第十一章_数控多轴联动激光加工设备

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1、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。数控激光切割设备一、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

2、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（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）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

3、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。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

4、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。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

5、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。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

6、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）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

7、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。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

8、倍以上。三、数控激光切割机床（1）机床的主要构成（1