第十一章數(shù)控多軸聯(lián)動激光加工設(shè)備第十一章數(shù)控多軸聯(lián)動激光加工設(shè)備第十一章數(shù)控多軸聯(lián)動激光加工設(shè)備學(xué)習(xí)導(dǎo)論數(shù)控激光加工設(shè)備是集光、機(jī)、電技術(shù)于一體的先進(jìn)加工設(shè)備，適合于加工和處理多種材料并能對加工過程進(jìn)行自動控制，具有廣泛的用途。要求掌握數(shù)控激光切割設(shè)備和數(shù)控多軸聯(lián)動激光加工設(shè)備的基本構(gòu)成、激光器的工作原理和類型、存在的基本運(yùn)動和典型設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)及工作原理。2021/2/42第十一章數(shù)控多軸聯(lián)動激光加工設(shè)備第十一章數(shù)控多軸聯(lián)動激光加工學(xué)習(xí)導(dǎo)論數(shù)控激光加工設(shè)備是集光、機(jī)、電技術(shù)于一體的先進(jìn)加工設(shè)備，適合于加工和處理多種材料并能對加工過程進(jìn)行自動控制，具有廣泛的用途。要求掌握數(shù)控激光切割設(shè)備和數(shù)控多軸聯(lián)動激光加工設(shè)備的基本構(gòu)成、激光器的工作原理和類型、存在的基本運(yùn)動和典型設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)及工作原理。2021/2/42學(xué)習(xí)導(dǎo)論數(shù)控激光加工設(shè)備是集光、機(jī)、電技術(shù)于一體的先進(jìn)加工設(shè)數(shù)控激光切割設(shè)備2021/2/43數(shù)控激光切割設(shè)備2021/2/43一、激光切割的原理、分類及特點(diǎn)（1）

激光切割的原理如圖所示，激光切割是利用經(jīng)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、燒蝕或達(dá)到燃點(diǎn)，同時借助與光束同軸的高速氣流吹除熔融物質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)將工件割開。2021/2/44一、激光切割的原理、分類及特點(diǎn)（1）激光切割的原理2021激光切割原理示意圖例

2021/2/45激光切割原理示意圖例2021/2/45一、激光切割的原理、分類及特點(diǎn)（2）

激光切割的分類（1）激光汽化切割利用高能量密度的激光束加熱工件，使溫度迅速上升，在非常短的時間內(nèi)達(dá)到材料的沸點(diǎn)，材料開始汽化，形成蒸汽。這些蒸汽噴出速度很大，在蒸汽噴出的同時，在材料上形成了切口。材料的汽化熱一般很大，所以激光汽化切割時需要很大的功率和功率密度。2021/2/46一、激光切割的原理、分類及特點(diǎn)（2）激光切割的分類（1）2一、激光切割的原理、分類及特點(diǎn)（3）

激光切割的分類（2）激光熔化切割激光熔化切割時，用激光加熱使金屬材料熔化，然后通過與光束同軸的噴嘴噴吹非氧化性氣體（Ar、He、N等），依靠氣體的強(qiáng)大壓力使液態(tài)金屬排出，形成切口。激光熔化切不需要使金屬完全汽化，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屬材料的切割，如不銹鋼、鈦、鋁及其合金材料等。2021/2/47一、激光切割的原理、分類及特點(diǎn)（3）激光切割的分類（2）2一、激光切割的原理、分類及特點(diǎn)（4）

激光切割的分類（3）激光氧氣切割激光氧氣切割原理類似于氧乙炔切割。它是利用激光作為預(yù)熱熱源，用氧氣等活性氣體作為切割氣體。噴吹出的氣體一方面與切割金屬作用，發(fā)生氧化反應(yīng)，放出大量的氧化熱；另一方面把熔融的氧化物和熔化物從反應(yīng)區(qū)吹出，在金屬中形成切口。由于切割過程中的氧化反應(yīng)產(chǎn)生了大量的熱，所以激光氧氣切割所需要的能量只是熔化切割的1/2，而切割速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于激光汽化切割和熔化切割。激光氧氣切割主要用于碳鋼、鈦鋼以及熱處理鋼等易氧化的金屬材料。2021/2/48一、激光切割的原理、分類及特點(diǎn)（4）激光切割的分類（3）2一、激光切割的原理、分類及特點(diǎn)（5）

