在制作仿鱼机器人时，需要将三维实体造型设计的结果采用SOLIDWORKS中的相应功能模块生成二维切割图形，并按这些图形将所设计的零件一个个切割出来。除了人工手动切割以外，常用的切割设备为激光切割机（见图5-38）。激光切割机是将从激光器发射出的激光，经光路系统聚焦成高功率密度的激光束，当激光束照射到被切割材料表面，使激光所照射的材料局部达到熔点或沸点，同时与光束同轴的高压气体将熔化或气化的材料碎末吹走[144]。随着光束与被切割材料相对位置的移动，最终使材料形成连续的切缝，从而达到切割图形的目的。
激光切割机采用激光束代替传统的切割刀具进行材料的切割加工，具有精度高、切割快、切口平滑、不受切割形状限制等优点，同时，它还能够自动排版，优化切割方案，达到节省材料、降低加工成本等目的，将逐渐改进或取代传统的金属切割工艺设备。
由于制作仿鱼机器人的材料大多选用亚克力板或三合板等非金属板材，所用激光切割设备的功率不需太大，可使用小型激光切割机（见图5-39）。
图5-38 激光切割机加工场景
图5-39 小型激光切割机
图5-39所示的激光切割机在加工时其激光切割头的机械部分与被切割材料不发生接触，工作中不会对材料表面造成划伤，而且切割速度很快，切口非常光滑，一般不需后续加工；另外，由于该设备的功率不是很大，所以切割热影响区小、板材变形小、切缝窄（0.1～0.3 mm）、切口没有机械应力。相比其他切割设备，激光切割机加工材料时无剪切毛刺、加工精度高、重复性好、便于数控编程、可加工任意平面图形、可以对幅面很大的整板进行切割、无须开模具、经济省时，因而在制作仿鱼机器人时是一个很好的帮手。需要提醒的是，激光设备的使用一定要严格按照说明书的要求进行，必须制定相应的安全操作规程，且一丝不苟地加以执行。
1.激光切割简介
与传统的氧乙炔、等离子等切割工艺相比，激光切割具有速度快、切缝窄、热影响区小、切缝边缘垂直度好、切边光滑等优点，同时可进行激光切割的材料种类很多，包括碳钢、不锈钢、合金钢、木材、塑料、橡胶、布、石英、陶瓷、玻璃、复合材料，等等[145]。随着市场经济的飞速发展和科学技术的日新月异，激光切割技术已广泛应用于汽车、机械、电力、五金以及电器等领域。近年来，激光切割技术正以前所未有的速度发展，每年都有15%～20%的增长。我国自1985年以来，更是以每年近25%的速度发展。当前，我国激光切割技术的整体水平与先进国家相比还存在一定的差距，因此，激光切割技术在我国具有广阔的发展前景和巨大的应用空间。
激光切割机在切割过程中，光束经切割头的透镜聚焦成一个很小的焦点，使焦点处达到高的功率密度，其中切割头固定在z轴上。这时，光束输入的热量远远超过被材料反射、传导或扩散的部分热量，材料很快被加热到熔化与气化温度。与此同时，一股高速气流从同轴或非同轴侧将熔化及气化了的材料吹出，形成材料切割的孔洞。随着焦点与材料的相对运动，使孔洞形成连续的宽度很窄的切缝，完成材料的切割[146]。
2.激光切割的工作原理
激光是一种光，与其他自然光一样，是由原子（分子或离子等）跃迁产生的。与普通光不同是激光仅在最初极短的时间内依赖于自发辐射，此后的过程完全由激辐射决定，因此激光具有非常纯正的颜色、几乎无发散的方向性、极高的发光强度和高相干性。
激光切割是应用激光聚焦后产生的高功率密度能量来实现的。在计算机控制下，通过脉冲使激光器放电，从而输出受控的重复高频率的脉冲激光，形成一定频率和一定脉宽的光束，该脉冲激光束经过光路传导及反射并通过聚焦透镜组聚焦在被加工物体的表面上，形成一个个细微的、高能量密度的光斑，光斑位于待加工材料面附近，以瞬间高温熔化或气化被加工材料[147]。每一个高能量的激光脉冲瞬间就把物体表面溅射出一个细小的孔，在计算机控制下，激光加工头与被加工材料按预先绘好的图形进行连续相对运动打点，这样就会把物体加工成想要的形状。
