不會(huì)發(fā)生缺口。
實(shí)施例6結(jié)合圖10和11，下面對(duì)本發(fā)明的第六實(shí)施例作說(shuō)明。顯而易見(jiàn)，本第二實(shí)施例中要介紹的是需要切割的最小的孔徑(當(dāng)該孔為圓時(shí)則是指圓的直徑，若要切割的孔是方形的則是指它的一邊長(zhǎng)，若要切割的孔是長(zhǎng)方形的，則是指它短邊的長(zhǎng))是小于等于加工件的厚度時(shí)的情況。
圖10是說(shuō)明了在厚度為12mm的如SS 400的軟質(zhì)鋼材上切割一個(gè)直徑為10mm的即直徑小于或等于加工件厚度的圓孔的例子，以在切割點(diǎn)終點(diǎn)附近的P點(diǎn)上測(cè)得的溫度。注意到這里的激光切割條件如下激光輸出1，750W，脈沖峰值輸出2，800W，脈沖頻率1，300Hz，工作周期65%，切割速度1000mm/分，聚焦位置+1.5mm以及切割氣(氮?dú)?壓0.7kg/cm2。圖10(a)說(shuō)明了被切割孔的形狀以及測(cè)量溫度之位置。圖10(b)則說(shuō)明了溫度測(cè)量之結(jié)果。在圖10中可見(jiàn)從切割的起始點(diǎn)到完成對(duì)基板的穿孔即從0到a溫度上升十分光滑，然后是從完成穿孔到沿著穿刺線切割到周邊線，即是從a到b，由激光束靠近了溫度測(cè)量點(diǎn)P，因此溫度繼續(xù)上升，然而，接著是從b至c至d，這時(shí)激光束又一次離開(kāi)了測(cè)量點(diǎn)P隨后再靠近測(cè)量點(diǎn)P，傳到P點(diǎn)的溫度幾乎是十分穩(wěn)定的，這樣就使得溫度再次平滑地上升。
接著，如所示的那樣，在d-e區(qū)間內(nèi)，溫度又突然再次上升，這樣就使得在d-e區(qū)間內(nèi)的標(biāo)有X的點(diǎn)上(此刻P點(diǎn)上之溫度大約為500℃)產(chǎn)生一個(gè)很大的缺口現(xiàn)在所述之d-e區(qū)間內(nèi)，由于激光束再次靠近側(cè)量點(diǎn)同時(shí)由于基板材料在接近切割終點(diǎn)的P點(diǎn)的熱容量極低因而可以假設(shè)溫度是極易大幅度升高的。
在此期間，選取一個(gè)離切割終點(diǎn)距離不足4mm的點(diǎn)作為d點(diǎn)，并且要在d點(diǎn)開(kāi)始變換激光切割條件以防由于在e點(diǎn)時(shí)或在接下去過(guò)程中到達(dá)切割終點(diǎn)時(shí)或者是仍使用圖10所示之所述的激光切割條件而在區(qū)間d-e上作切割時(shí)等種種原因造成的溫度再次驟升至接近500℃而引起的缺口。圖11則是說(shuō)明了在脈沖頻率條件發(fā)生改變以后在切割終點(diǎn)附近的P點(diǎn)測(cè)得的結(jié)果，這時(shí)的基本的脈沖輸出條件也作了如下的改變激光輸出為500W，脈沖峰值輸出2，800W，工作周期20%，切割速度20mm/分，聚焦位置為+1.5mm，切割氣(氮?dú)?壓0.7kg/cm2，(1)指出脈沖頻率在150Hz時(shí)溫度改變，(2)脈沖頻率為70Hz時(shí)的改變，(3)在脈沖頻率為20Hz時(shí)的改變，(4)在脈沖頻率為5Hz時(shí)的改變。在圖11中可見(jiàn)，當(dāng)脈沖頻率很大時(shí)在記號(hào)X處會(huì)產(chǎn)生一個(gè)缺口，這時(shí)在P點(diǎn)處溫度大約在500℃左右，然而當(dāng)頻率在20Hz以下時(shí)就不會(huì)發(fā)生這種缺口現(xiàn)象而且切割口十分優(yōu)良。
