数控多轴联动激光加工设备

三、数控激光切割机床（1）
机床的主要构成（1） 激光切割机床大都采用CO2激光器，从大
的方面来说主要由激光器、导光系统、数 控系统、伺服系统、割炬、操作台、气源、 水源及抽烟系统构成。典型的CO2激光切 割设备的基本构成如图所示。
CO2激光切割机床基本构成图例
三、数控激光切割机床（2）
机床的主要构成（2）
激光切割的分类（1）
激光汽化切割 利用高能量密度的激光束加热 工件，使温度迅速上升，在非常短的时间内 达到材料的沸点，材料开始汽化，形成蒸汽。 这些蒸汽喷出速度很大，在蒸汽喷出的同时， 在材料上形成了切口。材料的汽化热一般很 大，所以激光汽化切割时需要很大的功率和 功率密度。
一、激光切割的原理、分类及特点（3）
控制断裂是利用激光刻槽时所产生的陡峭温度分布， 在脆性材料中产生局部热应力，使材料沿小槽断开。
一、激光切割的原理、分类及特点（6）
激光切割特点（1）
切割质量好 激光切割切口细窄，切缝两边平行并且 与表面垂直，切割零件的尺寸精度可达±0.05㎜。切 口表面光洁美观，表面粗糙度只有几十微米，甚至激 光切割可以作为最后一道工序，无需机械加工，零部 件可直接使用。材料经过激光切割后，热影响区宽度 很小，切缝附近材料的性质几乎不受影响，并且工件 变形小，切割精度高，切缝的几何形状好，切缝横断 面呈规则的长方形。
二、激光切割的应用范围
大多数激光切割机床都是数控机床。激光切割 作为一种精密加工方法，几乎可以切割所有材 料，包括薄金属板的二维切割和三维切割。
激光切割成形技术在非金属材料领域也有着较 为广泛的应用。不仅可以切割高硬度、脆性大 的材料，如氮化硅、陶瓷、石英等，还能切割 加工柔性材料，如布料、纸张、塑料板、橡胶 板等。服装业用激光进行服装裁剪，可节省衣 料10%~12%，并可将工效提高3倍以上。
第十一章 数控多轴联动激光加工设备
数控激光切割设备 数控五轴联动激光加工机床
学习导论
数控激光加工设备是集光、机、电技术于 一体的先进加工设备，适合于加工和处理 多种材料并能对加工过程进行自动控制， 具有广泛的用途。要求掌握数控激光切割 设备和数控多轴联动激光加工设备的基本 构成、激光器的工作原理和类型、存在的 基本运动和典型设备的基本结构及工作原 理。
激光切割加工的适应范围广 与氧乙炔切割和等离子 切割比较，激光切割材料种类多，包括金属、非金属、 金属基和非金属基复合材料、皮革、木材及纤维等。 但是对于不同的材料，由于自身的热物理性能及对激 光的吸收率不同，表现出不同的激光切割适应性。
激光切割由于受激光器功率和体积的限制，激光切 割只能切割中小厚度的板材和管材，而随着工件厚 度的增加，切割速度显著降低。
一、激光切割的原理、分类及特点（7）
激光切割特点（2）
切割效率高 由于激光的传输特性，激光切割机床上 一般配有多方向的进给运动，整个切割过程可以全部 实现数控。操作时，只需改变数控加工程序，就可以 适用不同工件、不同形状零件的切割。
切割速度快 用功率1200W的激光束切割2㎜厚的低碳 钢板，切割速度可达600cm/min；切割5㎜厚的娶丙烯 树脂板，切割速度可达1200cm/min。材料在激光设备 上切割时不需要装夹固定，既可节省工装夹具，又节 省了上、下料的辅助时间。
一、激光切割的原理、分类及特点（8）
激光切割特点（3）
非接触式切割 激光切割时割炬与工件无接触， 不存在工具的磨损问题。加工不同形状的工 件，不需要更换“刀具”，只需要改变加工 程序和改变激光器输出的参数。激光切割过 程噪声低，振动小，无污染。
一、激光切割的原理、分类及特点（9）
激光切割特点（4）
数控激光切割设备ຫໍສະໝຸດ 、激光切割的原理、分类及特点（1）
激光切割的原理
如图所示，激光切割是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 现将工件割开。
激光切割原理示意图例
一、激光切割的原理、分类及特点（2）
激光切割的分类（2）
激光熔化切割 激光熔化切割时，用激光加热使金属 材料熔化，然后通过与光束同轴的喷嘴喷吹非氧化性 气体（Ar、He、N等），依靠气体的强大压力使液态 金属排出，形成切口。激光熔化切不需要使金属完全 汽化，因此所需要能量只有汽化切割的1/10。
激光熔化切割主要用于一些不易氧化的材料或活性金 属材料的切割，如不锈钢、钛、铝及其合金材料等。
的共同运动实现的。割炬驱动装置由伺服电动机和丝杠等传动 件组成。
三、数控激光切割机床（3）
机床的主要构成（3）
激光电源 供给激光振荡用的高压电源。 激光振荡器 产生激光的主要设备。 折射反射镜 用于改变激光的传输方向。为使光束通路不发生故
障，所有反射镜都要用保护罩加以保护。 割炬 主要包括枪体、聚焦透镜、辅助气体喷嘴等。 切割工作平台 用于安装被切割的板材或工件，能够按照数控指
令进行运动，工作台各个方向的运动通常由伺服电动机驱动。 割炬驱动装置 二维或三维曲线或曲面的加工是由工作台和割炬
一、激光切割的原理、分类及特点（4）
激光切割的分类（3）
激光氧气切割 激光氧气切割原理类似于氧乙炔切割。 它是利用激光作为预热热源，用氧气等活性气体作为 切割气体。喷吹出的气体一方面与切割金属作用，发 生氧化反应，放出大量的氧化热；另一方面把熔融的 氧化物和熔化物从反应区吹出，在金属中形成切口。 由于切割过程中的氧化反应产生了大量的热，所以激 光氧气切割所需要的能量只是熔化切割的1/2，而切 割速度远远大于激光汽化切割和熔化切割。
激光氧气切割主要用于碳钢、钛钢以及热处理钢等易 氧化的金属材料。
一、激光切割的原理、分类及特点（5）
激光切割的分类（4）
激光划片与控制断裂 激光划片是利用高能量密度的 激光在脆性材料的表面进行扫描，使材料受热蒸发出 一条小槽，然后施加一定的压力，脆性材料就会沿小 槽处裂开。激光划片用的激光器一般为Q开关激光器 和CO2激光器。