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本文是基于天津电力机车有限公司的百超Bystar 4025型数控激光切割机（如图1）为实验设备，此实验设备为CO2激光切割，其输出的是红外线，要用锗单晶、砷化钾等红外材料制造的光学透镜才能通过，为减少表面反射需镀增透膜。通过聚焦镜将红外线激光束聚焦在材料表面使材料熔化，同时用激光束同轴的辅助气体（氧气、压缩空气或惰性气体N2）吹走被熔化的材料，以提高切割速度和切口的平整光洁，并使CO2激光束与材料沿一定轨迹作相对运动，从而形成一定形状的切缝（图2为CO2激光切割的原理图）。在天津电力机车有限公司日常备料生产中，板厚16mm以下碳钢、10mm以下不锈钢材质的复杂形件用料和板件用料都由此台激光切割设备完成。
摘要：激光切割是利用激光束聚焦形成的高功率密度光斑，将材料快速加热至汽化温度，将材料去除从而获得所需要的形状和切缝的加工方法。与其它切割方法相比，具有精密制作、一次成形、高效率、高质量、无噪声、自动化控制等优点，已在薄板下料中得到广泛应用，如何更好地提高材料的利用率，降低使用成本，是各企业面临的普遍问题。本文详细分析了激光切割特点和原则，提出利用工件的公用边、零搭边排样技术优化切割路径来减少废料，提高材料利用率的工艺方法。文章结合天津电力机车有限公司内燃调车机试制项目下料中激光切割的应用，进行了激光板材切割技术的工艺研究，结果表明，通过优化激光切割工艺，材料利用率可提高3%～25%，切割长度可减少10%左右。
激光切割系统主要由机床主机、激光器、控制系统三大主要部分组成。机床主机部分实现X、Y、Z轴的运动机械部分，包括切割工作平台，用于安放被切割工件，并能按照控制程序正确而精准的进行移动，通常由伺服电机驱动。激光器是产生激光光源的装置，由激光介质、光泵、聚光器和谐振腔组成。对于激光切割的用途而言，除了少数场合采用YAG固体激光器外，绝大部分采用电-光转换效率较高并能输出较高功率的CO2气体激光器。控制系统是整个切割系统的控制中枢，负责协调系统正常运行，主要完成加工轨迹控制、焦点位置控制和机、光、电一体的协调控制。同时激光切割机还含有计算机编程硬件和软件、冷水机组、空压机、储气罐、冷却干燥机、过滤器、抽风除尘机、排渣机等辅助系统。
切割路径的选择是激光切割过程中的一大难点，它直接影响切割后的工件质量及生产效率。首先，切割路径排序直接决定激光器行走的路线，切割路线过于集中时，局部热输入量大造成板材变形，影响切割后工件尺寸精度；切割路线跳跃性大，会使激光器空走路径加长，切割时间明显增大，在实际生产中应考虑工件尺寸技术要求及切割时间，制定合理的切割路径。其次，激光切割过程中同种板厚、同种材质的相似零件组合，单个零件之间的间隙≤5mm时，切割顺序是否合理也直接影响着设备能否正常运行和切割后工件的尺寸精度；同时，标记线和切割线不正确交替，往往导致切件成刻件，刻孔成开孔，使切割工作无法进行。
激光切割是激光加工行业中最为重要的一项应用技术，属于热切割方法之一，利用经聚焦的高功率密度激光束照射工件，使被照射的材料迅速熔化、汽化、烧蚀或达到燃点，同时借助与光束同轴的高速气流吹除熔融物质，从而实现切割。其广泛应用于金属和非金属材料的加工中，可切割碳钢、不锈钢、合金钢、塑料、陶瓷、石英、玻璃、复合材料等。同时与其它切割方法相比，虽一次性投入成本大，但具有高精度、高效率、热影响区小、切割面质量好、无噪声、切割过程可实现自动化控制等优点。在切割板材时，通过对程序的调整，可直接实现异形、复杂工件一次成形，用其替代复杂的冲孔、切割模具，能明显降低生产制造成本及缩短生产周期。目前已在汽车、机车车辆检修及制造、航空航天、化工、电子、石油冶金等领域得到广泛应用。
