激光切割机的工作原理是通过将高功率密度的聚焦激光束照射到工件上,使材料迅速熔化、蒸发、烧蚀或达到燃点,并利用与光束同轴的高速气流将熔融物质吹走,以此达到切割工件的目的。激光切割技术是热切割方法的一种。具体原理可参考下方的示意图。1994年,湖南大学激光研究所成功研发出我国首台析架式折叠准封离型切割与焊接激光器,并荣获国家发明专利。该设备的价格仅为国外同类产品的半价。到了2003年3月,中国科学院长春光机与物理研究所研发的“数控激光管材加工设备”问世,这一成果打破了我国石油行业对进口设备的依赖。这标志着我国在制造先进装备方面的能力已经达到了国际领先地位。济南铸锻所下属的数控机械公司成功研制出了国内首台
LC2-18*30型号的交换式双工作台双边驱动数控精密激光切割机,在设计层面实现了两项关键技术的突破:首先,成功解决了轴双边驱动过程中两个电极的同步性问题;其次,解决了升降工作台上的8个气缸同步运行的难题。2004年9月,华工科技成功研发并推出了我国首台国产化高性能激光切割机。日本现拥有CO2激光加工设备两万台,这一数字占据了全球激光加工设备总量的三分之一左右,其中激光切割设备占比高达80%。自1995年起,日本每年生产的激光加工设备数量超过500台,其中YAG激光切割机产量超过100台。全球范围内,高功率数控激光切割成套设备的总拥有量大约在台套上下,相较之下,我国目前所拥有的同类设备数量约为1500台。国产数控激光切割机的主要优势在于其价格相对较低,大约仅为进口设备价格的一小部分。
该设备格的1/3部分,激光器的功率并不高,通常不超过1.5KW。相较于国际同类设备,其切割缝较宽,外观质量、机械精度以及整机的稳定性和柔性均有所欠缺,尽管如此,在价格上却具有明显优势。到了2007年,国内大型激光切割设备的销售额已达到15亿元,在中低端市场占据主导地位,部分产品甚至实现了出口。相较于美国、欧盟、日本等繁荣国家,我国在激光切割设备领域尚处于较低端的产品水平,并且,包括高功率激光器、激光专用控制系统、激光光束传输控制以及激光切割的专有技术在内,绝大多数关键核心技术依然需要依赖进口。目前,德国通快公司、瑞士百超以及意大利等国的知名企业,均已成功研制出具有大功率输出、宽幅切割面、高速切割速度、采用飞行光路技术、实现多维立体加工以及数控自动化操作的激光切割设备。这些设备在高
在我国端激光切割系统领域,与国际前沿技术相比,我们尚有较大差距,国产设备几乎完全依赖进口。每年,我国需投入数十亿元巨资,从国外引进相关技术和设备。例如,在船舶制造业中,对于厚钢板的激光切割设备、三维立体激光切割设备以及有色金属激光切割设备等,其引进成本高昂、订货周期漫长,且售后服务难以得到及时保障,这些都严重限制了我国民营经济的进一步发展。鉴于国外对该技术出口至我国设定了严格的限制,实施了许可证管理,并明文规定该技术不得应用于军事、航空航天等行业,我国迫切需要实现该技术的突破。此外,激光切割机的发展趋势呈现以下特点:一是高速、高精度激光切割机得益于大功率激光器光束模式的优化以及32位微机的应用,为设备实现高速和高精度切割提供了有利条件。(2) 厚板切割和大尺寸工件切割的大型激光
随着激光切割激光器功率的提升,切割机技术正逐步从轻工业薄板的钣金加工领域拓展至重工业厚板的切割领域。为了适应汽车、航空等行业对立体工件切割的需求,目前市场上已经推出了多种五轴或六轴的三维立体多轴数控激光切割机。这些设备的数控轴数已达到九轴,不仅加工速度迅速,而且切割精度极高。在众多发达国家,汽车制造领域对激光切割机器人的依赖日益增强。当前,三维激光切割技术正朝着效率更高、精度更准、功能更全面以及适应性更强的方向发展,其应用领域正逐步扩大。为了提升生产效率并减少对人工的依赖,激光切割技术正逐步向实现单元化、无人化以及自动化迈进。实施该单元自动化系统,需依托于现金的自动化管理、网络控制技术的支持。