另外，由于切割和分離需要二個(gè)由二個(gè)相互鄰近的脈沖切割出來(lái)的孔，從而由脈沖輸出切割使其相互重疊在一起，所以，切割速度F必須滿足表達(dá)式(1)以使能夠切割和分離。
按下列的表示式可知，由于由激光束W打的孔的直徑=0.42mm，而所述之切割的脈沖頻率fp為20Hz，因而切刻速度F必須是小于等于8.4mm/秒，即大約為小于等于500mm/分F≤W/T=W/(1/fp)=W·fp(1)其中F=切割速度(mm/秒)W=由激光束切割出的孔的直徑(mm)T=脈沖持續(xù)時(shí)間(秒)fp=脈沖頻率(Hz)如上所述，若所須孔穴的最小孔徑是小于等于加工件之板材厚度時(shí)，那么在對(duì)加工件的接近于切割終點(diǎn)的剩斜距離時(shí)其切割速度采用大約小于等于500mm/秒，脈沖輸出的脈沖頻率采用小于等于20Hz等的脈切割條件時(shí)，就不難發(fā)現(xiàn)可以防止產(chǎn)生缺口現(xiàn)象，同時(shí)還能獲得優(yōu)良的切割邊緣。
還要提及值得注意的是，若要在一塊厚度為12mm的如SS400的軟質(zhì)鋼板上切割出直徑為8mm，9mm等直徑的圓孔或其它如三角形、方形、菱形等復(fù)雜圖形而其所需要的最小孔徑(即被切割孔若是圓的話，則是指直徑，若是正方形則是指其一邊的長(zhǎng)，若是長(zhǎng)方形則是指其一短邊之長(zhǎng)度)是小于等于板材厚度的孔時(shí)，那么在加工件上切割到離周邊線上的切割終點(diǎn)不遠(yuǎn)的剩余距離區(qū)內(nèi)時(shí)采用如下的激光切割條件，即切割速度小于等于500mm/分，脈沖輸出的脈沖頻率為小于等于20Hz時(shí)，則在切割終點(diǎn)附近不會(huì)發(fā)生缺口。
實(shí)施例7在上面提到的從實(shí)施例1到6這六個(gè)例子中它們的特點(diǎn)是，在所述的第一條件中的那些激光輸出，脈沖頻率，工作周期和切割速度等條件當(dāng)加工件被切割到離孔周邊線上切割終點(diǎn)不遠(yuǎn)的預(yù)置距離上的點(diǎn)時(shí)突然變換到第二條件以切割從離孔周邊線上切割終點(diǎn)不遠(yuǎn)的預(yù)置距離上的點(diǎn)到所述的切割終點(diǎn)之間的工件，圖12所示的為讓這些激光輸出、脈沖頻率、工作周期和切割速率等條件作平滑的所述的改變，而不是突然變化。
圖12說(shuō)明了按本發(fā)明第七實(shí)施例的切割方法，同時(shí)說(shuō)明了如何使激光輸出(a)、脈沖頻率(b)、工作周期(c)以及切割速度(d)作階梯形的遞減。在切割加工件到離孔周邊線上切割終點(diǎn)不遠(yuǎn)的一個(gè)預(yù)置距離上的點(diǎn)前所用的第一條件中的激光輸出、脈沖頻率、工作周期、以及切割速度(Ps，Hs，Ds，Vs)在第一條件向第二條件變換的那個(gè)時(shí)刻ta以階梯形或線性的變化同時(shí)或分別地變換到在第二條件中應(yīng)有的激光輸出、脈沖頻率、工作周期及切割速度值(PE，HE，DE，VE)。很清楚，在本實(shí)施例中，在第一條件下的激光輸出、脈沖頻率、工作周期以及切割速度(Ps，Hs，Ds，Vs)分別為1，750W，1，300Hz，65%以及1000mm/分，同時(shí)此刻將脈沖峰值輸出，聚焦位置和切割氣(氮?dú)?壓分別設(shè)置成2，800W，+1.5mm以及0.7kg/cm2，而進(jìn)一步在第二條件中將激光輸出、脈沖頻率、工作周期以及切割速度(PE，HE，DE，VE)被分別設(shè)置成500W，20Hz，100mm/分，同時(shí)此刻的脈沖峰值輸出，聚焦位置和切割氣(氮?dú)?壓分別還是2，800W，+1.5mm，以及0.7kg/cm2。
