王新明+孫有亮+陳立偉+張海東

摘 要：20世紀(jì)有四項重大的發(fā)明：半導(dǎo)體、計算機(jī)數(shù)控、以原子為中心的能量技術(shù)和激光技術(shù)。激光切割技術(shù)是在激光技術(shù)中發(fā)展最廣最快的，它大大的改造創(chuàng)新了傳統(tǒng)的機(jī)械制造行業(yè)，提供了新的發(fā)展機(jī)遇和前景。目前已經(jīng)大量的在許多行業(yè)中應(yīng)用，比如醫(yī)療、航天、通信、軍事等科研行業(yè)。

關(guān)鍵詞：激光；加工；切割

中圖分類號：TB

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

doi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2017.16.096

1 我國激光技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

目前我國的激光技術(shù)基本構(gòu)成了以華中平原、長三角、渤海、珠三角為主要發(fā)展地域的局面，激光發(fā)展比較好的企業(yè)主要位于北上廣和湖北、江蘇等地。

1994年湖南大學(xué)制造出我國首臺可以折疊和封離的激光器，售價只為進(jìn)口激光器的二分之一，可以實現(xiàn)切割與焊接雙重功能，當(dāng)時立即申請了國家專利。2003年可以加工管材的激光設(shè)備被中科院與物理研究所研制成功，這表明了我國的制造業(yè)技術(shù)達(dá)到了國際發(fā)展水品。從此我國的石油生產(chǎn)不再是只能依靠進(jìn)口設(shè)備的情況。同年濟(jì)南鑄鍛廠生產(chǎn)出一臺雙邊雙工作臺可交換的激光機(jī)床，它具有精密的切割性能，型號為LC2-18。多個氣壓缸上升和下降的同步以及兩邊驅(qū)動軸電極的同步問題通過此機(jī)床的研制成功得以解決。2004年，更加精密的激光切割機(jī)在華中科技成功生產(chǎn)?，F(xiàn)如今激光生產(chǎn)技術(shù)得到了快速發(fā)展。到去年為止，我國激光技術(shù)產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益已經(jīng)達(dá)到800億。主要有切割分離、標(biāo)記和焊接生產(chǎn)的激光加工裝備生產(chǎn)，還有重工業(yè)和輕工業(yè)、電子、軍事、醫(yī)藥等行業(yè)。

最近幾年，激光加工技術(shù)迅速的發(fā)展涉及了科學(xué)研究和加工生產(chǎn)的各個行業(yè)，如各種材料的加工、汽車和飛機(jī)的制造、能源和醫(yī)療器械等各行各業(yè)中都有激光技術(shù)的應(yīng)用。它作為新世紀(jì)的一項重要科學(xué)研究項目，給不同的行業(yè)指出了新的發(fā)展和創(chuàng)新方向。在對激光技術(shù)的發(fā)現(xiàn)初期，我國和國際上其他各國的水平差距是很小的，20世紀(jì)70年代末期就開始從其他國家引入激光設(shè)備在生產(chǎn)制造和醫(yī)院中使用。隨后十年里，激光又慢慢在材料生產(chǎn)中使用?！笆晃濉蹦嵌螘r間里，我國的中國科學(xué)研究院等先進(jìn)機(jī)構(gòu)在激光技術(shù)的研究中取得了很大的成就。

由于激光切割技術(shù)使用成本少，加工效率好，并且在加工生產(chǎn)中基本不會造成環(huán)境污染，所以在世界上很多國家都已經(jīng)把這項技術(shù)作為主要的加工生產(chǎn)方式和研究方向。自從改革開放到今天的幾十年時間中，我國在國際上的制造業(yè)地位越來越重要，許多不同規(guī)模大小的工業(yè)企業(yè)都已經(jīng)開始引進(jìn)和研究使用激光加工技術(shù)，激光技術(shù)生產(chǎn)取代傳統(tǒng)模式這是必然的方向。