激光切割的分類（4）激光劃片與控制斷裂激光劃片是利用高能量密度的激光在脆性材料的表面進(jìn)行掃描，使材料受熱蒸發(fā)出一條小槽，然后施加一定的壓力，脆性材料就會沿小槽處裂開。激光劃片用的激光器一般為Q開關(guān)激光器和CO2激光器?？刂茢嗔咽抢眉す饪滩蹠r所產(chǎn)生的陡峭溫度分布，在脆性材料中產(chǎn)生局部熱應(yīng)力，使材料沿小槽斷開。2021/2/49一、激光切割的原理、分類及特點(diǎn)（5）激光切割的分類（4）2一、激光切割的原理、分類及特點(diǎn)（6）

激光切割特點(diǎn)（1）切割質(zhì)量好激光切割切口細(xì)窄，切縫兩邊平行并且與表面垂直，切割零件的尺寸精度可達(dá)±0.05㎜。切口表面光潔美觀，表面粗糙度只有幾十微米，甚至激光切割可以作為最后一道工序，無需機(jī)械加工，零部件可直接使用。材料經(jīng)過激光切割后，熱影響區(qū)寬度很小，切縫附近材料的性質(zhì)幾乎不受影響，并且工件變形小，切割精度高，切縫的幾何形狀好，切縫橫斷面呈規(guī)則的長方形。2021/2/410一、激光切割的原理、分類及特點(diǎn)（6）激光切割特點(diǎn)（1）20一、激光切割的原理、分類及特點(diǎn)（7）

激光切割特點(diǎn)（2）切割效率高由于激光的傳輸特性，激光切割機(jī)床上一般配有多方向的進(jìn)給運(yùn)動，整個切割過程可以全部實(shí)現(xiàn)數(shù)控。操作時，只需改變數(shù)控加工程序，就可以適用不同工件、不同形狀零件的切割。切割速度快用功率1200W的激光束切割2㎜厚的低碳鋼板，切割速度可達(dá)600cm/min；切割5㎜厚的娶丙烯樹脂板，切割速度可達(dá)1200cm/min。材料在激光設(shè)備上切割時不需要裝夾固定，既可節(jié)省工裝夾具，又節(jié)省了上、下料的輔助時間。2021/2/411一、激光切割的原理、分類及特點(diǎn)（7）激光切割特點(diǎn)（2）20一、激光切割的原理、分類及特點(diǎn)（8）

激光切割特點(diǎn)（3）非接觸式切割激光切割時割炬與工件無接觸，不存在工具的磨損問題。加工不同形狀的工件，不需要更換“刀具”，只需要改變加工程序和改變激光器輸出的參數(shù)。激光切割過程噪聲低，振動小，無污染。2021/2/412一、激光切割的原理、分類及特點(diǎn)（8）激光切割特點(diǎn)（3）20一、激光切割的原理、分類及特點(diǎn)（9）

激光切割特點(diǎn)（4）激光切割加工的適應(yīng)范圍廣與氧乙炔切割和等離子切割比較，激光切割材料種類多，包括金屬、非金屬、金屬基和非金屬基復(fù)合材料、皮革、木材及纖維等。但是對于不同的材料，由于自身的熱物理性能及對激光的吸收率不同，表現(xiàn)出不同的激光切割適應(yīng)性。激光切割由于受激光器功率和體積的限制，激光切割只能切割中小厚度的板材和管材，而隨著工件厚度的增加，切割速度顯著降低。2021/2/413一、激光切割的原理、分類及特點(diǎn)（9）激光切割特點(diǎn)（4）20二、激光切割的應(yīng)用范圍大多數(shù)激光切割機(jī)床都是數(shù)控機(jī)床。激光切割作為一種精密加工方法，幾乎可以切割所有材料，包括薄金屬板的二維切割和三維切割。激光切割成形技術(shù)在非金屬材料領(lǐng)域也有著較為廣泛的應(yīng)用。不僅可以切割高硬度、脆性大的材料，如氮化硅、陶瓷、石英等，還能切割加工柔性材料，如布料、紙張、塑料板、橡膠板等。服裝業(yè)用激光進(jìn)行服裝裁剪，可節(jié)省衣料10%~12%，并可將工效提高3倍以上。2021/2/414二、激光切割的應(yīng)用范圍大多數(shù)激光切割機(jī)床都是數(shù)控機(jī)床。激光切三、數(shù)控激光切割機(jī)床（1）

