激光切割全面教学教程

激光切割作为一种高精度、高效率的材料加工技术，已广泛应用于工业制造、创意设计、广告制作等多个领域。本教程将从基础知识到实际操作，全方位讲解激光切割的核心要点，帮助新手快速入门，同时为有一定经验的操作者提供进阶技巧。

一、激光切割基础知识

（一）激光切割的原理

激光切割是利用高能量密度的激光束作为 “刀具”，对材料进行热加工的过程。激光发生器产生的激光经光路系统聚焦后，形成直径极小（通常为 0.1-0.5mm）、能量高度集中的光斑，光斑照射在材料表面时，瞬间将材料加热至熔化或汽化温度，同时配合高压气体（如氧气、氮气、压缩空气）吹走熔渣或汽化后的物质，从而实现对材料的精准切割。

根据材料特性的不同，激光切割主要分为三种方式：

汽化切割：适用于木材、塑料、亚克力等非金属材料。激光能量直接将材料表面的原子或分子汽化，形成切口，切割过程中几乎不产生熔渣。

熔化切割：多用于金属材料（如低碳钢、不锈钢）。激光将材料加热至熔化状态，再通过高压气体将熔渣吹离切口，形成光滑的切割面。

氧化切割：主要针对低碳钢。在切割过程中通入氧气，氧气与高温下的钢材发生氧化反应，释放大量热量，加速材料熔化，同时氧化产物被气流吹走，进一步提高切割效率。

（二）激光切割设备的核心组件

一套完整的激光切割设备主要由以下核心部件组成，了解各部件的功能的有助于更好地操作设备：

激光发生器：设备的 “心脏”，负责产生激光束。常见的类型有 CO₂激光器（适用于非金属材料，波长 10.6μm）、光纤激光器（适用于金属材料，波长 1.06μm）和 YAG 激光器（适用于金属和部分非金属，应用相对较少）。

光路系统：由反射镜、聚焦镜等光学元件组成，用于将激光发生器产生的激光引导并聚焦到加工材料表面。反射镜需定期清洁，避免灰尘影响激光反射效率；聚焦镜的焦距会影响光斑大小和切割效果，需根据材料厚度选择合适焦距的镜片。

工作台：用于放置待加工材料，分为手动工作台和自动工作台（如带滚珠丝杠传动的数控工作台）。数控工作台可通过控制系统驱动，实现材料的精准定位和移动，保证切割精度。工作台上通常会铺设网格板或蜂窝板，方便废料掉落和气体流通。

控制系统：激光切割设备的 “大脑”，负责接收和处理切割文件（如 CAD 绘制的图形文件），并控制激光发生器、工作台、气体阀门等部件协同工作。主流的控制系统有 DSP 控制系统和 PC-Based 控制系统，前者操作简单、响应速度快，适用于中小功率设备；后者功能强大，可实现复杂的切割路径规划和参数设置，适用于大功率和高精度切割设备。

辅助系统：包括冷却系统、气体供应系统和排烟除尘系统。冷却系统（如冷水机）用于冷却激光发生器和光学元件，防止其因高温损坏；气体供应系统提供切割所需的辅助气体（氧气、氮气、压缩空气等），并通过减压阀和流量计控制气体压力和流量；排烟除尘系统用于收集切割过程中产生的烟雾和粉尘，改善工作环境，保护操作人员健康。

（三）激光切割的优势与适用范围

优势

切割精度高：激光光斑小，切割切口窄（通常为 0.1-0.3mm），尺寸误差可控制在 ±0.05mm 以内，能满足高精度加工需求。

切割速度快：相比传统的机械切割（如剪板机、冲床），激光切割无需模具，可直接根据图形文件进行切割，且切割速度随功率提升而加快，尤其适合批量生产。

切口质量好：切割面光滑平整，无毛刺、无塌边，无需后续打磨等加工工序，降低了生产成本。

灵活性强：可切割任意复杂形状的图形，无论是直线、曲线还是异形件，只需在软件中绘制相应图形即可实现切割，且更换切割图形时无需调整设备结构。

材料损耗小：切口窄，材料浪费少，尤其对于贵重材料（如不锈钢、钛合金），能有效降低材料成本。

适用范围

非金属材料：亚克力、木材、密度板、皮革、布料、纸张、塑料（PVC、ABS、PP 等，注意部分塑料切割会产生有毒气体，需做好防护）、玻璃（需采用专用的激光切割设备，普通设备难以切割）、陶瓷等。