這幾十年的發(fā)展進(jìn)程中，雖然我國激光技術(shù)進(jìn)展迅猛，可是仍然存在很多客觀的問題。目前我國的激光技術(shù)水平與發(fā)達(dá)國家相比處于中下等水平，生產(chǎn)技術(shù)和加工質(zhì)量水平高的加工企業(yè)屈指可數(shù)。無論是激光技術(shù)的研制開發(fā)還是生產(chǎn)加工機(jī)器方面都和先進(jìn)國家有一定的差距，在我國的各種生產(chǎn)領(lǐng)域先進(jìn)的設(shè)備幾乎全部是從國外引進(jìn)。雖然目前我國激光技術(shù)水平不高，但是除了工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)之外還有很多科學(xué)研究機(jī)構(gòu)和大學(xué)院校也加入了對激光技術(shù)的研究，研究力度和規(guī)模在日益壯大。同時激光產(chǎn)品也在多樣化，生產(chǎn)技術(shù)智能化，應(yīng)該在不久的未來，我國的激光技術(shù)會得到突破性的發(fā)展。

2 國外激光技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

在世界上其它發(fā)達(dá)國家，激光生產(chǎn)加工的進(jìn)展更加迅猛，國家對激光技術(shù)的研究都相當(dāng)重視。這項技術(shù)改變了傳統(tǒng)制造行業(yè)，采用了全新的切割和焊接、打孔劃線以及熱處理等工藝方法。以切割為主的二氧化碳切割技術(shù)中激光切割占到七成，焊接和熱處理占兩成和一成。發(fā)達(dá)國家有75%左右的激光技術(shù)都采用二氧化碳激光器，我國的激光切割占到激光技術(shù)的1/10，包含了90%以上采用二氧化碳激光器。因為發(fā)達(dá)國家激光技術(shù)的研究發(fā)展迅速和本身的生產(chǎn)加工行業(yè)水平比較高，所以這些國家早在20世紀(jì)80年代就開始研究各種方法研究激光技術(shù)。比如美國、日本和歐洲等發(fā)達(dá)國家中，本身的生產(chǎn)制造業(yè)水平已經(jīng)達(dá)到了一定高度，并且科研水平高，在這種條件和基礎(chǔ)上對激光技術(shù)進(jìn)行研究和發(fā)展必定會事半功倍，所以幾年的時間后，在這些國家中的汽車、輪船、飛機(jī)、電子和醫(yī)療等領(lǐng)域中就廣泛的采用了先進(jìn)的激光技術(shù)。這些國家也形成了一套激光技術(shù)制造應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)，這樣就可以更方便合理的在適當(dāng)?shù)念I(lǐng)域內(nèi)采用合理范圍的激光。在當(dāng)今時代，發(fā)達(dá)國家早已開始研制大功率激光器，因為激光設(shè)備的加工效率主要取決于激光器的功率值，在現(xiàn)代生產(chǎn)行業(yè)迅猛發(fā)展的前提下，除了可以做和做得好之外還必須要做的快。所以發(fā)達(dá)國家在各種現(xiàn)代化生產(chǎn)行業(yè)和建筑、科研及軍事行業(yè)都大大采用大功率激光設(shè)備和技術(shù)，使傳統(tǒng)的加工制造業(yè)向先進(jìn)快速的激光制造業(yè)的方向發(fā)展。

有很多國家，尤其是發(fā)達(dá)國家中各行各業(yè)都已經(jīng)開始采用激光技術(shù)，因為這樣增加了技術(shù)含量，并且生產(chǎn)效率高，同時新產(chǎn)品研發(fā)的頻率也提高了。對于當(dāng)今時代發(fā)展最繁榮的服務(wù)行業(yè)和精密制造業(yè)也廣泛采用激光技術(shù)，并且在發(fā)達(dá)國家中已經(jīng)形成了一套完備成熟的標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)今世界競爭激烈，發(fā)達(dá)國家都想在競爭中占領(lǐng)主導(dǎo)地位，對于新生的激光產(chǎn)業(yè)中更是如此。美國已經(jīng)對核聚變開始進(jìn)行激光研究，德國開展的名為阿維爾激光研究計劃，日本已經(jīng)做好五年內(nèi)激光研究工作目標(biāo)。發(fā)達(dá)國家和其他一些發(fā)展中國家都在各個領(lǐng)域中廣泛的應(yīng)用激光技術(shù)，不但促進(jìn)了激光研究的快速發(fā)展，而且大大提高了產(chǎn)業(yè)效率，激光產(chǎn)品在全球每年的銷售數(shù)量都在以百分之十五的速度增加。