利用上述的在第一條件變成第二條件時(shí)，改變激光輸出、脈沖頻率、工作周期和切割速度之值，可以做到使得第一條件向第二條件平滑地過(guò)渡。
還要值得提出的是，如果是激光輸出、脈沖頻率、工作周期及切割速度中至少有一個(gè)條件是在第一條件轉(zhuǎn)向第二條件時(shí)發(fā)生改變，那么從第一條件變?yōu)榈诙l件的變換也會(huì)是比較平滑的，這一點(diǎn)已經(jīng)實(shí)驗(yàn)證實(shí)。
實(shí)施例8在上面的第三至第七個(gè)實(shí)施例中，第二條件中的脈沖峰值輸出，切割氣壓和聚焦位置的值與在第一條件中的相應(yīng)的值被設(shè)置成是相同的，如在第二實(shí)施例中所示，即使在第三至第七實(shí)施例中任一個(gè)只有第二條件中的聚焦位置這這一項(xiàng)保持同第一條件中的一樣，同樣在切割終點(diǎn)附近也幾乎找不到一個(gè)缺口，這一點(diǎn)也已被實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。
實(shí)施例9最后，參考圖13所示介紹利用所述的實(shí)施例的切割方法進(jìn)行具體激光切割控制的裝置。
圖13乃是一張流程圖，它說(shuō)明了激光切割控制裝置實(shí)施每一個(gè)所述之實(shí)施例中描述的切割方法的過(guò)程。
本激光切割控制裝置用NC處理程序等輸入有關(guān)的如切割路徑，是否存在穿刺線以及由穿刺點(diǎn)至周邊線的穿刺線所確定的轉(zhuǎn)角半徑R之值等切割路徑信息如下(輸入NC處理程序)
N1G90N2G92X0.Y0.
N3M98P9010(穿刺命令)N4G01G41Y11.619(穿刺線(直線))N5G03X-3.75Y14.524I-3(轉(zhuǎn)角R3mm)N6G03I3.75J-14.524(切割終點(diǎn)C)N7M121(結(jié)束命令)N8M30(結(jié)束碼)裝置對(duì)所輸入的信息加以識(shí)別，先識(shí)別是否存在穿刺線(第1步)，穿刺線R(第2步)，終點(diǎn)座標(biāo)(第3步)，再輸入在起始點(diǎn)到與一點(diǎn)距離不遠(yuǎn)的點(diǎn)時(shí)需使用的第一條件的信息(第4步)。
接著，在第5步識(shí)別是否存在穿刺線，當(dāng)識(shí)別出是不存在穿刺線時(shí)，則就在距已經(jīng)識(shí)別出的切割終點(diǎn)C不足4mm處臨時(shí)設(shè)置一點(diǎn)b(l=4mm)這點(diǎn)b就是作為改變激光條件的點(diǎn)(第12步、第8步)。
在第5步中，若識(shí)別出有一穿刺線，則就在第6步中確定該穿刺線之轉(zhuǎn)角半徑R是否為R≥1mm，若不是R≥1mm，則就在距離已被識(shí)別出來(lái)的終點(diǎn)C(l=4mm)的不足4mm處臨時(shí)設(shè)置一點(diǎn)b，該點(diǎn)是激光條件轉(zhuǎn)換的位置(第12步、第8步)。