機(jī)床的主要構(gòu)成（1）激光切割機(jī)床大都采用CO2激光器，從大的方面來說主要由激光器、導(dǎo)光系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、割炬、操作臺、氣源、水源及抽煙系統(tǒng)構(gòu)成。典型的CO2激光切割設(shè)備的基本構(gòu)成如圖所示。2021/2/415三、數(shù)控激光切割機(jī)床（1）機(jī)床的主要構(gòu)成（1）2021/2CO2激光切割機(jī)床基本構(gòu)成圖例

2021/2/416CO2激光切割機(jī)床基本構(gòu)成圖例2021/2/416三、數(shù)控激光切割機(jī)床（2）

機(jī)床的主要構(gòu)成（2）激光電源供給激光振蕩用的高壓電源。激光振蕩器產(chǎn)生激光的主要設(shè)備。折射反射鏡用于改變激光的傳輸方向。為使光束通路不發(fā)生故障，所有反射鏡都要用保護(hù)罩加以保護(hù)。割炬主要包括槍體、聚焦透鏡、輔助氣體噴嘴等。切割工作平臺用于安裝被切割的板材或工件，能夠按照數(shù)控指令進(jìn)行運(yùn)動，工作臺各個方向的運(yùn)動通常由伺服電動機(jī)驅(qū)動。割炬驅(qū)動裝置二維或三維曲線或曲面的加工是由工作臺和割炬的共同運(yùn)動實(shí)現(xiàn)的。割炬驅(qū)動裝置由伺服電動機(jī)和絲杠等傳動件組成。2021/2/417三、數(shù)控激光切割機(jī)床（2）機(jī)床的主要構(gòu)成（2）2021/2三、數(shù)控激光切割機(jī)床（3）

機(jī)床的主要構(gòu)成（3）CNC數(shù)控裝置控制工作臺和割炬的運(yùn)動軌跡，切割出所要求的形狀，同時也控制激光器在加工不同工件或材料時的輸出功率。操作盤是一個人機(jī)界面接口。既可以顯示加工過程的狀態(tài)，又可以通過操作盤對加工過程進(jìn)行控制。氣瓶包括激光工作介質(zhì)氣瓶和輔助氣瓶，用于補(bǔ)充激光振蕩的工作氣體和供給切割用的輔助氣體。冷卻水循環(huán)裝置用于冷卻激光振蕩器。激光器是利用電能轉(zhuǎn)換成光能的裝置，如CO2氣體激光器的轉(zhuǎn)換率一般為20%，剩余的80%能量轉(zhuǎn)換成熱能。冷卻水的作用就是把多余的熱量帶走以維持激光振蕩器的正常工作?？諝飧稍锲饔糜谙蚣す庹袷幤骱凸馐饭┙o潔凈的干燥空氣，以保持通路和反射鏡的正常工作。2021/2/418三、數(shù)控激光切割機(jī)床（3）機(jī)床的主要構(gòu)成（3）2021/2三、數(shù)控激光切割機(jī)床（4）

激光切割用激光器（1）切割用激光器主要有CO2氣體激光器和釔鋁石榴石固體激光器（即YAG激光器）。CO2氣體激光器是利用封閉在容器內(nèi)的CO2氣體（實(shí)際上是CO2、N2和He的混合氣）作為工作物質(zhì)經(jīng)受激振蕩后產(chǎn)生的光放大。CO2氣體激光器的基本結(jié)構(gòu)如圖所示。氣體通過施加高壓電形成輝光放電狀態(tài)，借助設(shè)在容器兩端的反射鏡使其在反射鏡之間的區(qū)域不斷受激勵并產(chǎn)生激光。2021/2/419三、數(shù)控激光切割機(jī)床（4）激光切割用激光器（1）2021/CO2氣體激光器的基本結(jié)構(gòu)圖例2021/2/420CO2氣體激光器的基本結(jié)構(gòu)圖例2021/2/420三、數(shù)控激光切割機(jī)床（5）