切缝时的工艺参数（切割速度、激光器功率、气体压力等）及运动轨迹均由数控系统控制，割缝处的熔渣被一定压力的辅助气体吹除[148]。
3.激光切割的主要工艺
（1）气化切割。
在激光气化切割过程中，材料表面温度升至沸点温度的速度是如此之快，足以避免热传导造成的熔化，于是部分材料气化成蒸气消失，部分材料作为喷出物从切缝底部被辅助气流吹走。为了防止材料蒸气冷凝到割缝壁上，材料厚度一定不要大大超过激光光束的直径。
（2）熔化切割。
在激光熔化切割过程中，工件被局部熔化后借助气流把熔化的材料喷射出去。因为材料的转移只发生在其液态情况下，所以该过程被称作激光熔化切割。
激光光束配上高纯惰性切割气体促使熔化的材料离开割缝，而气体本身并不参与切割。激光熔化切割可以得到比气化切割更高的切割速度。气化所需的能量通常高于把材料熔化所需的能量。在激光熔化切割中，激光光束只被部分吸收。最大切割速度随着激光功率的增加而增加，随着板材厚度的增加和材料熔化温度的增加而几乎呈反比例地减小。(www.xing528.com)
（3）氧化熔化切割（激光火焰切割）。
熔化切割一般使用惰性气体，如果代之以氧气或其他活性气体，材料在激光束的照射下被点燃，与氧气发生激烈的化学反应而产生另一热源，使材料进一步加热，称为氧化熔化切割。
由于此效应，对于相同厚度的结构钢，采用该方法可得到的切割速率比熔化切割要高。另一方面，该方法和熔化切割相比可能切口质量更差。实际上它可能会生成更宽的割缝、明显的粗糙度、更大的热影响区和更差的边缘质量。
（4）控制断裂切割。
对于容易受热破坏的脆性材料，通过激光束加热进行高速、可控的切断，称为控制断裂切割。这种切割的过程是：激光束加热脆性材料小块区域，引起该区域大的热梯度和严重的机械变形，导致材料形成裂缝。只要保持均衡的加热梯度，激光束可引导裂缝在任何需要的方向产生。
4.激光切割的关键技术
激光切割技术有两种：一是采用脉冲激光进行切割，适用于金属材料；二是采用连续激光进行切割，适用于非金属材料，后者是激光切割技术的重要应用领域[149]。
激光切割机的几项关键技术是光、机、电一体化的综合技术。在激光切割机中激光束的参数、机器与数控系统的性能和精度都直接影响激光切割的效率和质量。特别是对于切割精度较高或厚度较大的零件，必须掌握和解决其中的关键技术。
5.激光切割的加工质量
切割精度是判断激光切割机质量好坏的第一要素。影响激光切割机切割精度的四大因素如下：
（1）激光发生器激光凝聚光斑的大小。聚集之后如果光斑非常小，则切割精度就会非常高。要是切割之后的缝隙也非常小，则说明激光切割机的精度非常高，切割品质也非常高。但激光器发出的光束为锥形，所以切出来的缝隙也是锥形。这种条件下，工件厚度越大，精度就会越低，因此切缝也就会越大。
（2）工作台的精度。工作台的精度如果非常高，则切割精度也随之提高。因此工作台的精度也是衡量激光发生器精度的一个非常重要的因素。
（3）激光光束凝聚成锥形。切割时，激光光束是以锥形向下的，这时如果切割的工件的厚度非常大，切割的精度就会降低，则切出来的缝隙就会非常大。
（4）切割的材料不同，也会影响到激光切割机的精度。在同样的情况下，切割不锈钢和切割铝的精度就会非常不同。不锈钢的切割精度会高一些，而且切面也会光滑一些。
一般来说，激光切割质量可以由以下6个标准来衡量。
①切割表面粗糙度；
②切口挂渣尺寸；
③切边垂直度和斜度；
④切割边缘圆角尺寸；
⑤条纹后拖量；
⑥平面度。
免责声明：以上内容源自网络，版权归原作者所有，如有侵犯您的原创版权请告知，我们将尽快删除相关内容。
