三、激光切割
激光切割是材料加工中一种先进的和应用较为广泛的切割工艺。它是利用 高能密度的激光束作为“切割刀具”对材料进行切割加工的方法。采用激光加 工可以实现对各种金属、非金属板材、复合材料以及碳化钨、碳化钛等硬质材 料的加工，在国防建设、航空航天、工程机械等领域获得广泛应用。
.
24
激光切割加工
3.1 激光切割加工原理简介
APP
系统工控 机
以太网 I/O
生产线
APP设置 生产线设置 监控系统设置
设置
摄像头选择
①①②②③③④④⑤⑤
实时画面
实时监控画面
生产信息查 询
工作站参数 查询
实时监控设置 .
实时数据查询
产品类型 尺寸范围
形 状 图案文字 数 量
预览
产品样式选择
19
产线远程管理与自动生产系 统
远程操控订单 远程读取设备信息 远程监视现场画面
产线的整个生产流程均在系统的监控与指导下完成，从上料开始到激光切割
、数控精雕、双端面磨削、清洗烘干、再到视觉检测以及最后的喷砂处理，每一
步都自动完成。
下面我们将对整个产线的信息物理系统，加工工艺流程进行介绍，包括加工
方式的选择、工艺路线的选定、工艺参数的调整优化和设备调试过程中所遇到的
难点以及相应的解决办法。
2016 培训主题：智能工厂系统设计与控制
培训人：许怡赦 日期：2016年7月11号
. 1
课前秀一
. 2
课前秀二
. 3
课前秀三
. 4
课前秀四
. 5
课前秀五
. 6
概述
本条产线围绕工业4.0与中国制造2025先进理念展开，以亚控操作系统为核
心，加以各类先进数控机床、机器人、视觉系统和移动终端构成整个产线的信息
水流切割
火焰切割
.
23
激光切割加工
激光切割
等离子切割
二、我们为何选择激光切割
激光切割相对于以上冷切割方式具有加工精度高、加工噪声小、技术理念 更为先进等优势。火焰切割和等离子弧切割虽然切割速度快，但是切割过程中 噪声、粉尘污染严重，工作环境差，这些都不符合学校教学要求。此外所选用 的激光切割配套有完善数控系统，更有利于学生掌握先进数字化技术。
.
7
智能制造生产线
. 8
机器人上料
. 9
激光切割
. 10
个性化雕刻
. 11
双端面磨削
. 12
清洗烘干
. 13
表面喷砂
. 14
视觉检测
. 15
打包入库
. 16
提纲
一、生产系统工业4.0框架 二、激光切割加工 三、雕刻加工 四、毛刺打磨处理 五、双端面磨削加工 六、CCD视觉检测 七、表面喷砂处理 八、打包装盒.
物理系统。
此次产线所加工的对象是不锈钢，最终产品是各类启瓶器、吊坠等小型工艺
品。之所以选择这类产品为生产对象，主要是因为它的多样性，包括外形的多样
性、图案文字的多样性以及两者组合的多样性。正是这种多样性的存在，提高了
整个系统的设计难度，但是另一方面它满足了柔性化生产、以及个性化的定制，
这就使整个产线更加贴合工业4.0于中国制造2025的先进生产制造理念。
问题三：激光的高热量导致夹具变形
解决方案：由于在激光切割过程中会瞬间产生大量热量，夹具中的废料
回收装置由于受热不均匀发生严重变形。针对这一现象，我们将直接被
激光照射的废料回收装置的底板由原来的钣金换成了厚度更厚的板材，
从而解决受热变形这一问题。
.
27
激光切割加工
切割参数优化前的产品
切割参数优化后的产品
VS
. 28
边缘毛刺打磨处理
前面我们已经说过，经过对激光切割机参数
砂纸抛光盘
优化之后我们已经能够获得基本无毛刺的产品，
为什么还要在这里加入毛刺打磨这一步？
在切割过程中我们不断对激光功率、氮气吹
气气压以及激光头与料板的距离参数进行优化调
整，以上三个因素都是我们可以精确控制的，但
பைடு நூலகம்
.
21
产线数字化生产系统
（101，201
（10）1），201
（（110021，，220021
））
（103，203
）
智 能 生 产 线
. 22
激光切割加工
切割作业是本产线的第一道加工工序，将会直接影响后续一系列搬运动作以 及加工质量。因此选择一种合适的切割方式显得尤为重要。
一、切割加工的种类
切割加工按照加工形式大致可以分为两类，即冷切割与热切割。其中冷切割 包括剪切、锯切割、水射流切割等，热切割包括气体火焰切割、等离子弧切割、 和激光切割等。
激光切割时利用经聚焦的高功率密
度激光束照射工件，使被照射材料迅速
融化、汽化、烧蚀或者达到熔点，同时
借助与光束同轴的高速气流吹除熔融物
质，从而实现将工件割开。激光加工原
理示意图如右所示。
激光切割又可以分为激光汽化切割
、激光熔化切割、激光氧气切割和激光
划片与控制断裂切割四种形式。
这里我们选用激光熔化切割，切割
从原材料到成品出 货实现无人自动化
柔性化定制产品 手指轻轻一点 坐等个性化出炉
. 20
产线个性化定制系统
我要 吊坠
输 送 机
多 关 节 机 器 人
直 角 机 器 人
C
C
D 视 觉 系 统
S C A
R A 机 器 人
系统工 控机
我要启 瓶器
双端
数控
码垛
面磨
精雕
打包
床
机
机
激光 切割 机
喷砂 机
清洗 风干 机
17
产线信息物理系统（CPS）
多媒体教 学系统
以太网
生产管理 系统
人机界面
双端 面磨 床
激光 切割 机
数控 精雕 机
喷砂 机
以太网
I/O等
系统工 控机
Wifi
以太网
CAN I/O
输送机
多关机机器人 CCD视觉系
统
清洗 风干 机
码垛 打包 机
移动 终端 设备
.
直角机器人
SCARA机器人
18
产线人性化APP操作系统
. 26
激光切割加工
问题一：无法切透钢板 解决方案:影响激光切割深度最直接的因素就是激光的功率，因此针对这 一问题，首先适当加大激光切割机功率，并调节吹气气压，最终顺利将 钢板完全切透。
问题二：边缘毛刺严重 解决方案：针对这一问题，经过大量试切后，我们发现产生毛刺的最主 要的原因是氮气气压的大小。如果气压过小，熔融的金属将无法被迅速 吹走，残留在工件外轮廓上并形成毛刺。因此经过对吹气气压进行优化 调节之后，所切割产品已基本无毛刺。
过程中通过与激光束同轴的喷嘴中高速
喷 出 非 氧 化 气 体 —— 氮 气 ， 使 得 液 态 金
属排出，形成切口。这种切割方式相对
其它几种耗能更低，更加适合不锈钢板
的切割。
.
激光切割原理图
25
激光切割加工
四、加工过程中所遇到的问题
问题一 无法切透钢板
问题二 边缘毛刺严重
如何解决 ？
问题三
激光高热量导致夹 具变形