若在第6步中測(cè)得穿刺線轉(zhuǎn)換半徑為R≥1mm，則就在距離已被識(shí)出來(lái)的終點(diǎn)c(l=4×Rmm)的不足4×Rmm處臨時(shí)設(shè)置一點(diǎn)b，該點(diǎn)是激光條件轉(zhuǎn)換的位置(第7步，第8步)。
下面第9步，是判定已識(shí)別的C點(diǎn)與上面臨時(shí)設(shè)置的b點(diǎn)之間的距離是否是l=4mm，還是l=4×Rmm，或者兩者都不是。若距離為l=4mm或l=4×Rmm的，則該臨時(shí)點(diǎn)b就正式被設(shè)定為激光切割條件發(fā)生轉(zhuǎn)換的點(diǎn)b，在第10步中完成。
若距離既非l=4mm也不是l=4×Rmm，那么對(duì)臨時(shí)點(diǎn)b在第13步中作調(diào)整使之成為l=4mm或者l=4×Rmm。且在第10步中要在處理程序中設(shè)置一個(gè)實(shí)際可用的b點(diǎn)。
最后，在(第11步)要設(shè)置一個(gè)從b點(diǎn)至切割終點(diǎn)時(shí)需用的第二條件并要送入處理程序中去。輸入NC程序就轉(zhuǎn)變成NC處理程序如下(轉(zhuǎn)換的NC處理程序)N1G90N2G92X0.Y0.
N3M98P9010(穿刺命令)N4M103(第一激光切割條件)N5G01G41Y11.619(穿刺線(直線))N6G03X-3.75Y14.524I-3(轉(zhuǎn)角R3mm)N7G03X10.998Y10.213.75J-14.524(轉(zhuǎn)換點(diǎn)b)N8M102(第二激光切割條件)N9G03I3.75J-14.524(切割終點(diǎn)C)N10M121(結(jié)束命令)N11M30(結(jié)束碼)本發(fā)明已結(jié)合參考實(shí)施例作了說(shuō)明，但并不僅限于上述實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種在金屬材料的加工件上用激光切割出所需形狀之孔穴的方法，包括下列步驟按第一激光切割條件把加工件切割到離孔穴周邊線上的切割終點(diǎn)一段預(yù)定的周邊距離的點(diǎn)上，按與第一激光切割條件設(shè)置成不同值的第二激光切割條件，對(duì)加工件從離孔穴周邊線上的切割終點(diǎn)預(yù)定的周邊距離的點(diǎn)切割到切割終點(diǎn)，其特征在于，所述第二激光切割條件中之聚焦位置設(shè)置成與所述第一激光切割條件中之相應(yīng)的聚焦位置值相同。
2.按權(quán)利要求1所述的激光切割方法，其特征在于，當(dāng)將所述的第一激光切割條件變換成所述的第二激光切割條件時(shí)，在所述的第一激光切割條件中之激光輸出、脈沖頻率，工作周期以及切割速度中至少有一個(gè)是按線性或階梯形變化以致最后與在所述的第二激光切割條件中之相應(yīng)的激光輸出、脈沖頻率、工作周期以及切割速度相等。
3.按權(quán)利要求1所述的激光切割方法，其特征在于，孔穴的切割是從穿刺線開(kāi)始的，所述的穿刺線是與激光切割的成形孔穴的周邊線相連的而且形成一個(gè)半徑R大于等于1mm的弧，所述之第一激光切割條件在離開(kāi)孔穴周邊線上切割終點(diǎn)的周邊距離約為4×Rmm時(shí)轉(zhuǎn)換成所述的第二激光切割條件。