激光切割用激光器（2）YAG固體激光器的結(jié)構(gòu)原理如圖所示。它是借助光學(xué)泵作用將電能轉(zhuǎn)化的能量傳送到工作介質(zhì)中，使之在激光棒與電弧燈周圍形成一個泵室。同時通過激光棒兩端的反光鏡，使光對準(zhǔn)工作介質(zhì)，對其進(jìn)行激勵以產(chǎn)生光放大，從而獲得激光。2021/2/421三、數(shù)控激光切割機(jī)床（5）激光切割用激光器（2）2021/YAG固體激光器結(jié)構(gòu)示意圖例2021/2/422YAG固體激光器結(jié)構(gòu)示意圖例2021/2/422三、數(shù)控激光切割機(jī)床（6）

割炬（1）激光切割用割炬的結(jié)構(gòu)如圖所示。主要由割炬體、聚焦透鏡、反射鏡和輔助氣體噴嘴等組成。激光切割時，割炬必須滿足下列要求：割炬能夠噴射出足夠的氣流；割炬內(nèi)氣體的噴射方向必須和反射鏡的光軸同軸；割炬的焦距能夠方便調(diào)節(jié)；切割時，保證金屬蒸氣和切割金屬的飛濺不會損傷反射鏡。2021/2/423三、數(shù)控激光切割機(jī)床（6）割炬（1）2021/2/423激光切割割炬結(jié)構(gòu)圖例2021/2/424激光切割割炬結(jié)構(gòu)圖例2021/2/424三、數(shù)控激光切割機(jī)床（7）

割炬（2）聚焦透鏡聚焦透鏡用于把射入割炬的平行激光束進(jìn)行聚焦，以獲得較小的光斑和較高的功率密度。透鏡經(jīng)常采用能透過激光波長的材料制造。固體激光常用光學(xué)玻璃，而CO2氣體激光因透不過普通玻璃，則采用ZnSe、GaAs和Ge等材料制造，其中最常用的是ZnSe。透鏡的形狀有雙凸形、平凸形和凹凸形三種。透鏡的焦距對聚焦后光斑直徑和焦點(diǎn)深度有很大影響。聚焦光斑直徑do與透鏡焦距f和入射激光束直徑D之間的關(guān)系如圖所示。由圖可見，當(dāng)入射激光束直徑D值一定時，存在一個最佳的透鏡焦距f值使聚焦光斑直徑do最小。2021/2/425三、數(shù)控激光切割機(jī)床（7）割炬（2）2021/2/425聚焦光斑直徑d0與透鏡焦距f和入射激光束直徑D之間的關(guān)系2021/2/426聚焦光斑直徑d0與透鏡焦距f和入射激光束直徑D之間的關(guān)系20三、數(shù)控激光切割機(jī)床（8）

割炬（3）焦點(diǎn)深度fd與透鏡焦距f的關(guān)系如圖所示。隨著透鏡焦距的減小，焦點(diǎn)深度也變小。2021/2/427三、數(shù)控激光切割機(jī)床（8）割炬（3）2021/2/427焦點(diǎn)深度fd與透鏡焦距f的關(guān)系圖例2021/2/428焦點(diǎn)深度fd與透鏡焦距f的關(guān)系圖例2021/2/428三、數(shù)控激光切割機(jī)床（9）

反射鏡反射鏡的功能是改變來自激光器的光束方向。對固體激光器發(fā)出的光束可使用由光學(xué)玻璃制造的反射鏡，而對CO2氣體激光切割裝置中的反射鏡常用銅或反射率高的金屬制造。反射鏡在使用過程中，為避免反射鏡受光照過熱而損壞，通常需用水進(jìn)行冷卻。2021/2/429三、數(shù)控激光切割機(jī)床（9）反射鏡2021/2/429三、數(shù)控激光切割機(jī)床（10）

噴嘴（1）噴嘴用于向切割區(qū)噴射輔助氣體，其結(jié)構(gòu)形狀對切割效率和質(zhì)量有一定影響。如圖所示為激光切割常用的噴嘴形狀，而噴孔的形狀有圓柱形、錐形和縮放形等。噴嘴的選用一般根據(jù)切割工件的材質(zhì)、厚度、輔助氣體壓力等再經(jīng)試驗(yàn)后確定。2021/2/430三、數(shù)控激光切割機(jī)床（10）噴嘴（1）2021/2/4激光切割常用噴嘴形狀圖例a）b）c）d）2021/2/431激光切割常用噴嘴形狀圖例a）三、數(shù)控激光切割機(jī)床（11）