金属材料：低碳钢、不锈钢、铝合金、铜合金、钛合金等，其中光纤激光切割机对金属材料的切割效果尤为出色，可切割厚度从 0.1mm 到数十毫米的金属板材。

二、前期准备工作

（一）设备选型与调试

设备选型

根据加工材料的类型、厚度和加工需求选择合适的激光切割设备：

若主要切割亚克力、木材等非金属材料，且厚度在 50mm 以内，可选择功率为 30-150W 的 CO₂激光切割机；

若需切割不锈钢、碳钢等金属材料，厚度在 1-20mm，建议选择功率为 500-2000W 的光纤激光切割机；

对于高精度的微加工（如切割厚度 0.1mm 以下的金属箔片），可选择紫外激光切割机，其波长更短，光斑更小，切割精度更高。

同时，还需考虑工作台尺寸（根据最大加工件的尺寸选择）、控制系统功能（是否支持复杂图形导入、是否具备自动排版功能等）以及设备的售后服务（如厂家的维修响应速度、备件供应情况）。

设备调试

新设备安装或长期未使用后，需进行全面调试，确保设备正常运行：

水平调试：使用水平仪检测工作台和设备主体是否水平，若不水平，通过调整设备底部的地脚螺栓进行校正，避免因设备倾斜影响切割精度。

光路校准：激光光路偏移会导致切割质量下降，甚至无法正常切割。校准方法为：在工作台上放置校准纸，分别在激光头移动到工作台的四个角落和中心位置时，发射激光打标，观察五个光斑是否重合。若不重合，通过调整反射镜的角度（松开反射镜座上的调节螺丝，轻微转动反射镜），直至所有光斑完全重合。

焦点校准：焦点位置直接影响切割效果，需根据材料厚度调整。常用的校准方法有 “纸片法”：将一张薄纸片放在待加工材料表面，手动控制激光头上下移动，同时发射低功率激光，当纸片上的烧痕最细、最清晰时，此时的焦点位置即为最佳。

气体压力和流量调试：根据材料类型和厚度设置合适的气体参数。例如，切割低碳钢时，氧气压力通常为 0.3-0.6MPa，流量为 15-25L/min；切割不锈钢时，氮气压力为 0.6-1.2MPa，流量为 20-30L/min。可通过试切的方式调整参数，观察切口质量，直至达到最佳效果。

（二）材料选择与预处理

材料选择

不同材料的物理和化学性质差异较大，需根据切割需求选择合适的材料，并注意材料的兼容性：

亚克力：选择透明度高、无气泡、无杂质的亚克力板，厚度通常为 1-20mm，适合制作展示架、灯箱、工艺品等。

木材：优先选择质地均匀、无结疤、无裂纹的实木板材或密度板，厚度为 3-50mm，常用于制作家具、装饰画、木质工艺品等。注意木材含水量需控制在 10%-15% 以内，含水量过高会导致切割时出现变形、烧焦等问题。

金属材料：低碳钢选择含碳量低于 0.25% 的板材，切割性能好；不锈钢选择 304 或 316 型号，具有良好的耐腐蚀性；铝合金选择 6061 或 7075 型号，强度高、易切割。金属板材表面需平整，无油污、锈迹，厚度根据设备功率选择。

其他材料：皮革选择薄型的猪皮、牛皮或人造革，避免选择过厚或带有绒毛的皮革；布料选择棉、麻、化纤等易燃性较低的材料，切割后边缘不易脱丝。

材料预处理

清洁：用酒精或中性清洁剂擦拭材料表面，去除油污、灰尘、污渍等，避免切割时杂质影响切口质量，同时防止杂质附着在光学元件上，影响激光传输。

平整处理：对于弯曲、变形的材料（如金属板材、亚克力板），需进行平整处理。可将金属板材放在平板上，用橡胶锤轻轻敲打变形部位；亚克力板可通过加热（温度控制在 80-100℃）后加压冷却的方式矫正。