4.按權(quán)利要求1所述的激光切割方法，其特征在于，孔穴切割是從一條穿刺線開(kāi)始的，所述之穿刺線是一條與激光切割的成形孔穴的周邊線相連的并且形成一半徑小于1mm的弧，它以某種預(yù)定的角度與激光切割成形孔穴的周邊線線性相連的，同時(shí)與該孔穴周邊線上的一點(diǎn)相連，在離孔穴周邊線上的切割終點(diǎn)的周邊距離約4mm處則所述的第一激光切割條件轉(zhuǎn)換成所述的第二激光切割條件。
5.按權(quán)利要求1所述的激光切割方法，其特征在于，若激光切割成形孔的最小孔徑小于或等于加工板材之厚度，則將所述之第二激光切割條件中的脈沖頻率設(shè)置成小于等于20Hz，且在所述的第二激光切割條件中的切割速度設(shè)置成滿足下列方程F≤W/T=W/(1/fp)=W·fp這里F=切割速度(mm/秒)W=激光束成形孔的直徑(mm)T=脈沖持續(xù)時(shí)間(秒)fp=脈沖頻率(Hz)
6.按權(quán)利要求1所述的激光切割方法，其特征在于，金屬材料加工件是軟質(zhì)鋼材。
7.按權(quán)利要求2所述的激光切割方法，其特征在于，切割孔穴是從一條穿刺線開(kāi)始的，所述之穿刺線是與激光切割成形孔的周邊線相連而且形成一個(gè)半徑R大于等于1mm的弧，所述之第一激光切割條件是在離開(kāi)孔穴周邊線上的切割終點(diǎn)的周邊距離約為4×R時(shí)轉(zhuǎn)換成所述的第二激光切割條件。
8.按權(quán)利要求2所述的激光切割方法，其特征在于，切割孔穴是從一條穿刺線開(kāi)始的，所述之穿刺線是一條與激光切割成形孔的周邊線相連的并且形成一半徑小于1mm的弧，它以某預(yù)定的角度與激光切割成成形孔的周邊線相連的，同時(shí)與該孔穴周邊線上的一點(diǎn)相連，在離開(kāi)孔穴周邊線上的切割終點(diǎn)的周邊距離約4mm處則所述的第一激光切割條件就轉(zhuǎn)換成所述之第二激光切割條件。
9.按權(quán)利要求2所述的激光切割方法，其特征在于，若激光切割成形孔的最小孔徑為小于等于加工板材之厚度，則將所述之第二激光切割條件中的脈沖頻率設(shè)置成小于等于20Hz，且在所述的第二激光切割條件中的切割速度設(shè)置成滿足下列方程F≤W/T=W/(1/fp)=W·fp這里F=切割速度(mm/秒)W=激光束成形孔的直徑(mm)T=脈沖持續(xù)時(shí)間(秒)fp=脈沖頻率(Hz)
10.按權(quán)利要求3所述的激光切割方法，其特征在于，若激光切割成形孔的最小孔徑為小于等于加工板材之厚度，則將所述之第二激光切割條件中的脈沖頻率設(shè)置成小于等于20Hz，且將所述的第二激光切割條件中的切割速度設(shè)置成滿足下列方程F≤W/T=W/(1/fp)=W·fp這里F=切割速度(mm/秒)W=激光束成形孔的直徑(mm)T=脈沖持續(xù)時(shí)間(秒)fp=脈沖頻率(Hz)
11.按權(quán)利要求4所述的激光切割方法，其特征在于，若激光切割成形孔的最小孔徑為小于等于加工板材之厚度，則將所述之第二激光切割條件中脈沖頻率設(shè)置成小于等于20Hz，且將所述的第二激光切割條件中的切割速度設(shè)置成滿足下列方程F≤W/T=W/(1/fp)=W·fp這里F=切割速度(mm/秒)W=激光束成形孔的直徑(mm)T=脈沖持續(xù)時(shí)間(秒)fp=脈沖頻率(Hz)
