目录
一、 背景知识
1. 治具的基本知识
2. 镭射切割的原理
3. 镭射切割治具的定义
4. 镭射切割的发展历程
二、 镭射切割治具的设计流程
1.
三、 镭射切割的相关问题
1. 镭射切割产品常见的缺陷
2. 解决办法
四、 总结
一、 背景知识
1.治具的基本知识
“治具”这个词是由日文汉字直接翻译过来的，代写职称论文随着日企的大量进入，“治具”也就随着去进来了。其实在中国大陆叫夹具或工装。简单点说，治具就是为解决实际问题或实现某个功能而针对性制作的辅助性装置。治具的特点是：结构简单，应用广泛，种类繁多，既可以是单个的铁块，也可以是一台复杂的特种设备。仅就保力马上海工场来说，如ARJ、APJ、镭射治具、贴合治具、印刷治具等等，都可以叫做治具。
2. 镭射切割的基本原理
镭射是激光最初的中文名，是受激辐射的光放大的意思，后来钱学森建议把这种镭射的光改称为激光，故镭射切割又叫激光切割。
镭射切割是利用高功率密度的激光束扫描过材料表面，在极短时间内将材料加热到几千至上万摄氏度，使材料熔化或气化，再用高压气体将熔化或气化物质从切缝中吹走，达到切割材料的目的。
激光切割，由于是用不可见的光束代替了传统的机械刀，激光刀头的机械部分与工作无接触，在工作中不会对工作表面造成划伤；激光切割速度快，切口光滑平整，一般无需后续加工；切割热影响区小，板材变形小，切缝窄（0.1mm~0.3mm）；切口没有机械应力，无剪切毛刺；加工精度高，重复性好，不损伤材料表面；数控编程，可加工任意的平面图，可以对幅面很大的整板切割，无需开模具，经济省时。
激光切割主要是CO2激光切割，CO2激光切割是用聚焦镜将CO2激光束聚焦在材料表面使材料熔化，同时用与激光束同轴的压缩气体吹走被熔化的材料，并使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。CO2激光切割技术比其他方法的明显优点是：（1）切割质量好。切口宽度窄（一般为0.1- -0.5mm）、精度高（一般孔中心距误差0.1－0.4mm，轮廓尺寸误差0.1－0.5mm）、切口表面粗糙度好（一般Ra为12.5－25μm），切缝一般不需要再加工即可焊接。（2）切割速度快。例如采用2KW激光功率，8mm厚的碳钢切割速度为1.6m/min；2mm厚的不锈钢切割速度为 3.5m/min，热影响区小，变形极小。（3）清洁、安全、无污染。大大改善了操作人员的工作环境。当然就精度和切口表面粗糙度而言，CO2激光切割不可能超过电加工；就切割厚度而言难以达到火焰和等离子切割的水平。
CO2激光切割的几项关键技术：一是焦点位置控制技术。聚焦透镜焦深越小，焦点光斑直径就越小，因此控制焦点相对于被切材料表面的位置十分重要。二是切割穿孔技术。任何一种热切割技术，除少数情况可以从板边缘开始外，一般都必须在板上穿一小孔。早先在激光冲压复合机上是用冲头先冲出一孔，然后再用激光从小孔处开始进行切割。三是嘴设计及气流控制技术。激光切割钢材时，氧气和聚焦的激光束是通过喷嘴射到被切材料处，从而形成一个气流束。对气流的基本要求是进入切口的气流量要大，速度要高，以便足够的氧化使切口材料充分进行放热反应；同时又有足够的动量将熔融材料喷射吹出。
激光切割工艺多种多样，其中熔化切割是使入射的激光束功率密度超过某一值，从而使光束照射点处材料内部开始蒸发，形成孔洞；汽化切割是使用高功率密度的激光束加热，避免热传导造成的熔化，于是部分材料汽化成蒸汽消失；氧化熔化切割是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；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，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，称之为控制断裂切割。
从某种意义上讲，治具设计很能锻炼一个人的异常分析和问题解决的能力，而设计能力相对比较复杂设备如自动机之类而言，会比较淡薄和次要些。治具在设计上以简单、好用和安全为原则，体现在结构上也体现在工件上。所以，知道怎么做了，从画图到组装到调试成功，几乎不用费多大劲。然而，通观设计治具结构的整个过程，有两点是要重点考虑的：一是目的加工工艺的特点。如是涂装工艺可能就需要遮喷和需要大于一定间隙，镭射治具就需要考虑擦除产生的粉末的空间，贴合治具需要注意双面胶放置时容易失稳等等。对这些考虑不周时，就会在试做时达不到要求；还有有些偏差可能是机械或工艺本身的特性导致的，如果缺乏分析和甄别解决问题的能力，就会被混淆欺骗。二是与被加工产品的配合固定。有些产品只需要在内壁结合处设置几个筋就可以定位，有些则非要贴合3D面不可。对于一般的内部足只可作为一般定位，不可作为精确定位。
