CNC 知识

工程师必知的激光切割基础

激光切割沿编程路径将金属熔化或汽化去除。听起来简单，但检查边缘、热影响区和厚度极限后就不一样了。本页讲清切割机理、实际边界，以及何时该改用铣削。

CNC 公差 ±0.005 mm表面粗糙度 Ra 0.8–1.6 μm无最小起订量可按需签 NDA

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原理

聚焦光束照射板材，受照点微秒级升温，金属熔化或汽化。辅助气体将熔池吹出切缝，留下窄槽。光束沿轮廓移动，切缝呈连续线，而非一系列钻孔。

吸收率取决于波长和表面状态。1,064 nm 光纤光束在表面清洁时对碳钢、不锈钢和铝的耦合良好。铜、黄铜等高反射、高导电金属需要更高功率和更紧的聚焦才能达到相同熔深。

切缝不为零。光纤光源留下的槽宽约 0.1–0.5 mm，随喷嘴直径、焦点位置和气压变化。若零件两处切口间只有 0.3 mm 的连接筋，切缝可能吃掉大部分。

切割质量由三个参数决定：功率、速度和焦点位置。低速高功率会烧边并扩大热影响区；功率不足则底面挂渣。边缘干净且锥度小的窗口很窄。

边界

厚度是第一道硬边界。光纤激光切割碳钢约 20 mm，不锈钢约 12 mm，铝约 10 mm。超过后光束散射、切缝变宽、边缘粗糙。这些数值随功率变化，6 kW 与 12 kW 光源的上限不同。

薄板另有问题。低于约 0.5 mm 时，热输入使零件翘曲、边缘变形。能切出来，但平面度没了。薄料上密集排布零件通常更糟。

反射金属需特别注意。铜、黄铜和裸铝会将大量光束反射回光学元件。现代切割头比旧式 CO2 设备处理得更好，但切割仍更慢，边缘也更难预测。

材料厚度也决定激光切割是否适合作为首道工序。若零件需要型腔、螺纹或内孔，激光只能给出轮廓，其余都要在毛坯切好后由铣床或车床完成。

热效应

每次激光切割都会留下热影响区，通常深 0.05–0.3 mm。该区域内晶粒结构改变，硬度可能升高，某些合金会变得比母材更脆。

对碳钢和多数铝牌号，该区域无害，去毛刺即可。对 17-4PH 不锈钢、工具钢或后续要淬硬的零件，该区域有影响，可能在热处理后形成硬度梯度。

钛及其合金需更小心。熔融边缘会从大气中吸收氧和氮，形成硬脆层。良好的辅助气体保护可使其保持很薄；保护不良会留下变色边缘，受载时开裂。

若边缘是密封面或疲劳关键表面，应安排后续工序。轻铣或磨削去除 0.1–0.2 mm，连带去掉热影响区。对承受循环载荷的零件，这一步是低成本保险。

公差

薄板短距离上激光切割约达 ±0.1 mm，随零件尺寸增大而漂移。1,000 mm 长度上预期 ±0.2 mm 或更差。切割热膨胀和工作台定位都会叠加误差。

切缝锥度带来第二项误差。厚板上切口上宽下窄，同一孔两面测量值不同。6 mm 板上差异可达 0.1 mm。若需配合销钉，该间隙已过大。

位置公差与尺寸公差不同。孔距取决于机床在各特征间的运动，而非切宽。好的排样让相关特征靠近，避免误差累积。

受这些限制，激光切割适合支架、板件、盖板和框架，不适合轴承孔、压配合或任何标注 ±0.005 mm 的特征。这些特征应在刚性装夹的 CNC 机床上完成。

顺序安排

许多零件以激光切割毛坯开始，再在铣床上完成。毛坯提供准确轮廓和用于工装夹具定位的孔，铣床再加工光束无法到达的型腔、内孔和端面。

该顺序节省材料和加工节拍。4,000 mm 板材可排布多个零件，一次切出，再装到行程 4,000 × 400 × 150 mm 的机床上。轮廓已就位。

注意加工余量。任何待加工边缘留 0.3–0.5 mm，因为切出面粗糙且略有锥度。夹持粗切边也会使零件偏移，应以孔定位，不要以外轮廓定位。

如果毛坯是从不锈钢或钛合金上切下来的，在精加工前检查热影响区。0.2 mm 的清理切削通常就够了。对硬化合金，要在切削后验证硬度，而不是在精加工后。

对于需要保证平面度的薄板件，把切割安排在最后。在成形或焊接工序之前切割，会重新引入你已经消除的变形。

决策表

按特征选工艺，不按零件名称选。