12.按權(quán)利要求7所述的激光切割方法，其特征在于，若激光切割成形孔的最小孔徑為小于等于加工板材之厚度，則將所述的第二激光切割條件中的脈沖頻率設(shè)置成小于等于20Hz，且將在所述的第二激光切割條件中的切割速度設(shè)置成滿足下列方程F≤W/T=W/(1/fp)=W·fp這里F=切割速度(mm/秒)W=激光束成形孔的直徑(mm)T=脈沖持續(xù)時(shí)間(秒)fp=脈沖頻率(Hz)
13.按權(quán)利要求8所述的激光切割方法，其特征在于，若激光切割成形孔的最小孔徑為小于等于加工板材之厚度，則將所述的第二激光切割條件中的脈沖頻率設(shè)置成小于等于20Hz，且將在所述的第二激光切割條件中的切割速度設(shè)置成滿足下列方程F≤W/T=W/(1/fp)=W·fp其中F=切割速度(mm/秒)W=激光束成形孔的直徑(mm)T=脈沖持續(xù)時(shí)間(秒)fp=脈沖頻率(Hz)
14.一種在金屬材料加工件上用激光切割出所需形狀之孔穴的方法，包括下列步驟按第一激光切割條件將加工件切割到離開(kāi)孔穴周邊線的切割終點(diǎn)預(yù)定的周邊距離的點(diǎn)上，按與第一激光切割條件設(shè)置成不同值的第二激光切割條件，對(duì)加工件從離開(kāi)孔穴周邊線上的切割終點(diǎn)預(yù)定的周邊距離的點(diǎn)一直切割到終點(diǎn)為止，其特征在于，所述第二激光切割條件中的脈沖峰值輸出、切割速度、切割氣壓及聚焦位置幾個(gè)值中至少有一個(gè)設(shè)置成與所述的第一激光切割條件中的相應(yīng)的脈沖峰值輸出切割速度、切割氣壓及聚焦位置中之一有相同的值。
15.按權(quán)利要求14所述的激光切割方法，其特征在于，當(dāng)將所述的第一激光切割條件變換成所述的第二激光切割條件時(shí)，在所述的第一激光切割條件中之激光輸出、脈沖頻率、工作周期和切割速度中至少有一是按線性或階梯形變化的以致最后達(dá)到與在所述的第二激光切割條件中相應(yīng)的激光輸出、脈沖頻率、工作周期及切割速度之值相等。
16.按權(quán)利要求14所述的激光切割方法，其特征在于，孔穴的切割是從穿刺線開(kāi)始的，所述之穿刺線是與激光切割成形孔穴的周邊線相連的而且形成一條半徑R大于等于1mm的弧，所述的第一激光切割條件在離開(kāi)孔穴周邊線上切割終點(diǎn)的周邊距離約為4×R時(shí)則轉(zhuǎn)換成所述的第二激光切割條件。
17.按權(quán)利要求14所述的激光切割方法，其特征在于，孔穴切割是從一條穿刺線開(kāi)始的，所述的穿刺線是一條與激光切割的成形孔穴的周邊線相連的并且形成一半徑為小于1mm的弧，它以某種預(yù)定的角度與激光切割成形孔的周邊線線性相連的，同時(shí)也與該孔穴周邊線上的一點(diǎn)相連，在離開(kāi)孔穴周邊線上的切割終點(diǎn)的周邊距離約4mm處則所述的第一激光切割條件轉(zhuǎn)換成所述的第二激光切割條件。
18.按權(quán)利要求14所述的激光切割方法，其特征在于，若激光切割成形孔的最小孔徑小于或等于加工板材之厚度，則將所述之第二激光切割條件中的脈沖頻率設(shè)置成小于等于20Hz，且在所述的第二激光切割條件中的切割速度設(shè)置成滿足下列方程F≤W/T=W/(1/fp)=W·fp其中F=切割速度(mm/秒)W=激光束成形孔的直徑(mm)T=脈沖持續(xù)時(shí)間(秒)fp=脈沖頻率(Hz)
19.按權(quán)利要求14所述的激光切割方法，其特征在于，金屬材料加工件是軟質(zhì)鋼材。
