目前钣金制造中，激光加工机以其优越的生产灵活性、极高的板材利用率和加工范围的广泛性，而受到钣金业者的普遍欢迎。激光加工机的制造厂商也如雨后春笋般不断涌现。各厂商均携其优势为钣金生产提供不同的解决方案。三菱电机作为激光加工机历史最长的生产厂商，本着一贯坚持的立足客户、不断地满足客户需求和不断地改善加工机性能以及真正解决生产现场的实际问题这样的宗旨，脚踏实地地为客户逐一地寻求解决方法。根据不同板材、不同板厚、不同加工形状而提供的丰富的穿孔方案，就是三菱激光厚积薄发的典型代表之一。它良好地实现了高质量地提高加工效率，展示了三菱激光的魅力。
问题的提出
随着人工费、材料费的不断提升，以及产品价格的激烈竞争，生产效率的提高面临着更高的要求。所谓提高生产效率就是用尽可能短的时间完成尽可能多的生产任务。因此，缩短生产时间就成为各激光机厂商极力追求的目标。通常所说的生产时间可分为加工准备时间和激光加工时间。加工准备时间包括上下料时间和加工程序准备时间。激光加工时间则包括穿孔时间、切割时间及空走移动时间。这些时间的短缩有些要依靠机械性能上的提高，有些要依靠软件上的改进，还有些要依靠物性及激光切割机理上深入研究才能达到一定效果。本文将介绍在碳钢中厚板材加工中，三菱eX系列激光加工机的穿孔解决方案，为激光加工机操作者和生产管理者提供有益的借鉴。
三菱eX系列激光加工机
激光穿孔原理
激光穿孔的基本原理为：当一定能量的激光束照射在金属板材表面时，除一部分被反射以外，被金属吸收的能量使金属熔化形成金属熔融池。而熔融的金属相对金属表面的吸收率增加，即能够更多地吸收能量加速金属的熔融。此时适当地控制能量和气压就能除去熔池内的熔融金属，并不断地加深熔池，直至穿透金属。基于激光穿孔的这种原理，在实际应用中采用脉冲波穿孔和连续波穿孔两种方式。
（1）脉冲波穿孔原理：用高峰值低占空比的激光波击打被加工物，由于激光照射的时间严格说是断续的，同时其使用的平均能量比较低，因此被加工材料全体所吸收的热量相对较少。同时，被高峰值激光束照射熔融的金属残渣也会在不断击打与辅助气体的共同作用之下被排出所穿孔径。这样不断循序渐进直至孔径穿透被加工物。随着高峰值激光脉冲波的不断击打和辅助气体的吹拂，被加工工件的受热、熔融以及排出熔渣的状态。可以明显看出穿孔周围的残热影响较少，在穿孔部位残留的残渣也较少。这样穿出的孔也比较规则且尺寸较小，对开始的切割也基本不会产生影响。
脉冲波穿孔的特点是工件成功率高、对工件中小孔加工不会产生影响、适合精密加工，另外由于给工件材料输入的融热较少，对确保切割工件的稳定性有一定帮助。其不足之处是穿孔时间相对较长，对加工效率有一定影响。
（2）连续波穿孔原理：用一定能量的连续波激光束，伴随相应的辅助气体作用于被加工物体。使其大量的吸收能量而熔融，达到快速穿透的目的。
高能量的连续照射形成了较大熔融面积，在辅助气体的不断吹拂下排出熔渣直至穿透被加工物。可以明显看出穿孔周围的残热影响较大。这样穿出的孔尺寸也较大，因而在穿孔部位残留的残渣也较多。
连续波穿孔的特点是穿孔速度快，加工效率高。其不足之处是由于所穿孔径较大，所排出的熔渣在穿孔处堆积，有时会对切割产生影响。另外输入的融热较大，如果所加工工件尺寸不够大的话，加工中会有不稳定情况出现。因此使用这种穿孔方式不仅要考虑材质还要考虑工件形状。
三菱eX系列激光加工机的解决方案
三菱电机激光加工机在40多年的研发历史中，对实际生产中用户所关心的问题都进行了深入和持续的研究。激光穿孔正是其中重点之一。经过长期的研究和实践，特别是三菱电机的eX系列激光加工机准备了丰富的穿孔方式，以供在各种加工中选择。
（1）分段斜坡式穿孔
这是基于激光切割的基本原理，并考虑尽可能达到所穿孔径小、排出熔渣少的穿孔方式。即：先以小能量熔化金属表面，当表面溶化后金属的激光吸收率提高时加大能量，同时兼顾到熔渣排出时的飞溅状况。连续作业达到穿透金属材料的目的。
这种穿孔一般由2～3个加工条件混合形成。所提供的能量按一定规律不断增强，并以脉冲波的形式作用于金属。虽然穿孔时间比较长，但所穿的孔径小，孔径周围的热影响也明显小得多。
（2）高能穿孔
这是使用较大的连续波能量作用于金属，短时间达到穿孔目的的方式。金属板材的厚度不同决定了所穿孔径的大小和熔渣飞溅的状况。
这种穿孔局限性较大，在要求工件精度的情况下通常不宜使用。
（3）侧吹穿孔
高能穿孔速度虽然快，但飞溅和残留的熔渣往往会在切割路径上影响加工头的感应精度，从而影响到加工质量。严重时还可能对加工头的喷嘴前端造成损坏，引起报警，从而影响加工效率。侧吹穿孔则避免了这些潜在的困难，其原理是增加了一个高压气体喷嘴用于在穿孔的同时将穿孔部位周围的熔渣吹开并适当冷却，是中厚板高质量快速穿孔的较好方法。这种方法在10mm以下穿孔时间不超过1s，孔径不超过2mm。
（4）冲击穿孔
侧吹穿孔极好地解决了中厚板高质量穿孔的难题。然而对于厚板（12mm以上），由于穿孔中所排出的熔渣过多，穿孔的深度太深，侧吹不能很好排出熔渣并保持所穿孔径的基本形状。为此三菱研制出了专门应对厚板的冲击穿孔方式。这种方式是在充分掌握了穿孔时激光作用部位的能量密度与金属熔融相互变化规律的基础上，使加工机在能量密度控制上随金属熔融而变化，从而达到了快速穿孔的效果。这种方法即使在22mm穿孔时孔径也不超过1.5mm。而穿孔时间要比斜坡穿孔节省2/3 。
在CADCAM中指定穿孔方式
由三菱电机自行开发的CADCAM（CamMagic LA），专门配备了用于指定穿孔方式的功能。它对于加工形状实施自动判别，从而自动地决定最合适的穿孔方式。客户只需在使用加工机的加工应用初期对系统所拥有的经验数据参数进行实际检验及微调，以保证各种板材板厚在加工不同形状时所应用的不同穿孔方式为有效。经检验过的数据参数被保存为客户数据参数后，由此CADCAM编制的加工程序就会自动地选择最为适合的穿孔方式。即使对加工不熟悉的操作者，也可以方便地区分使用不同的穿孔方式。
三菱eX系列激光加工机，除切割速度快、加工精度高以及运行稳定等优点以外，在对于不同板材板厚、不同加工要求以及不同效率要求时，在穿孔方面提供给客户丰富的选择，使客户能够方便地按照现场实际情况来确定不同的穿孔方式，即使在同一工件中也可以方便地使用不同的方式。更有效地提高了加工工件的品质和生产效率。
