[发明专利]一种异型材的激光切割装置及切割方法

说明书

本发明公开了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)；同时，本发明还公开了一种异型材激光切割方法，所述异型材激光切割方法针对异型材截面形状、壁厚变化复杂，且存在大量深槽型孔加工需求的特征，基于全功率激光能量输出，依据截面轮廓的厚度，形状的变化，来匹配激光切割速度，从而最大化加工效率；同时，该装置的激光切割头中的光学模组使用长焦距聚焦镜，配合长锥套，以实现深槽型孔的主动防干涉加工。

技术领域

本发明属于激光切割技术领域，具体涉及一种异型材的激光切割装置及切割方法。

背景技术

异型材种类繁多，结构复杂，传统的切削加工方法效率十分低下。激光切割是利用高功率密度激光束对工件进行切割的方法，具有加工速度快、加工质量好等优点，是理想的异型材加工解决方案。

常规激光切割在进行工件加工时，需根据切割速度来改变激光输出功率，从而满足功率与速度的匹配以防止出现加工过烧现象，但根据加工速度来调整激光功率无法实现在整个加工过程中实现激光的全功率输出，在一定程度上对激光功率是一种浪费，限制了加工效率的进一步提高。针对异型材切割加工，在满足一定的加工边缘质量的前提下，更加注重加工效率；此外，传统激光切割在切割头端部配备高度随动控制传感器，采用高度随动功能感应加工工件表面，从而保持切割头与工件之间距离相对不变，但铝门窗异型材的角码孔常位于滑道深槽中，槽深往往大于30mm，由于切割头形状、尺寸的限制，往往使得切割头与深槽立边之间的距离小于与被加工面之间的距离，当激光切割头端部的高度随动传感器首先感应到工件立边时，会导致切割头无法靠近工件表面实施切割，即使可以实现切割也极易与深槽立边发生干涉，而激光切割速度极快(5m/min)，一旦切割头与立边发生碰撞，将会产生破坏性的后果，因此，针对异型材深槽型孔加工必须取消高度随动，并设计专门的激光切割头与深槽加工方法，否则无法进行深槽型孔的加工；激光切割是利用高能量密度束使被加工件瞬间融化，其融化部位冷却后会使被加工件边缘产生“挂渣”现象，即融化的材料在冷却后粘结在加工边缘，导致切割边缘质量变差，因此，为提高加工边缘表面质量，需对切割边缘进行二次处理，而二次处理在实际生产中会增加加工工序，提高加工成本，且不利于加工效率的提升。

发明内容

本发明为解决铝门窗异型材激光切割中，变截面切割困难，深槽切割干涉、激光加工边缘质量差等问题，提出能够使得激光切割功率在加工全过程保持不变，以保证每段加工都是在全功率激光输出的条件下，实现异型材工件切断的最大速度自动切割装置和方法。

为解决上述技术问题，本发明采取如下技术方案是提供一种异型材激光切割装置，包括冷水机、激光器、气源、激光切割头、激光切割头快进轴、扫描镜头、异型材夹具、超声辅助发生装置、机床床身、控制面板，其特征在于：

冷水机通过水路连接激光切割头，激光器通过光纤连接激光切割头，为激光切割提供激光光源，气源可由气罐或气泵提供，通过管路连接激光切割头，在激光切割时用以吹走熔渣，保护镜头，激光切割头连接激光切割头快进轴，用以实现激光切割头的快速移动，异型材夹具用以夹持固定工件，通过机床床身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。