[发明专利]一种异型材的激光切割装置及切割方法

权利要求书

1.一种异型材激光切割装置，包括冷水机(1)、激光器(2)、气源(3)、激光切割头(4)、激光切割头快进轴(5)、扫描镜头(6)、异型材夹具(8)、超声辅助发生装置(9)、机床床身(10)、控制面板(11)，其特征在于：

冷水机(1)通过水路连接激光切割头(4)，激光器(2)通过光纤连接激光切割头(4)，为激光切割提供激光光源，气源(3)可由气罐或气泵提供，通过管路连接激光切割头(4)，在激光切割时用以吹走熔渣，保护镜头，激光切割头(4)连接激光切割头快进轴(5)，用以实现激光切割头的快速移动，异型材夹具(8)用以夹持固定工件(7)，通过机床床身(10)上各轴之间的相互配合运动，实现异型材的激光切割；利用扫描镜头(6)对异型材工件(7)的截面轮廓进行扫描识别，进行双重验证以确认异型材工件信息；超声辅助发生装置(9)安装在异型材夹具端，在激光切割加工时产生超声微振动，以加速熔渣的掉落；

其中：加工速度与激光功率、材料性质、切削厚度之间的关系为：

其中，为扩散系数，λ为导热系数，V代表加工速度，h代表切削厚度，P代表激光功率，ρ代表材料密度，a代表激光熔点吸收率，L_a代表材料潜伏热，T_m代表材料熔点，T₀代表工件表面初始温度，C_p代表定压比热容，k代表修整系数通过实验数据反推拟合而来的固定参数。

2.根据权利要求1所述的异型材激光切割装置，其特征在于：

所述激光切割头(4)包括自动调焦装置(12)、光学模组(13)、气体接口(14)、长锥套(15)、光纤激光传输接头(16)、冷却水接口(17)；

所述光纤激光传输接头(16)通过光纤连接激光器(2)，以提供激光切割光源，所述光学模组(13)包括准直镜和长焦距聚焦镜，所述自动调焦装置(12)配合光学模组(13)，以实现不同切割高度的自动调焦，所述气体接口(14)通过接线连接气源(3)，以提供气体吹散表面熔渣，保护镜头，所述冷却水接口(17)通过水路连接冷水机(1)，所述长锥套(15)具有小锥顶角，可深入槽内进行切割加工。

3.根据权利要求1所述的异型材激光切割装置，其特征在于：

所述激光切割头(4)最大功率为1kW，切割速度可达5-10m/min。

4.根据权利要求2所述的异型材激光切割装置，其特征在于：

激光切割头长锥套(15)长度为120mm，壁厚为1.0-1.5mm，锥角为5-10°。

5.一种异型材激光切割方法，其特征在于：通过以下方式实现：

步骤1、异型材工件(7)通过异型材夹具(8)固定夹持，人为操作控制面板(11)读取异型材工件(7)的CAD文件数据，同时，利用扫描镜头(6)对异型材工件(7)的截面轮廓进行扫描识别，进行双重验证以确认异型材工件信息，当异型材工件信息确认后，控制系统自动调取加工参数，以进行激光切割加工；

步骤2、激光切割头根据设定的加工路径自动规划加工速度进行全功率激光切割加工，当异型材工件截面高度变化时，控制系统控制激光切割头快进轴快速移动，以保持激光切割头与异型材工件表面的间距不变，当异型材工件截面厚度变化时，控制系统根据截面厚度，自动调整加工速度，并根据加工速度匹配超声辅助发生装置(9)的超声振动频率和振幅；

其中：加工速度与激光功率、材料性质、切削厚度之间的关系为：

其中，为扩散系数，λ为导热系数，V代表加工速度，h代表切削厚度，P代表激光功率，ρ代表材料密度，a代表激光熔点吸收率，L_a代表材料潜伏热，T_m代表材料熔点，T₀代表异型材工件表面初始温度，C_p代表定压比热容，k代表修整系数通过实验数据反推拟合而来的固定参数；

步骤3、当切割完成后，气源(3)、激光器(2)、冷水机(1)停止工作，激光切割头(4)远离异型材工件，回到指令位置，异型材夹具(8)夹持异型材工件移出加工区域，之后返回原位，等待后续异型材工件的加工指令。