光纖激光切割頭鏡片污染成因及解決方案研究

周志兵，周 慶

（江蘇金方圓數(shù)控機(jī)床有限公司，江蘇 揚(yáng)州 225127）

隨著鈑金加工工藝的飛速發(fā)展，激光切割機(jī)特別是光纖激光切割機(jī)成為該領(lǐng)域主流加工設(shè)備，市場需求呈暴發(fā)性增長，市場保有量持續(xù)增高。與此同時，此類設(shè)備在大量的實(shí)際應(yīng)用中也暴露出其缺陷，典型的就是切割頭內(nèi)部光學(xué)鏡片易污染，導(dǎo)致切割零件報廢甚至鏡片短期損壞，成為影響該設(shè)備進(jìn)一步飛速發(fā)展的瓶頸。本文重點(diǎn)介紹切割頭鏡片的防污染方法，以提高鏡片的使用壽命，降低維護(hù)維修成本，提高加工效率。

1 切割頭介紹

目前市場上光纖激光切割機(jī)所使用的切割頭大部分是德國PRECITEC公司的LightCutter切割頭（圖1）和ProCutter切割頭（圖2）兩種系列。兩種切割頭的適用激光功率范圍為：LightCutter≤2500W，Procutter≤6000W。

2 切割頭污染過程分析

如圖3所示，切割頭內(nèi)光學(xué)部件為2準(zhǔn)直鏡、3聚焦鏡、4保護(hù)鏡，這些鏡片的污染直接影響機(jī)床的切割加工。

圖1 Lightcutter切割頭

圖2 Procutter切割頭

圖3 切割頭部件組成

根據(jù)長期工藝試驗(yàn)和大量客戶使用情況分析，導(dǎo)致切割頭污染的因素主要有如下幾點(diǎn)：①光纖頭安裝方法不當(dāng)；②切割頭密封效果不好；③更換保護(hù)鏡片方法不當(dāng)；④加工控制時序不合理；⑤切割工藝數(shù)據(jù)不科學(xué)；⑥使用了不合格的切割頭易損件（保護(hù)鏡、O型密封圈等）；⑦最終客戶操作使用不當(dāng)；⑧切割頭保養(yǎng)維修方法不當(dāng)。

3 切割頭防污染研究

我們難以做到切割頭絕對無污染，但能通過一些方法延長污染時間和減輕污染程度，以提高切割頭使用壽命，降低其維護(hù)維修成本。

針對上述列出的導(dǎo)致切割頭鏡片的污染因素，可以分別采取相應(yīng)的措施如下：

3.1 改善光纖頭安裝方法

改善安裝方法，使光纖頭呈水平狀態(tài)平插入切割頭內(nèi)部并鎖緊。注意周圍環(huán)境應(yīng)盡量干凈，如果周圍懸浮顆粒（灰塵）較多，建議在凌晨6∶00即上班前進(jìn)行此項(xiàng)工作。

3.2 改善切割頭密封效果

依照目前的機(jī)械制造水平，即使是最先進(jìn)的德國技術(shù)，激光切割頭也不能夠做到完全絕對密封，在后期的使用過程中，不可避免地會有灰塵進(jìn)入從而污染鏡片。究其原因，切割過程中切割頭溫度升高（切割頭溫度＜55℃情況下可以正常切割），內(nèi)部氣壓增大，內(nèi)部將會有部分氣體壓出切割頭散發(fā)到周圍環(huán)境中。切割頭停止工作后（工人下班以后），內(nèi)部溫度下降到環(huán)境溫度時，內(nèi)部氣壓低于環(huán)境氣壓，外部的含有灰塵的氣體將被壓入切割頭直到內(nèi)外氣壓平衡，此時切割頭就被污染了。

解決該問題的思路是使切割頭內(nèi)部氣壓始終保持正壓（大于環(huán)境氣壓），隔絕環(huán)境含有灰塵氣體進(jìn)入切割頭。

改善方法如下：

①始終向切割頭內(nèi)部通入干凈干燥無油的氣體（建議氮?dú)猓?.15bar≤壓力＜0.3bar）；

②安裝呼吸系統(tǒng)，始終保持切割頭內(nèi)部處于正壓狀態(tài)。

3.3 正確更換保護(hù)鏡

更換保護(hù)鏡時要求快速，并且在抽出保護(hù)鏡窗盒（圖3）的同時，立刻用紙膠帶密封切割頭上窗口（切割保護(hù)鏡窗盒的安裝口），另外不能讓臟的東西觸碰到保護(hù)鏡，同時操作人員不能說話（防止唾液飛濺到保護(hù)鏡上）。

3.4 合理設(shè)計機(jī)床控制時序

光的傳播速度大于氣體傳輸速度，在切割或穿刺時切割氣體會滯后，激光開始加工而切割氣體尚未達(dá)到所需要的壓力或流量，導(dǎo)致保護(hù)鏡污染。

改善方法如下：

①修改出光和出氣（切割氣體）的時序，指令出氣-等待一定時間（氣體等待）-出光-加工。

②在整個加工過程中始終出一定氣壓的氣體（保護(hù)氣），加工時序：指令出保護(hù)氣-板材預(yù)處理（讀取加工數(shù)據(jù)和定義原點(diǎn)等）-指令出穿刺氣體-指令出穿刺激光-指令出切割氣體-指令出切割激光（切割輪廓）-輪廓切割結(jié)束-快速定位到下個輪廓-指令出穿刺氣體-指令出穿刺激光-指令出切割氣體-指令出切割激光（切割輪廓）-輪廓切割結(jié)束-循環(huán)-切割加工結(jié)束-關(guān)閉保護(hù)氣體-程序結(jié)束。

3.5 合理的切割工藝數(shù)據(jù)

使用合理的切割工藝數(shù)據(jù)會避免異常切割導(dǎo)致切割頭污染現(xiàn)象的發(fā)生。

3.6 使用合格的易損件

選用保護(hù)鏡和O型圈等合格的易損件對切割頭的密封有一定幫助。

3.7 正確的操作方法

依照設(shè)備供應(yīng)商的使用要求，正確操作使用機(jī)床。

3.8 正確的維護(hù)保養(yǎng)方法

確保切割頭干凈干燥，每天對其進(jìn)行清潔。

4 結(jié)語

通過上述防污染方法的應(yīng)用，光纖切割頭內(nèi)光學(xué)鏡片的污染狀況大為改善。實(shí)際應(yīng)用表明，只要定期做好維護(hù)保養(yǎng)及多注意細(xì)節(jié)，就不會頻繁出現(xiàn)零件切割報廢的情況，延長了鏡片使用壽命，提高了設(shè)備生產(chǎn)效率。

參考文獻(xiàn)：

[1] LighrCutter Lasermatic Operrating Instructions.Precitec KG.Version 07/2012.

[2] ProCutter Lasermatic Operrating Instructions.Precitec KG.Version 07/2016.

[3] 蔡 誠，朱鵬程，董香龍.光纖激光切割機(jī)切割頭關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用前景[J].鍛壓裝備與制造技術(shù).2017，52（3）：45-48.