随着光束与工件相对位置的移动,材料最终形成切割缝,从而达到切割的目的。
激光切割加工是用无形光束代替传统机械刀,精度高,切割快,不限于切割图案,自动排版节省材料,切口光滑,加工成本低,将逐步改进或取代传统的金属切割工艺设备。激光刀头的机械部件与工件无接触,工作时不会划伤工件表面;激光切割速度快,切口光滑平整,一般不需要后续加工;切割热影响区小,板变形小,切割缝窄(0.1mm~0.3mm);切口无机械应力,无剪切毛刺;加工精度高,重复性好,不损坏材料表面;数控编程,可加工任何平面图,可切割大板,经济省时,无需开模。
与传统的氧乙炔、等离子体切割工艺相比,激光切割速度快,切割窄,热影响小,切割边缘垂直度好,切割边缘光滑,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。激光切割技术随着市场经济的快速发展和科技的飞速发展,已广泛应用于汽车、机械、电力、五金、电器等领域。近年来,激光切割技术以前所未有的速度发展,每年以15%~20%的速度增长。自年以来,中国以每年近25%的速度增长。目前,我国激光切割技术的整体水平与先进国家仍存在较大差距。因此,激光切割技术在国内市场具有广阔的发展前景和巨大的应用空间。
激光切割机在切割过程中,光束通过切割头的镜头聚焦成小焦点,使焦点达到高功率密度,其中切割头固定在z轴上。此时,光束输入的热量远远超过材料反射、传导或扩散的部分热量,材料迅速加热到熔化和蒸发温度。同时,高速气流从同轴或非同轴侧吹出熔化和蒸发的材料,形成材料切割的孔。随着焦点和材料的相对运动,孔形成连续宽度窄的切割缝,完成材料的切割。
目前,飞行光路系统主要用于激光切割机的外光路。通过反射镜1、2、3到达切割头上的聚焦透镜,聚焦后在待加工材料表面形成光斑。反射镜片1固定在机身上不动;横梁上的反射镜2随横梁运动x向运动;z轴上的反射镜片3随z轴运动y向运动。从图中不难看出,在切割过程中,横梁作x向运动,z轴部分向y移动,光路长度随时变化。
目前,由于制造成本等原因,民用激光发生器发出的激光束有一定的发散角,呈锥形。当锥形的高度发生变化时(相当于激光切割机的光路长度),聚焦透镜表面的光束横截面积也发生变化。此外,光也具有波的性质。因此,衍射是不可避免的。衍射会使光束在传播过程中横向扩展。这种现象存在于所有光学系统中,可以决定这些系统在性能方面的理论极限。由于高斯光束具有锥形和光波的衍射作用,当光路长度发生变化时,作用于透镜表面的光束直径不断变化,导致焦点尺寸和深度的变化,但对焦点位置的影响很小。如果焦点尺寸和深度在连续加工中发生变化,必然会对加工产生很大的影响,如切割缝宽度不一致、切割功率相同或烧蚀板等。