也就是说治具设计，考虑最多的，往往不是治具本身，而是产品或制程方面。如具备丰富的产品和制程经验，往往能洞悉先机，在未生产时就对产品可能问题提出改进，同时拟出一套合理高效的生产方案，然后再细化到各工序治具制作，也就长远性地保障可靠性，从而实现了成本控制和效率提升，这部分是生产型企业最在乎的。同一个治具，可能会有很多方案，有时需要综合考虑产品特性、产能要求、成本控制等因素才能定稿，这个过程其实更多是一种分析能力，而不单纯是所谓的设计能力。换言之，优秀治具设计者同时应该是产品、制程和设计全通，否则水平会低一个档次，哪怕图软件用得再熟，画得再漂亮，治具做得再巧妙。事实上，不懂产品不了解制程的设计师，我相信也搞不出象样的治具，甚至可以说只会制造麻烦。
对于以上过程，并不是说每个工程师可以抛开标准规范随性所欲的设计。我们有相当系统的标准，有日本工场的，有马来西亚工场的等。尤其可贵的是我们经常能够得到他们最新的经验、标准。借鉴这些经验，参照这些标准，能使我们少走弯路，大大提高效率。
还要注意的是，不能只为设计而设计，不是说我用Pro/E设计治具我就只研究而Pro/E和治具，其它的统统与我无关。因为长此以往将会犯纸上谈兵的错误，也会变得很狭窄，固步自封，很难提高，尤其是在技术发展飞速的今天。所以要经常去一线走走看看，动动手。俄罗斯有句谚语说：你要确认外面冷，至少你得到门外看看。对于相关的材料、工艺、机器也要有些了解，才能在设计治具时有的放矢。做镭射治具设计，至少得知道是用激光将涂料层达成灰末。做网版设计，至少得知道油墨是怎样透过网板印在产品上的。我一直认为，设计师拟定一套设计方案需要考量的东西很多。不管是治具设计还是制品设计，都要注意不断增进从各个方面提高自己，否则很容易就落伍了，至少很多案子会由于困难或毫无头绪而经常找借口：老板，这个东西，难以做到！而事实上，同样的问题，也许别的厂家或者别人正在克服或已解决。
产品在时时更新，客户的要求越来越高，工艺变得愈发复杂。从早期的键盘到现在的超薄键，从以前的单层涂层到现在的多层涂覆，从一般意义的键盘到现在的Yue和Yao，可谓难度不断提升，精度越来越高，技术实现难度越来越大。我们的设计水平呢， 也必须水涨船高。
治具尽管简单、易上手，但其设计理念和水平，基本上可以反映一个人的机械设计功底；反之亦然。很多功能或问题，都要结合机械知识来考量，否则只能是“巧妇难为无米之炊”。恰恰有些同仁就这样，他们对机加工乃至治具毫无所知或一知半解，只会根据自己的想法要求或批判，有时会让人无所适从或不知所谓。在企业做事，问题永远解决不完，很多时候会有黔驴技穷的感觉，但还是得想方设法去完成，别人只看结果，借口只有老板才有。
大多数治具设计者，都是三维设计二维出图，这是个比较理想的方式。类似UG、Pro/E、Solidworks等软件，学起来并不太吃力，用于治具设计那部分更是可以轻松学会。三维软件有个好处，比较直观，看不懂图纸的人，会操作也能把图弄个大概，这样解放了设计上的读图和想象力障碍；同样道理，好的idea或设计灵感，只要动动鼠标键盘，也能快捷明了表达出来。把构思完整描绘出来了，其实设计已经完成了一半，含金量最高的一半。关于软件，个人认为：如果有很详尽的工程图，来画3D图的话，用Pro/E比较好，因为它的草图功能非常强大。如果是新构思结构，需要经常改动删减的话，还是UG比较好，它可以全参，也可以非参，比较灵活。当然，软件只是个工具，根据看个人喜好和擅长去选用，这才是正确的。
治具设计过程，第一步是了解产品。我就很注意拿到个案子，先分析产品。对产品深入了解，其实对做治具百利无一害。以前，我习惯每次都是直接吊产品3D图进行“经验设计”，所以基本上做的东西没什么问题，但有很多其实是误打误撞或者事后修改的。如果一开始就把握好产品，那么可以少走弯路，也可以将很多以后可能发生的问题先行消灭，为公司减少浪费。
设计的第二步，是设计构思。谁都知道治具简单，可是正如前文提到的，还是要费不少头脑的。涉及的东西很多，我自认为精髓的，已经归纳为一句话了：定位要准，限位要稳，取放要易，加工要少，结构要巧。别看就这几个字，可综合了成本、人机、机构等相关内容了的，每个人可能掌握和应用的层次不一样，但绝对在应该用着。而具体到实际设计中，用的东西就更多了。需要考虑的也很多，刀具是否有容易切削，装夹是否容易固定，装配是否容易拆卸等等。综上，其实，这一步可以说是最费头脑的，也最有实质意义的设计。
再接下来，是边绘图边检查，差不多了就把图甩出去加工了，再接着，等工件回来试做时，有时间还是要到现场看看好，有问题赶紧趁早改好，免得到时来不及，然后就是做样品阶段了，可能会很顺畅也可能有麻烦，要费点心思琢磨下，最好不要事不关己高高挂起，把问题解决把样品送出去，设计基本完成了70%（至少说明没有致命错误），还有20%则要留待正式生产时才能发现和解决。也只有经过量产确认OK的治具才是成功的，设计到此也就基本结束。还剩下10%——绝对不会有完美的治具，这10%留给产线去改善，直到量产结束了，设计宣告彻底完成。以上是一个成功的设计过程，如果是失败的呢？其过程有时是让很多人痛苦的，越往后的越痛苦，甚至客户。Speaking of which, http://www.1daixie.com/zclwdx/should be able to realize and really make a design is how not easy, even if is a simple fixture.