SMT激光钢网切割的提速探讨

近两年来，我国已经成为电子制造和smt应用大国、但还不是强国，SMT强国是我们未来努力的目标。随着我国SMT业界的不断努力，我们已经具备了由大变强的SMT产业基础。

在SMT工艺流程中，钢网是生产的前端环节，也是重要的环节之一。它用于流程中的丝网印刷锡膏阶段，制作精良的钢网是实现可靠印刷的核心所在，钢网对SMT的品质、生产效率起着至关重要的作用。

目前钢网的制造方法有三种，即化学蚀刻、电铸成型、激光切割，三种方法各有优缺点。激光钢网以质量好、速度快、成本低、精度高、功能强、无污染等诸多优点占据了大部分的市场，近年来随着对钢网需求数量的增加和对钢网质量要求的提高，旧式的激光钢网切割机在生产能力上逐步落后于生产需求的步伐，显得力不从心，因此提高钢网切割机的切割速度迫在眉睫。

切割速度决定了生产效率，在保证切割质量的前提下，尽量提高生产率，降低加工成本，对现代企业的发展是一个不容忽略的问题。激光切割机大致上可以分为激光、机构、电控和软件四大部分，下面我就将以FG602-S为例，从这四方面四大部分来探讨其切割SMT钢网的提速原理及其提速效果。

激光部分

我们从激光器的重复频率及输出功率两方面进行分析。与人们想象中的激光切割不同，激光其实是以脉冲的方式工作，在钢片上形成一系列连续的孔从而得到连续的切缝，实现对钢片的连续切割。当其他参数不变时，重复频率越高，光斑的重叠率S越高，切边效果也越好。因此，提高激光的重复频率可以提高切割质量。重复频率一定时，切割速度提高到一定程度就会使切缝由平直状态变成不连续的小孔，因此存在一个临界速度，大于这个临界值时，切割就变成打孔。图2 不同光斑重叠率对切割效果的影响(S为重叠率)

由上分析可知，激光器的重复频率是限制切割速度提高的关键因素之一，新一代龙门切割机使用的激光光源为光纤激光器，它采用半导体激光泵浦源，光束模式TEM00，并使用基于GTWaveTM光纤技术，重复频率范围为0~50KHz，因此在较高的切割速度下仍能保证切边连续性佳，切割侧壁光滑，完全可以满足现有的提速要求，但同时要相应的将辅助气体的喷射方式(喷嘴结构及喷嘴位置)及气压、夹治具结构做相应的调整才可保证切割质量。

激光功率是影响切割宽度与切割深度的最主要因素，在其他各项参数不变的情况下，切缝的宽度与深度都随着激光功率的增大而加大。对给定的激光功率密度和材料，切割速度符合一个经验式，只要在阈值之上，材料的切割速度与激光的功率密度成正比，即增加功率密度就可以提高切割速度。实际操作中，常常设置最大的激光输出功率以获得较高的切割速度或者切割较厚的材料。因此为满足不同客户的实际需要，木森科技有限公司特推出50W，100W，200W以及400W等不同功率的激光器供选择。

因此，要想提高激光切割的工作效率，就必须要有高的激光重复频率和高的激光输出功率作为前提。

机构部分

机台结构部分对速度提高最大的限制是移动部件的重量。在旧式的机台中，移动平台由X轴、Y轴、夹治具平台复合而成，质量重达70kg，严重限制了速度的提高。因此，减轻移动部件的重量是提高切割速度的最佳途径，对

此我们对结构部分做了改进，使用桥式结构和龙门式两种结构，以龙门式结构为例。龙门的特点在于：用龙门柱的移动取代传统平台的移动，由双直线电动机同步驱动的龙门移动式机床让工作台与工件保持静止，而龙门立柱质量相对较小，可以获得较高的加速度特性，发挥了直线电动机快速响应的优越性，相比之下，移动部件重量仅为20kg，这样理论上就可以在相同电机参数的条件下获得3倍以上的加速度，切割速度也可以获得大幅度的提高。另外新式的龙门机采用一体化设计，整机便于安装运输，外形美观。

电控部分

龙门式钢网切割机电控系统的组成有：故障自我检测系统、激光切割机安全防护系统、易学易用的操作软件、工业级人机控制接口。运动控制采用驱动运动控制器，精确实现X-Y平面运动，龙门双驱运动以及自动调焦。

采用高速伺服更新周期、高性能伺服控制算法、速度前瞻控制算法、高级龙门算法和平面机械误差动态补偿等，实现快速而精确的切割运动。将驱动器与控制器和电源一起以3U模块化方式集成到一个机箱中，可以直接驱动直

线电机和旋转伺服电机，不需要再去选配第三方驱动器，既可以节省成本，又可以达到更好的运动控制性能。

图形转档

印刷过程中，SMT钢网上≤90°的转角部分在使用过程中会产生滞留锡膏的现象，这对钢网的后续使用和清洁造成影响，同时也会对焊锡效果造成焊锡不足、拉尖、崩塌等现象。各个公司都在努力寻求此问题的解决方案，但

此前的方案都较为繁琐而且并不完善。在自主开发的软件中解决了这个问题，并且实施简单，转档时可以将源文档中的圆弧完美的转出。

路径优化

由于设计软件和绘图人员等差异，转出的图档在切割时切割路径会显示出很大的随意性，这样无疑会增加切割时间，降低生产效率，因此切割前必须进行路径的优化。新一代龙门切割机所配套的软件包中集成了路径优化的功能，运算速度快，路径优化率高，可达60%以上，就是说在相同的切割速度下，只需要原来40%的时间，而这将直接为企业争取2倍的生产效率和生产效益。

从上述介绍中不难发现，新一代龙门机所采用的切割软件能在不改变激光切割机原本设计以及切割参数的情况下，将切割时间缩短为原有的30%~40%，这也就意味着在相同的时间内，加工效率是不使用软件优化的3倍。

通过对设备机械结构、电控方式的设计修改以及对软件部分的优化，相比起上一代平台式钢网切割机，新一代龙门钢网切割机的切割速度达到了14000孔/小时，且切割质量明显优于上一代平台式钢网切割机。这对于工业生产来说无疑是一个巨大的利好消息，也是中国SMT行业的一大福音。

参考以上我们分析了各种参数对切割质量的影响，并通过实际测试验证了分析的结果，在实际的生产中，应该根据切割的需求调整参数，以达到最佳的切割效果。