固定：根据材料的尺寸和重量，选择合适的固定方式。小型、轻质材料可直接用胶带固定在工作台上；大型、重型材料需使用夹具（如气动夹具、手动夹具）固定，确保切割过程中材料不发生移动，避免切割偏差。

（三）软件准备与图形绘制

软件选择

激光切割需要用到两类软件：图形设计软件和切割控制软件。

图形设计软件：用于绘制切割图形，常用的有 AutoCAD（适用于绘制二维矢量图形，精度高，适合工业设计）、CorelDRAW（操作简单，适合制作广告、包装、工艺品等图形，支持多种格式导出）、Adobe Illustrator（功能强大，擅长矢量图形设计和排版，适合创意设计领域）。

切割控制软件：用于将设计好的图形文件导入设备，并设置切割参数（如切割速度、激光功率、焦点位置等），控制设备进行切割。不同品牌的激光切割设备通常配备专用的控制软件，如瑞尔多林的 RDWorks、维宏的 NCStudio、邦德的 BodorCut 等。这些软件通常支持 DXF、PLT、AI 等常见的矢量图形格式导入。

图形绘制规范

格式要求：绘制的图形需保存为矢量格式（如 DXF、PLT），避免使用位图格式（如 JPG、PNG），因为位图放大后会失真，导致切割路径不精准。

线条要求：切割图形需由闭合的矢量线条组成，线条需连续、无断点、无重叠。若线条不闭合，激光切割机会无法识别切割区域；线条重叠会导致该部位重复切割，出现过烧现象。

尺寸标注：根据实际加工需求标注图形的准确尺寸，确保图形尺寸与待加工材料的尺寸匹配。同时，需预留一定的切割余量（通常为 0.1-0.3mm），避免因材料尺寸误差导致切割件无法正常使用。

避让设计：对于需要拼接的零件，需在图形中设计避让缺口或定位孔，方便后续拼接；对于复杂图形，可添加引线（从材料边缘到切割图形的线条），引导激光顺利切入材料，避免在图形内部起弧导致烧痕。

图形导入与编辑

将设计好的图形文件导入切割控制软件后，需进行以下操作：

图形校准：检查图形在软件中的位置和尺寸是否与实际需求一致，若有偏差，通过平移、旋转、缩放等功能进行调整。

切割路径规划：根据图形的复杂程度和切割效率，规划合理的切割路径。通常遵循 “先内后外”“先小后大” 的原则，避免切割过程中材料因受力不均而变形。同时，可设置 “跳切” 功能，让激光头在不切割的区域快速移动，节省加工时间。

参数设置：根据材料类型、厚度和切割质量要求，设置激光功率、切割速度、焦点位置、气体压力和流量等参数。例如，切割 5mm 厚的亚克力板，CO₂激光切割机的功率可设置为 80-100W，切割速度为 3-5m/min，焦点位置在材料表面以下 1-2mm；切割 10mm 厚的低碳钢，光纤激光切割机的功率设置为 1000-1500W，切割速度为 0.5-1m/min，氧气压力为 0.4-0.5MPa 。

三、激光切割操作流程

（一）开机与设备检查

开机顺序

打开总电源开关，确保设备供电稳定。

启动冷却系统（冷水机），检查冷却水位是否在规定范围内（通常为水箱的 2/3 以上），水温设置是否合理（CO₂激光器水温一般为 20-25℃，光纤激光器水温为 25-30℃），待冷却系统运行稳定后（通常需要 3-5 分钟），再启动激光发生器。

打开气体供应系统，检查气体压力表读数是否正常，确保气体管路无泄漏。

启动控制系统和计算机，进入切割控制软件，等待设备初始化完成（通常显示 “设备就绪”）。

设备检查

光学元件检查：打开激光头保护罩，观察反射镜和聚焦镜表面是否干净，有无灰尘、油污或损伤。若有污渍，用专用的镜头纸蘸取少量无水乙醇轻轻擦拭，擦拭时需沿一个方向擦拭，避免来回摩擦损伤镜片。

