大幅面激光振镜切割软件的分析与开发

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1、-------华中科技大学硕士学位论文1绪论1.1课题来源本课题来源于国家数控系统工程中心与激光加工国家工程中心的合作项目：激光切割数控系统的开发，该项目旨在提供的数控激光切割机开发相应的数控系统运动控制软件及相关软件。1.2激光切割技术激光加工技术一直是国家重点支持和推动应用的一项高新技术，特别是政府强调要振兴制造业，这就给激光加工技术的应用带来了发展机遇。在国家制定中长远期发展规划时，又将激光加工列为关键支撑技术，它涉及国家安全、国防建设、高新技术产业化和科技前沿的发展，因此国家对激光加工技术给予了高度重

2、视，这必将为激光加工机的制造和产品升级带来巨大商机[1]。三十多年来，以激光器为基础的激光技术得到了迅速发展，现己广泛应用于加工、医疗、军事、通讯、检测、娱乐等各个领域，并形成了新的产业体系。1985年到1995年间，国外激光产业每年以10%的比例增长，1998年激光产业的销售额达到970亿马克，到2010年世界激光产业的产值将达到4000亿美元。激光加工、激光通讯、激光医疗将成为激光技术应用最重要的三个方面[2]。激光加工是激光应用最有发展前途的领域之一，国外已开发出20多种激光加工技术。目前己成熟的激光加

3、工技术包括:激光快速成形技术、激光焊接技术、激光打孔技术、激光切割技术、激光打标技术、激光去重平衡技术、激光蚀刻技术、激光微调技术、激光存储技术、激光划线技术、激光清洗技术、激光热处理和表面处理技术等川。现在，激光加工主要用于电子工业和机械制造两个领域：在机械制造领域，激光加工用于切割、打孔、焊接、表面处理、切削加工等；在电子工业中激光加工具有特别重要的地位和作用，它不仅在一般的打孔、划片、打标工艺中表现出高效率、高精度、高质量、热影响区小、无污染等优点，而且在微加工方面显示了独特的优点，对微电子工业的发展做

4、出了重大的贡献[3]。激光切割技术是激光加工行业中最重要的一项应用技术，也是激光加工中应用最早、使用最多的加工方法，占整个激光加工业的70%以上。激光切割与其他切割方法相比的最大区别是它具有高速、高精度和高适应性的特点，同时还具有割缝细、热影响区小、切割面质量好、切割时无噪声、切缝边缘垂直度好、切边光滑、切割1-----------华中科技大学硕士学位论文过程容易实现自动化控制等优点。可切割碳钢、不锈钢、合金钢、木材、塑料、橡胶、布、石英、陶瓷、玻璃、复合材料等。激光切割板材时，不需要模具，可以替代一些需要采

5、用复杂大型模具的冲切加工方法，能大大缩短生产周期和降低成本[4]。因此，目前激光切割已广泛地应用于汽车、机车车辆制造、航空、化工、轻工、电器与电子、石油和冶金等工业部门中。激光切割的原理是利用激光束聚焦成很小的光点（最小直径可小于0.1mm），使焦点处达到很高的功率密度（可超过106W/cm2），这时光束输入（由光能转换）的热量远远超过被材料反射、传导或扩散部分，蒸发形成孔洞[5]。随着光束与材料相对线性移动，使孔洞连续形成宽度很窄（如0.1mm左右）的切缝。切边热影响很小，基本没有变形。切割过程中还添加与被

6、切材料相适合的辅助气体，钢切割时用氧作为辅助气体与溶融金属产生放热化学反应氧化材料，同时帮助吹走割缝内的熔渣。切割聚丙烯一类塑料使用压缩空气，棉、纸等易燃材料切割使用惰性气体。进入喷嘴的辅助气体还能冷却聚焦透镜，防止烟尘进入透镜座内污染镜片并导致镜片过热。大多数有机与无机材料都可以用激光切割。在工业制造占有分量很重的金属加工业，许多金属材料，不管它具有什么样的硬度，都可进行无变形切割，目前使用最先进的激光切割系统可切割工业用钢的厚度已可接近20mm。当然，对高反射率材料，如金、银、铜和铝合金，它们也是好的传热

7、导体，因此激光切割很困难。激光切割无毛刺，皱折、精度高，优于等离子切割。对许多机电制造行业来说，由于微机程序的现代化激光切割系统能方便切割不同形状与尺寸的工件（工件图纸也可修改），它往往比冲切、模压工艺更被优先选用；尽管它加工速度慢于模冲，但它没有模具消耗，无需修理模具，还节约更换模具时间，从而节省加工费用，降低产品成本，所以从总体上讲在经济上更为合算。另一方面，从如何使模具适应工件设计尺寸和形状变化角度看，激光切割也可发挥其精确、重现性好的优势。作为层叠模具的优先制造手段，由于不需要制作高级模具，激光切割运

8、转费用也并不昂贵，因此还能显著地降低模具制造费用。激光切割模具还带来的附加好处是模具切边会产生一个浅硬化层（热影响区），提高模具运行中的耐磨性。激光切割的无接触特点给圆锯片切割成形带来无应力优势，由此提高了使用寿命[6]。1.1激光切割技术的发展现状1.3.1国外发展情况近年来，激光切割技术发展很快，国际上每年都以15%-20%的速度增长。我国2-----------华中科技大学硕士学位论文自198