CNC 激光加工基础知识

CNC 激光机床沿 CAD 数据生成的路径移动聚焦光束。CAM 软件将几何形状转换为 G 代码，控制器驱动反射镜、龙门架或机械臂使焦点保持在路径上。在焦点处，功率密度足以在狭窄切缝中熔化或汽化金属，薄板切缝宽度通常为 0.1–0.5 mm。

三个因素决定结果：波长、功率和焦点位置。波长决定表面对光的吸收量。功率和移动速度决定每毫米切割的能量。焦点位置决定切缝宽度以及切边是垂直还是带锥度。辅助气体起其余作用。氧气增加放热并加快低碳钢切割，但会留下氧化边。氮气或氩气保护熔融金属，以稍慢的速度获得更清洁、可直接焊接的边。

切割区是热影响区，不是机加工表面。厚板上会有窄的重铸层和轻微锥度，这是正常的。当边缘是密封面、轴承座或疲劳关键特征时，这一点很重要，因为这些部位需要后续机加工。

• 1
  切缝光束留下的缝隙。排版时需计入尺寸。
• 2
  HAZ热影响区；边缘附近硬度和显微组织发生变化。
• 3
  辅助气体钢件用 O₂ 提速度，不锈钢用 N₂ 保清洁边缘。
• 4
  焦点设在表面上方、表面或下方，以切缝宽度换取切边垂直度。

波长约 1 μm 的光纤激光器如今主导金属切割。它们可切割低碳钢、不锈钢、铝、铜和黄铜，采用固态光源，维护需求低。对于约 6 mm 以下的多数钣金件，光纤机床是默认选择。超过该厚度，限制因素变为边缘质量和挂渣，而非光源。

波长 10.6 μm 的 CO₂ 激光器可切割光纤光源难以处理的非金属：亚克力、PMMA、木材、MDF、皮革、部分陶瓷和涂层板。它们也切割低碳钢，但电极式谐振器运行成本更高。如果零件是要求抛光边缘的塑料展示面板，CO₂ 通常是更好的工艺。

Nd:YAG 是较老的固态选项，仍见于点焊、钻孔和部分打标单元。其在切割中的角色已缩小，但短脉冲变体仍适用于涡轮和燃油喷射器零件的细孔。实际问题不是哪种光源最新，而是哪种能以可承受的成本给出所需的边缘和厚度。

• 1
  光纤金属，薄至中厚板，低维护，速度快。
• 2
  CO₂非金属和有机材料；亚克力切边好。
• 3
  Nd:YAG焊接、钻孔、精细打标；切割中属小众。

低碳钢和不锈钢是容易的情况。不锈钢用氮气辅助切割干净，边缘光亮，可直接进入焊接。铝切割快，但反射相当一部分光束，因此需调整功率和焦点，厚截面底边往往挂渣更多。

铜和黄铜是较难的有色金属。其反射率和导热性将热量从切割区带走，因此需要更高的功率密度和波长匹配的光源。薄铜是常规活。厚铜需要高亮度光纤机床配合合适的透镜和气体设置，即便如此切割速度也会大幅下降。

钛和 Inconel 用惰性气体并仔细控制参数切割。钛需防止氧气进入切割区以避免脆化，切边通常在使用前需机械清理。塑料表现又不同：它们不像金属那样熔化吹走，而是汽化，风险是热影响边、变色或烧焦。PMMA 和 PC 用 CO₂ 加空气辅助切割良好；PVC 应避免，因为它释放腐蚀性气体。

• 1
  适合低碳钢、304/316 不锈钢、铝、薄铜、PMMA、PC。
• 2
  需调参厚铜和黄铜、钛、Inconel、反射表面。
• 3
  避免PVC 及其他含氯塑料；它们释放酸性气体。

激光切割在薄板上定位良好，但本身不是精密精加工工艺。切缝宽度、锥度和重铸层构成实际限制。如果孔必须是压配合或轴承座，先切小再在 CNC 铣床上镗孔。这种两步路线很常见，且比与激光较劲更便宜。

板厚决定一切。薄料切割速度快，割缝窄、锥度小。厚度增加后，光束扩散、锥度变大，底边可能出现需要磨削的挂渣。10 mm 不锈钢的轮廓加工仍可用激光，但边缘不能作为密封面。

需要三维几何形状、紧配合、螺纹孔、深腔或表面粗糙度低于 Ra 1.6 μm 时，铣削更合适。零件为平板、薄壁、孔和轮廓多、边缘不是功能配合面时，激光更合适。许多量产零件两者都用：先用激光下料，再在三轴或五轴机床上铣削关键特征。在钜亮五金（GreatLight），我们在同一车间完成这一组合，激光切割的毛坯可直接转到五轴加工中心精加工。

• 1
  先激光平面轮廓、孔阵列、加工前下料。
• 2
  先铣削配合面、螺纹、型腔、密封面、严格平面度。
• 3
  两者结合激光下料加铣削关键特征；统一装夹方案。