噴嘴（2）當(dāng)用惰性氣體切割某些金屬時，為保護(hù)切口區(qū)金屬不致因空氣入侵（一般噴嘴在切割方向突然改變時常有空氣卷入切割區(qū)而發(fā)生氧化或氮化，則宜使用加保護(hù)罩的噴嘴。加玻璃絨保護(hù)罩的噴嘴結(jié)構(gòu)如圖所示。2021/2/432三、數(shù)控激光切割機(jī)床（11）噴嘴（2）2021/2/4加玻璃絨保護(hù)罩的噴嘴結(jié)構(gòu)圖例2021/2/433加玻璃絨保護(hù)罩的噴嘴結(jié)構(gòu)圖例2021/2/433三、數(shù)控激光切割機(jī)床（12）

數(shù)控激光切割設(shè)備的類型（1）

割炬驅(qū)動式切割設(shè)備割炬驅(qū)動式切割設(shè)備中，割炬安裝在可移動式門架上并沿門架大梁橫向（Y軸方向）運(yùn)動，門架帶動割炬沿X軸運(yùn)動，工件固定在切割臺上。由于激光器與割炬分離設(shè)置，在切割過程中，激光的傳輸特性、沿光束掃描方向的平行度和折光反射鏡的穩(wěn)定性都會受到影響。割炬驅(qū)動式切割設(shè)備的典型結(jié)構(gòu)如圖所示。采用CO2氣體連續(xù)激光，光束從激光器傳送到割炬的距離為18m。為了保持光束直徑在這一傳送距離內(nèi)其形狀的變化不妨礙切割加工的進(jìn)行，振蕩器反光鏡的組合應(yīng)仔細(xì)設(shè)計(jì)。

2021/2/434三、數(shù)控激光切割機(jī)床（12）數(shù)控激光切割設(shè)備的類型（1）割炬驅(qū)動式切割設(shè)備的典型結(jié)構(gòu)圖例2021/2/435割炬驅(qū)動式切割設(shè)備的典型結(jié)構(gòu)圖例2021/2/435三、數(shù)控激光切割機(jī)床（13）

數(shù)控激光切割設(shè)備的類型（2）

XY坐標(biāo)切割臺驅(qū)動式切割設(shè)備

XY坐標(biāo)切割臺驅(qū)動式切割設(shè)備，割炬固定在基架上，工件置于切割臺上。切割臺按數(shù)控指令沿X、Y方向運(yùn)動，驅(qū)動速度一般為0~1m/min（可調(diào)）或0~5m/min（可調(diào)）。由于割炬相對工件固定，在切割過程中對激光束的調(diào)準(zhǔn)對中影響小，因此能進(jìn)行均一且穩(wěn)定的切割。當(dāng)切割工作臺尺寸較小、機(jī)械精度較高時，定位精度為±0.01㎜，切割精度相當(dāng)好，特別適合于小零件的精密切割。另外也有采用X軸方向行程2300~2400㎜、Y軸方向行程1200~1300㎜的切割工作臺來加工較大尺寸的零件。2021/2/436三、數(shù)控激光切割機(jī)床（13）數(shù)控激光切割設(shè)備的類型（2）三、數(shù)控激光切割機(jī)床（14）

數(shù)控激光切割設(shè)備的類型（3）

割炬—切割臺雙驅(qū)動式切割設(shè)備割炬—切割臺雙驅(qū)動式切割設(shè)備介于割炬驅(qū)動式與XY坐標(biāo)切割臺驅(qū)動式之間。割炬安裝在門架上并沿門架大梁作橫向（Y向）運(yùn)動，切割臺沿縱向驅(qū)動，兼有切割精度高和節(jié)省生產(chǎn)場地的優(yōu)點(diǎn)。定位精度為±0.01㎜，切割速度調(diào)節(jié)范圍為0~20m/min，是應(yīng)用較多的一種切割設(shè)備。其中較大的切割設(shè)備Y軸方向行程為2000㎜，X軸方向行程為6000㎜，可切割大尺寸零件。激光振蕩器和割炬一起安裝在門架上，切割精度相當(dāng)好。切割圓孔精度和切割速度的關(guān)系如圖所示。2021/2/437三、數(shù)控激光切割機(jī)床（14）數(shù)控激光切割設(shè)備的類型（3）切割圓孔精度和切割速度的關(guān)系圖例2021/2/438切割圓孔精度和切割速度的關(guān)系圖例2021/2/438三、數(shù)控激光切割機(jī)床（15）