激光技術(shù)除了應(yīng)用在常規(guī)的生產(chǎn)行業(yè)中，還廣泛被用于很多的精密制造業(yè)中。在激光加工設(shè)備中有一種體積小、激光模式優(yōu)良并且具有很高的光電轉(zhuǎn)換功能的激光器被稱為半導(dǎo)體激光器，激光技術(shù)被廣泛應(yīng)用在工業(yè)和醫(yī)療行業(yè)中。激光打標(biāo)機(jī)利用激光波長的長短輸出來達(dá)到打出不同的顏色從而進(jìn)行標(biāo)記。在地下挖出的文物利用激光技術(shù)進(jìn)行清掃和保護(hù)，利用激光技術(shù)進(jìn)行各種材質(zhì)零件的焊接和切割，利用激光進(jìn)行水果檢測以獲知其果肉的品質(zhì)和甜度?？傊す獗蝗诤显诟鞣N科學(xué)研究領(lǐng)域和服務(wù)行業(yè)中。

3 激光切割未來發(fā)展方向

（1）結(jié)合激光器功率的大幅提高以及微機(jī)32位和64位系統(tǒng)的適用，對激光切割設(shè)備加大研究使加工速度更加快，加工精度更加精確。

（2）利用激光束進(jìn)行的切割方式由輕工業(yè)向重工業(yè)方向調(diào)整，最初的激光加工只適合對比較薄的板材和小尺寸零件進(jìn)行切割，對于比較厚的和尺寸大的工件很難進(jìn)行切割，在這一方面隨著激光束功率的不斷增強(qiáng)的研究已經(jīng)有所改善。

（3）機(jī)械加工生產(chǎn)中大多數(shù)零件并不是平面二維圖形，而是三維立體工件，這樣的零件加工簡單的切割機(jī)無法做到。為了加工生產(chǎn)各行各業(yè)需要的立體零件，需要把數(shù)控激光切割機(jī)提高到五軸或六軸，這樣才可以在三維空間中靈活運(yùn)行，才可以加工出復(fù)雜的零件，發(fā)達(dá)國家已經(jīng)做到了九軸聯(lián)動的激光切割設(shè)備?，F(xiàn)在和未來，快速、精密、效率高、功能強(qiáng)和良好的適用性是激光切割機(jī)發(fā)展的目標(biāo)和方向。

（4）無人自動加工的機(jī)器人化生產(chǎn)。在今天科技快速發(fā)展的情況下，各個生產(chǎn)行業(yè)向著全自動生產(chǎn)的機(jī)器人方向發(fā)展，激光切割技術(shù)也是一樣，這樣的生產(chǎn)不僅可以提高效率，而且還大大的節(jié)省了人力和其他各項資源。要做到全自動，必須要結(jié)合微機(jī)控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)信息傳遞技術(shù)、自動化智能技術(shù)和計算機(jī)輔助生產(chǎn)技術(shù)研究自動化生產(chǎn)。國外在這方面已經(jīng)做得很好，甚至可以通過多臺全自動激光切割設(shè)備組成一條機(jī)器人化的生產(chǎn)線。

（5）激光性數(shù)控切割機(jī)設(shè)備的利用率不斷得到優(yōu)化，縮小激光器的體積，增大激光器的功率，為此創(chuàng)造了有利條件。由于生產(chǎn)技術(shù)能力逐漸提高和完善，激光器的輔助性裝置也進(jìn)行了很多的改進(jìn)。再加上激光焊接和表面淬火等生產(chǎn)加工方式同激光切割技術(shù)的配合應(yīng)用，使得一體化數(shù)控激光切割機(jī)充分發(fā)揮各項能力，利用率不斷得到優(yōu)化和提升。

參考文獻(xiàn)

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