20.按權(quán)利要求15所述的激光切割方法，其特征在于，切割孔穴是從一條穿刺線開(kāi)始的，所述的穿刺線是與激光切割成形孔周邊線相連而且形成一個(gè)半徑R為大于等于1mm的弧，所述的第一激光切割條件是在離開(kāi)孔穴周邊線上的切割終點(diǎn)的周邊距離約為4×R時(shí)則轉(zhuǎn)換成所述之第二激光切割條件。
21.按權(quán)利要求15所述的激光切割方法，其特征在于，切割孔穴是從一條穿刺線開(kāi)始的，所述的穿刺線是一條與激光切割成形孔的周邊線相連的并且形成一條半徑小于1mm的弧，它以某種預(yù)定的角度與激光切割成形孔的周邊線線性相連的，同時(shí)與該孔穴周邊線上的一點(diǎn)相連，在離開(kāi)孔穴周邊線上的切割終點(diǎn)的周邊距離約4mm處則所述的第一激光切割條件轉(zhuǎn)換成所述的第二激光切割條件。
22.按權(quán)利要求15所述的激光切割方法，其特征在于，若激光切割成形孔的最小孔徑為小于等于加工板材之厚度，則將所述的第二激光切割條件中的脈沖頻率設(shè)置成小于等于20Hz，且在所述的第二激光切割條件中的切割速度設(shè)置成滿足下列方程F≤W/T=W/(1/fp)=W·fp這里F=切割速度(mm/秒)W=激光束成形孔的直徑(mm)T=脈沖持續(xù)時(shí)間(秒)fp=脈沖頻率(Hz)
23.按權(quán)利要求4所述的激光切割方法，其特征在于，若激光切割成形孔的最小孔徑小于等于加工板材之厚度，則將所述的第二激光切割條件中的脈沖頻率設(shè)置成小于等于20Hz，且將所述的第二激光切割條件中的切割速度設(shè)置成滿足下列方程F≤W/T=W/(1/fp)=W·fp這里F=切割速度(mm/秒)W=激光束成形孔的直徑(mm)T=脈沖持續(xù)時(shí)間(秒)fp=脈沖頻率(Hz)
24.按權(quán)利要求17所述的激光切割方法，其特征在于，若激光切割成形孔的最小孔徑為小于等于加工板材之厚度，則將所述之第二激光切割條件中頻率設(shè)置成小于等于20Hz，且將所述的第二激光切割條件中的切割速度設(shè)置成滿足下列方程F≤W/T=W/(1/fp)=W·fp這里F=切割速度(mm/秒)W=激光束成形孔的直徑(mm)T=脈沖持續(xù)時(shí)間(秒)fp=脈沖頻率(Hz)
25.按權(quán)利要求20所述的激光切割方法，其特征在于，若激光切割成形孔的最小孔徑為小于等于加工板材的厚度，則將所述的第二激光切割條件中的脈沖頻率設(shè)置成小于等于20Hz，且將在所述的第二激光切割條件中的切割速度設(shè)置成滿足下列方程F≤W/T=W/(1/fp)=W·fp這里F=切割速度(mm/秒)W=激光束成形孔的直徑(mm)T=脈沖持續(xù)時(shí)間(秒)fp=脈沖頻率(Hz)
26.按權(quán)利要求21所述的激光切割方法，其特征在于，若激光切割成形孔的最小孔徑為小于等于加工板材的厚度，則將所述的第二激光切割條件中的脈沖頻率設(shè)置成小于等于20Hz，且將在所述的第二激光切割條件中的切割速度設(shè)置成滿足下列方程F≤W/T=W/(1/fp)=W·fp這里F=切割速度(mm/秒)W=激光束成形孔的直徑(mm)T=脈沖持續(xù)時(shí)間(秒)fp=脈沖頻率(Hz)