运动系统检查：手动控制激光头和工作台沿 X、Y、Z 轴移动，检查运动是否平稳，有无卡顿、异响等现象。同时，检查导轨和丝杠表面是否有润滑油，若润滑油不足，需及时添加专用的导轨润滑油。

安全装置检查：检查设备的安全联锁装置（如激光头保护罩联锁、急停按钮）是否正常工作。关闭激光头保护罩，设备应能正常运行；按下急停按钮，设备应立即停止所有动作，确保操作人员安全。

（二）材料放置与定位

材料放置将预处理好的材料平稳地放置在工作台上，确保材料表面与工作台面紧密贴合，无悬空或翘起现象。对于大型材料，可由两人配合搬运，避免材料碰撞设备或造成人员受伤。

材料定位

手动定位：对于简单的切割任务，可通过手动控制工作台移动，将材料的边缘或基准点与激光头的初始位置对齐，然后在控制软件中设置原点（即切割起始点）。

自动定位：若设备配备了自动定位功能（如光电定位、视觉定位），可利用该功能实现材料的精准定位。例如，视觉定位系统通过摄像头捕捉材料表面的特征（如边缘、孔洞、图案），自动计算材料的位置和角度，并将切割图形与材料对齐，适用于批量生产或材料位置不固定的场景。

（三）参数设置与试切

参数设置根据材料的类型和厚度，在切割控制软件中输入相应的切割参数（参考 “软件准备与图形绘制” 中的参数设置方法）。若对参数设置不熟悉，可参考设备厂家提供的参数手册，或选择软件中的 “参数库”，调用相似材料的预设参数，再根据实际情况进行微调。

试切为确保切割参数的准确性和切割效果，需进行试切操作：

在待加工材料的边角或废料区域，选择一小块与正式加工区域相同的材料进行试切。

启动试切程序，观察切割过程中的火焰大小、烟雾浓度、切口状态等。试切完成后，取下试切件，检查切口的光滑度、垂直度、尺寸精度等。

若试切件存在问题（如切口粗糙、有毛刺、尺寸偏差大），需根据具体情况调整参数。例如，切口粗糙可能是激光功率过低或切割速度过快，可适当提高功率或降低速度；切口有挂渣可能是气体压力不足或焦点位置不当，可增大气体压力或调整焦点高度。重复试切和参数调整，直至试切件满足质量要求。

（四）正式切割与过程监控

正式切割确认试切效果满意后，将激光头移动到切割原点，关闭激光头保护罩，按下设备的 “启动” 按钮，开始正式切割。在切割过程中，操作人员需远离设备的运动区域，避免发生安全事故。

过程监控

切割状态监控：通过设备的观察窗或监控系统，实时观察切割过程中的火焰、烟雾、火花等状态。若发现火焰异常（如火焰过大或过小）、烟雾突然增多、火花飞溅异常等情况，应立即按下 “暂停” 按钮，检查原因并进行处理。

设备运行监控：注意观察设备的运行声音，若听到异常噪音（如导轨摩擦声、电机异响），需及时停机检查；同时，监控冷却系统的水温、水压，激光发生器的电流、电压等参数，确保设备在正常范围内运行。

材料状态监控：观察材料在切割过程中是否发生变形、移位等情况。若材料出现轻微变形，可适当降低切割速度或调整气体流量；若材料移位，需立即停机，重新定位材料后再继续切割。

（五）切割完成与关机

切割完成当切割程序结束后，激光头会自动回到原点位置，设备发出提示音。此时，操作人员需先按下 “停止” 按钮，再打开激光头保护罩，取出切割好的工件。

工件检查与清理

检查工件的尺寸精度、切口质量等是否符合要求，对于不合格的工件，分析原因并进行返工。

清理工件表面的残渣、粉尘等，可使用压缩空气吹净或用毛刷清理；对于金属工件的挂渣，可使用角磨机或砂纸进行打磨处理。