我国在技术领域,如计算机生产辅助管理系统等方面取得了显著进展。国际上,市场上已经出现了多种激光切割单元,且一些工厂已投入使用由六台大型激光切割机构成的无人化切割生产线。随着激光器尺寸的减小和功率的提升,以及辅助设备的持续优化,紧凑型数控激光切割机和组合一体化设备应运而生。这些设备将激光器、电源、主机、控制系统以及冷却水循环系统等核心部件紧密集成,打造出占地空间小且功能齐全的完整激光切割系统。此外,激光切割技术正与激光焊接、激光表面淬火等激光加工技术相结合,实现了多功能一体化,显著提升了设备的使用效率。其中,产品对比方面,一类是以德国通快、瑞士百超为首的台式激光加工设备。这类激光加工设备是在数控冲床、剪板机的基础上研发而成的。
7、发的。若产品所用材料较为单一,并且生产规模较大,那么通快设备便是一个不错的选择。其切割头的更换和切割镜片的清洗都十分便捷。然而,该设备的手动操作功能并不十分理想,在这方面,百超的表现则相对更为出色。在加工参数的调整上,其操作相对简单,对于一般操作人员来说可能更为青睐。但相较于百超,其可人工调整的方式略显不足。特别是在处理热轧板这类质量不稳定材料时,软件方面尚可,但体积较大,安装需要一定的技术。在共边切割应用方面,其表现优于百超,这一点尤为明显。至于售后服务,国内外品牌的技术实力相差不大,但配件价格普遍较高。此类设备由日本田中、日本小池等人领衔研发,属于龙门式大台面激光切割机范畴。此类激光切割机,其特点在于采用龙门式结构,并运用火焰切割技术。
这两种基于机数控等离子切割机技术开发的激光切割机结构,各自具有独特的优势和不足。例如,通快和百超所采用的这种结构,在切割厚度6mm以下的钢板时表现出显著优势,其切割速度和移动速度都相当迅速。然而,他的工作台面面积有限,通常只有1.5米乘以3米或2米乘以4米,所以在切割长度达到6米或9米的板材时,不得不将其分割成若干部分,然后在激光切割机上逐一进行切割,这导致生产效率降低,材料利用率也有所下降。这种激光切割机结构的应用范围十分广泛,尤其在钣金领域,诸如电器开关柜、电梯制造、粮食机械以及纺织机械等行业。田中和小池公司生产的此类激光切割机具有显著优势,如能进行中厚板的切割,且配备的工作台面宽敞,可达数十米之长,宽度亦在3至6米之间。例如,3米乘9米或2米乘6米的板材可直接放置于工作台上进行切割。然而,其不足之处在于激光发生器的位置并非固定。
该设备因整体运动而显得相当沉重,在切割厚度低于3毫米的薄板时,其速度明显不及台式激光切割机。此类设备主要服务于重型工业领域,例如工程机械制造、船舶建造、桥梁建设以及钢结构等行业,这些行业通常处理厚度在3毫米至25毫米之间的中厚板。若选择台式激光加工机,通快和百超无疑是市场上的佼佼者。若要评判哪款更好,实难一概而论。这两个品牌的激光切割设备技术成熟且领先。其性能优劣主要取决于维护状况和操作者的技术水平。至于切割精度,受到众多因素的影响,例如材料本身的品质、表面是否有锈蚀,以及所用气体的纯度、压力、流量等。此外,操作者和编程人员的专业能力也至关重要。实际上,不同品牌的切割设备在机械精度上相差不大。然而,产品的精确度必然因上述条件而存在差异。此外,台式激光切割机还具备一些