27.一種激光切割裝置，其特征在于，它包括一種根據(jù)切割路徑信息識(shí)別出是否存在穿刺線的裝置，該穿刺線是與激光切割成形孔的周邊線相連而且形成一個(gè)半徑R大于等于1mm的弧。一種在孔穴的周邊線上確定一個(gè)與周邊線上切割終點(diǎn)的周邊距離不足4×R的點(diǎn)的裝置，在這個(gè)確定的點(diǎn)上則所述的第一激光切割條件將轉(zhuǎn)換成第二激光切割條件，以及一種自動(dòng)地將所述的第一激光切割條件和第二切割條件分配到有關(guān)的已定的轉(zhuǎn)換點(diǎn)上的裝置。
28.一種激光切割裝置，其特征在于，它包括第一個(gè)裝置，以確定是否存在一條穿刺線，該穿刺線是與激光切割的成形孔的周邊線相連，而且形成一個(gè)半徑R小于1mm的弧，是否存在一條穿刺線，該穿刺線是以某種預(yù)定的角度與激光切割成形孔的周邊線線性相連的，切割孔穴是否是從孔穴周邊線上的一點(diǎn)開(kāi)始的，第二個(gè)裝置是用來(lái)當(dāng)?shù)谝粋€(gè)裝置能確定出下列情況之一時(shí)存在一條與激光切割的成形孔的周邊線線相連，而且形成一個(gè)半徑R小于1mm的弧的穿刺線時(shí)；存在一條以某種預(yù)定角度與激光切割成形孔的周邊線線性相連的穿刺線時(shí)；切割孔穴是否是從孔穴周邊線上的一點(diǎn)開(kāi)始時(shí)；則檢測(cè)出一個(gè)離開(kāi)孔穴周邊線上的切割終點(diǎn)的周邊距離不足4mm的點(diǎn)來(lái)，在該點(diǎn)處所述的第一激光切割條件就轉(zhuǎn)換成第二激光切割條件。
29.一種在金屬材料的加工件上用激光切割出所需形狀的孔穴的方法，其特征在于，它包括下列步驟按第一激光切割條件把加工件切割到離孔穴周邊線上的切割終點(diǎn)一段預(yù)定的周邊距離的點(diǎn)上，按第二激光切割條件將切割從離開(kāi)所述的終點(diǎn)一段預(yù)定距離上的點(diǎn)進(jìn)行到孔穴周邊線上的切割終點(diǎn)為止，以使損壞減到最小。
30.按權(quán)利要求29所述的激光切割方法，其特征在于，所述的加工件上的損壞是指加工件上沿著孔穴周邊的缺口。
31.按權(quán)利要求29所述的激光切割方法，其特征在于，按一第激光切割條件進(jìn)行的激光切割在加工件上形成了一個(gè)第一寬度的第一槽，而按第二激光切割條件進(jìn)行的激光切割在加工件上形成一個(gè)第二寬度的第二槽，而第二寬度基本上是同第一寬度相同的。
32.按權(quán)利要求29所述的激光切割方法，其特征在于，金屬材料加工件是軟質(zhì)鋼材。
33.按權(quán)利要求30所述的激光切割方法，其特征在于，所述的加工件上的缺口被消除了。
34.按權(quán)利要求31的所述的激光切割方法，其特征在于，第一槽的第二槽之間的差不超過(guò)0.2mm。
全文摘要
一種使用激光切割在金屬材料加工件上切割出所需形狀的孔穴的方法，為了避免在變換激光切割條件產(chǎn)生缺口現(xiàn)象，第二次設(shè)置的許多激光切割條件與第一次設(shè)置的激光切割條件是不同的。其特點(diǎn)是，第二激光切割條件中的聚焦位置設(shè)置得同第一激光切割條件中的聚焦位置的值相同。另外，第二激光切割條件中的其它一些條件也設(shè)置得同第一激光切割條件中的相應(yīng)值相同。
文檔編號(hào)B23K26/00GK1111553SQ95100810
公開(kāi)日1995年11月15日 申請(qǐng)日期1995年2月24日 優(yōu)先權(quán)日1994年2月24日
發(fā)明者吉安重宏, 金岡優(yōu) 申請(qǐng)人:三菱電機(jī)株式會(huì)社