激光CNC金属切割指南

• 1
  激光CNC金属切割如何去除材料
• 2
  光纤、CO₂，以及哪种适合切你的合金
• 3
  厚度、公差与边缘质量限制
• 4
  让激光件保持低成本的设计规则
• 5
  从CAD文件到成品毛坯
• 6
  分步：从图纸到切割件
• 7
  激光切割与铣削、水刀对比

激光CNC金属切割机将光束聚焦到零点几毫米宽的光斑上。该光斑处的功率密度高到足以熔化或汽化合金，CNC按CAD文件生成的刀路移动切割头。没有刀具接触工件，因此没有刀具磨损，也没有夹紧力使板材变形。

辅助气体承担一半的工作。它把熔融金属吹出切缝，使光束持续到达新材料。氮气在不锈钢和铝上形成清洁、无氧化的边缘。氧气增加放热反应，对低碳钢有帮助，但会留下一层薄氧化层，喷漆或焊接前通常需要去除。

切缝不是垂直的。它略有锥度，上宽下窄，且锥度随厚度增大。在1 mm板材上锥度小到可忽略。超过6 mm时，在配合边缘上可能有影响，如果零件要与另一个切割面贴合，请核对图纸。

热量从切割处传播很短距离。几百微米深的热影响区属正常。在多数支架和面板上该区域无害。在淬硬工具钢或疲劳关键的航空航天零件上，它是裂纹萌生点，应计划后续安排一次轻切削。

• 1
  切缝宽度通常0.1–0.5 mm，取决于厚度和喷嘴。
• 2
  热影响区薄板上为数十微米；随厚度增大。
• 3
  无接触力薄板无需重型装夹即可保持平整。

光纤激光器如今主导金属切割。1 μm波长被钢、不锈钢、铝和铜合金良好吸收，光束可通过柔性光纤而非反射镜传输。二极管泵浦设计整机效率约30%，因此功耗和冷却负荷低于同等CO₂设备。

CO₂激光器发射10.6 μm。它们切割低碳钢和不锈钢效果好，仍能处理部分非金属。缺点是光路对准、镜片维护，以及相同切割下更高的功耗。对于主要切金属的加工车间，光纤已基本取代它们。

反射性合金需注意。铜、黄铜和裸铝在室温下反射很大一部分光束。切割通常在表面升温、吸收率上升后开始，但调校不良的装夹可能把反射光送回光学元件。使用设备厂商的反射材料工艺参数，并按计划检查保护镜片。

镁是另一个问题。细镁粉和切屑容易点燃。许多车间拒绝用激光切镁，转而采用铣削。钛用惰性气体切割尚可，但必须隔绝氧气并管理粉尘，因此属于受控工艺而非默认选择。

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  光纤 1 μm钢、不锈钢、铝、铜，钛需用惰性气体。
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  CO₂ 10.6 μm低碳钢、不锈钢，部分塑料和有机物。
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  激光避免镁，以及无成熟工艺参数的厚反射铜。

切割速度随厚度急剧下降。2 kW光纤源切1 mm低碳钢可达每分钟数米，到12 mm则慢如爬行，边缘质量同时下降。多数加工车间业务中，0.5–6 mm是激光快速且干净的理想区间。超过12 mm，等离子或水刀在单件成本上往往更优。

公差不同于精密加工。激光在薄板上约保持±0.1 mm，可达精度随厚度增大而放宽，因为切缝有锥度且热变形增大。如果图纸要求±0.005 mm，则由激光切毛坯，再由CNC铣削精加工关键面。

边缘状况取决于气体和速度。不锈钢用氮气得到光亮、接近机加工的边缘，通常Ra 1.6–3.2 μm，可直接焊接。低碳钢用氧气更快更便宜，但留下灰色氧化层，需酸洗或喷砂。功率过大或进给过慢会在下表面产生挂渣；过快则留下粗糙的条纹边缘。

小特征有其下限。小于约板厚的孔难以切干净，径厚比比绝对值更重要。孔直径至少取1倍厚度，需要干净内孔时取1.5倍。3 mm板上窄于1 mm的槽容易严重锥化。

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  典型板厚范围0.5–6 mm，适合干净、快速生产。
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  实用公差约±0.1 mm；更紧需机加工序。
• 3
  最小孔约1倍材料厚度，干净内孔取1.5倍。

保持零件等厚。单张板切出的平板毛坯无需额外装夹。一旦增加折弯、沉孔或螺纹孔，零件就离开激光进入折弯机或铣床，成本随之上升。先设计平面轮廓，再只在必要处增加二次特征。

给光束留出进入空间。每条切割路径都需要引入线，通常是在轮廓外打一个小穿孔点。如果特征距边缘在 1 mm 以内，穿孔可能吹坏边缘或留下痕迹。切割线与任何成品边缘之间至少留一个材料厚度。

厚料上的圆角半径很重要。尖锐内角会集中热量，而且实际切割时往往也会带一个小半径。内圆角半径至少指定为板厚的一半，这样切角可预测，图纸与零件一致。

注意整体外形尺寸。大而薄的板件会随热量积累而变形。如果薄板件单边大于约 1 m，预计会有翘曲，需规划去应力，或对必须贴合的面做一次铣削光整。排样也很关键：零件间距紧可省料，但留给割缝和热扩散的空间更小。

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  等厚度一张板、一次装夹，成本最低。
• 2
  边缘间隙穿孔点距成品边缘至少一个板厚。
• 3
  内圆角半径厚料上至少为板厚的一半。

流程从 2D DXF 或 3D STEP 文件开始。排样软件在板上布置零件以减少废料，然后指定引入线、穿孔点和切割顺序，避免骨架变弱时零件移位。好的排样相比手工布局，废料可降低几个百分点。

厚料穿孔慢。机床可能先以低功率穿孔零点几秒，再切换到全功率切割。在 10 mm 钢上，小孔的穿孔时间可能超过切割时间，这也是激光单件成本随厚度快速上升的原因之一。

切割后零件进入去毛刺。薄板激光边缘通常可直接使用，但挂渣和锋利上缘很常见。滚光、刷光或轻喷砂可去除。如果零件要阳极氧化，切边与轧制面的氧化效果略有不同，外观件需预留可见分界线。

对于需要紧公差内孔或平整配合面的零件，激光出毛坯，CNC 铣削完成其余部分。钜亮五金（GreatLight）在同一车间完成这套组合：激光或水刀切轮廓，再用 3 轴、4 轴或 5 轴加工到 ±0.005 mm，图纸要求处表面粗糙度可达 Ra 0.2–0.8 μm。

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  输入文件轮廓用 2D DXF，特征关键时用 3D STEP。
• 2
  穿孔时间在 8–10 mm 以上钢件上主导加工节拍。
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  切后处理去毛刺，必要时再加工关键面。