品牌梯队划分如下:领先集团包括通快和百超;次级梯队有天田、村田、三菱、马扎克、普瑞玛、梅塞尔光纤等;再次是上海团结普瑞玛、武汉法利莱、深圳大族、济南捷迈、加扬、韩光、武汉楚天等;最后是那些自行采购主要零件,自行组装并销售的小型企业。国产设备中,上海团结普瑞玛的产品稳定性尚可,但在操作系统和智能化方面表现不佳,切割精度误差在正负以内。深圳大族的设备价格低廉,但稳定性和控制性能较差,故障率较高。武汉华工的设备稳定性略逊于普瑞玛,但在控制性能上更为出色。武汉奔腾楚天则是与意大利合资的企业,采用全套意大利技术,稳定性良好,控制技术在国内处于领先地位。目前,中国市场上的主要品牌还包括日本的马扎克、三菱、天田、田中、NTC,瑞士的百超,以及德国品牌。
通快在意大利制造,普瑞玛产自比利时,LVD则是国产,具体包括武汉华工、武汉楚天、上海团结、深圳大族、济南捷迈以及台岛加扬等品牌。此外,还有一些其他品牌,但数量不多,这里并未一一列举。在这些品牌中,日本田中的激光切割机在切割厚度和尺寸方面表现尤为出色,其能够切割的厚度可达30毫米,主要用于结构件的加工,而且使用寿命相对较长。在大型工件及厚板加工领域,鲜有敌手。此外,日本马扎克在钣金加工领域独树一帜,其显著特点在于智能化。全球最先进的激光切割机亦出自马扎克之手,不仅能够切割三维工件,还具备专业的型材切割技术和软件支持。不仅如此,它还配备了相关工具,激光切割完成后,还能进行攻丝、倒角和打孔等操作。光路系统在飞行过程中维持固定长度,这一设计既确保了加工效率,又实现了高精度加工,而马扎克公司专注于制造加工中心,
因此,他的定位准确度是其他知名品牌的3倍,而重复定位的准确度更是达到了他们的5倍。他们切割出的微小M形图案,其割缝之精细,以至于需借助放大镜才能辨认,堪称完美的艺术品。此外,他们还具备低功率却高切割能力的特点,例如,切割12毫米厚的碳钢,仅需马扎克机器的功率即可,其运行成本比其他品牌低约30%。然而,他们的激光设备至今才在中国市场正式销售了三四年。德国的通快、日本的天田以及瑞士的百超较早进入中国市场,因此许多人仅知晓这三家公司。实际上,这三家企业在数控冲床和折弯机领域拥有较长的历史和深入研究,而激光技术并非它们的专长。在切割能力方面,它们相对较弱,因此通常需要配备较大功率的激光发生器。在国内市场上,销量最高的当属上海的团结普瑞玛和近年来崛起的深圳大族,它们主要从事激光切割机的组装业务。
技术层面和应用支持不足,多数设备的安装调试往往伴随着维修工作的启动,公司技术人员流动性极高,甚至没有超过十年的资深专业人才,频繁的更替使得整机的安装与维修质量都相当糟糕。然而,鉴于其超低的价格和付款方式的便利性,对于资金有限的国内市场购买者而言,仍具有极大的吸引力。总体来看,激光切割机制造行业各企业各有其长处与不足。就销售额而言,通快位居首位,这一点毋庸置疑,特别是在12KW以上超大功率领域,更是无人能敌。百超与意大利的普瑞玛表现同样出色。而马扎克则凭借其在数控加工中心领域的强大实力,在控制系统、软件配合及传动等方面展现出显著优势,只是在国内市场销售量相对较少,尚未达到通快的知名度。国产及他牌产品各有所长,即便在经济条件有限时,它们同样是个不错的选择。通用重工在国内市场,火焰和等离子切割机的年销量大致在200到300台套之间,而威达焊割的销量则在150到200台套。基于现有客户对切割精度的基础需求,两家公司均在两三年前着手研发激光切割机。值得一提的是,苏州威达在2021年的展会上还展出了龙门式搭载型的激光切割机。该设备配备的激光发生器能够高效地切割宽度达到3米的大型台面,非常适合用于大尺寸结构板材的切割和中厚板的激光切割。截至目前,国内市场上生产此类大台面龙门式激光切割机的企业包括田中、小池、日平富山、法利莱、团结普瑞玛、苏州威达、上海通用等,其中日本田中公司的产品尤为突出。