激光CNC切割基础知识

聚焦光束沿编程路径熔化、燃烧或汽化金属。三个子系统完成工作：产生光束的谐振腔、移动切割头的运动系统，以及向切割区输送辅助气体的喷嘴。任一环节出错，边缘质量都会迅速下降。

如今多数工业设备使用光纤谐振腔，光束经柔性光纤传至切割头。CO2 谐振腔仍用于切割厚低碳钢或非金属的车间，因为 10.6 μm 波长与这些材料耦合良好。Nd:YAG 设备仍存在于老式钻孔和焊接单元。对于 25 mm 以下的板材，光纤已基本取代其他类型。

运动来自龙门或飞行光路结构。控制器读取排样文件，驱动 X、Y 伺服，同时 Z 轴保持焦点偏移。薄板加工中加速度比最高速度更重要：一台最高 120 m/min 但换向需 0.5 s 的设备，在密集排样上会输给动态性能更锐利的较慢切割头。

• 1
  光纤谐振腔1 μm 波长，电光效率高于 30%，维护量低。
• 2
  CO2 谐振腔10.6 μm 波长，最适合厚低碳钢和有机物。
• 3
  辅助气体碳钢用氧气提速度，不锈钢用氮气获洁净边缘。
• 4
  焦点偏移根据厚度和气体设定在表面上方、表面或下方。

割缝是光束去除材料的宽度。3 mm 不锈钢典型光纤切割割缝为 0.15–0.25 mm。割缝决定可绘制的最小内角半径：6 mm 板上的 1 mm 槽不是激光特征，而是铣削特征。忽视这一点的设计师最终会得到不想要的圆角。

激光切割边缘的热影响区很小，薄板上通常小于 0.1 mm，但并非为零。4140 或 4340 钢的切边会轻微硬化，精加工前可能需要去应力处理。6061-T6 铝的热影响区会轻微软化，若零件在切边附近承受疲劳载荷则需注意。

挂渣是重新凝固并粘在底边的金属，源于热量过多或辅助气压不足。不锈钢用氮气洁净切割几乎无挂渣；低碳钢氧切割留下轻微氧化层，通常经滚光或喷砂去除。若图纸要求切面 Ra 0.8–1.6 μm，需安排二次加工。

• 1
  割缝宽度薄板 0.1–0.3 mm，随厚度增加而变宽。
• 2
  最小孔径在良好光纤设备上大致等于材料厚度。
• 3
  锥度根据厚度和焦点，每侧 0.02–0.1 mm。
• 4
  边缘光洁度切割态通常为 Ra 3.2–6.3 μm，并非精加工表面。

低碳钢和不锈钢是容易的情况。6 mm 304 板用氮气辅助切割洁净，多数轮廓保持 ±0.1 mm。铝切割快但反射光束，设备需合适镜片和不回溅到光学系统的穿孔程序。铜和黄铜反射更强，薄铜可能需要更长波长光源或完全不同的工艺。

钛切割良好，但辅助气体纯度不足时边缘会吸氧。5 级 Ti-6Al-4V 在航空航天中常规切割，前提是车间用氩气保护切割区并控制穿孔。10 mm 以上厚钛通常更适合水刀，因为激光切面比水刀边缘需要更多清理。

有些材料根本不应激光切割。PVC 释放氯化氢并腐蚀设备；聚氨酯泡沫和某些复合材料留下焦边，无法通过清洁度规范。这些应转铣削、水刀或模切。送去激光只会等着返工。

• 1
  低碳钢氧气辅助提速度，氮气获更洁净边缘。
• 2
  不锈钢 303 / 304 / 316L氮气辅助，挂渣极少，边缘颜色好。
• 3
  铝 6061 / 5052切割快，注意反射率和穿孔飞溅。
• 4
  铜、黄铜、PVC反射或有毒。报价前与车间确认。

向车间提供平面 DXF 和带视图的 PDF。DXF 定义切割路径；PDF 告诉操作员哪些边是外观面、哪些是功能面。一条注释如“切边 Ra 3.2 μm 可接受”可省去一通电话和可能的返工。

内角半径至少为割缝的一半，理想等于材料厚度。零件号放在连接筋或废料上，不要放在外观面中间，除非你想在那里激光打标。激光打标最小字符高度可达 1.5 mm，足以满足多数序列号。

如果零件需要精密内孔、螺纹或沉孔，应在铣床上安排二次加工。激光几分钟就能切出毛坯，铣削则把特征做到 ±0.005 mm。这种分工通常比在激光上硬保精密内孔更便宜，也能把公差放在该在的工序上。

• 1
  文件格式切割路径用 DXF，图纸注释用 PDF。
• 2
  圆角半径至少为切缝宽度的一半，最好等于一个材料厚度。
• 3
  混合工艺激光切毛坯，铣削内孔和螺纹。
• 4
  打标激光打标最小字符高度可达 1.5 mm。