數(shù)控激光切割設(shè)備的類型（4）

一體式切割設(shè)備一體式切割設(shè)備中，激光器安裝在機(jī)架上并隨機(jī)架縱向移動，而割炬同其驅(qū)動機(jī)構(gòu)組成一體在機(jī)架大梁上橫向移動，利用數(shù)控方式可進(jìn)行各種成形零件的切割。為彌補(bǔ)割炬橫向移動使光路長度變化，通常備有光路長度調(diào)整組件，能在切割區(qū)范圍內(nèi)獲得均質(zhì)的光束，保持切割面質(zhì)量的同質(zhì)性。2021/2/439三、數(shù)控激光切割機(jī)床（15）數(shù)控激光切割設(shè)備的類型（4）數(shù)控五軸聯(lián)動激光加工機(jī)床

2021/2/440數(shù)控五軸聯(lián)動激光加工機(jī)床2021/2/440一、機(jī)床的構(gòu)成、運(yùn)動及主要技術(shù)參數(shù)（1）

從大的方面來說，數(shù)控五軸聯(lián)動激光加工機(jī)床由機(jī)床本體部分、激光器及外光路部分、數(shù)控系統(tǒng)部分構(gòu)成。整個機(jī)床的外形圖如圖所示。2021/2/441一、機(jī)床的構(gòu)成、運(yùn)動及主要技術(shù)參數(shù)（1）從大的方面來說，數(shù)數(shù)控五軸聯(lián)動激光加工機(jī)床外形圖例2021/2/442數(shù)控五軸聯(lián)動激光加工機(jī)床外形圖例2021/2/442一、機(jī)床的構(gòu)成、運(yùn)動及主要技術(shù)參數(shù)（2）

機(jī)床本體部分由龍門架及工作臺構(gòu)成。工作臺上安裝待加工工件，并帶動工件實(shí)現(xiàn)縱向進(jìn)給運(yùn)動（X向）。光學(xué)系統(tǒng)安裝在龍門架上，實(shí)現(xiàn)光束相對于工件的橫向進(jìn)給運(yùn)動（Y向）。為了獲得滿足加工要求的光斑直徑大小和合適的功率密度，必須調(diào)整聚焦光頭相對于工件表面的距離，因此光學(xué)系統(tǒng)有一個沿Z軸方向的垂直進(jìn)給運(yùn)動。除此以外，該機(jī)床還存在兩個方向的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動：光束繞Z軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動及光束繞水平軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。2021/2/443一、機(jī)床的構(gòu)成、運(yùn)動及主要技術(shù)參數(shù)（2）機(jī)床本體部分由龍門二、機(jī)床所能實(shí)現(xiàn)的功能數(shù)控五軸聯(lián)動激光加工機(jī)床可以實(shí)現(xiàn)下面的功能：平面與三維曲面的激光熱處理和表面熔覆；激光切割與焊接；激光切割焦點(diǎn)位置的自動測量與控制；三維曲面激光切割的示教錄返。2021/2/444二、機(jī)床所能實(shí)現(xiàn)的功能數(shù)控五軸聯(lián)動激光加工機(jī)床可以實(shí)現(xiàn)下面的三、機(jī)床的工作原理（1）

激光熱處理與表面熔覆一般來說，用這種設(shè)備進(jìn)行熱處理和表面修復(fù)的零件較重，通常直接將工件裝在工作臺上。激光器輸出功率為5KW、直徑φ37㎜的高階模激光束。從激光器出來的激光束外光路圖如圖所示。激光束通過反射鏡1、2進(jìn)入Y軸方向，經(jīng)過反射鏡3反射后沿Z軸方向傳到反射鏡4后，經(jīng)聚焦頭上的曲面反射鏡5聚焦到工件9表面，光頭保持垂直，沿Y軸移動，工作臺沿X軸方向可進(jìn)行平面加工。如果加上Z、C、A軸的運(yùn)動就能進(jìn)行三維曲面的熱處理和熔覆。2021/2/445三、機(jī)床的工作原理（1）激光熱處理與表面熔覆2021/2/激光加工機(jī)外光路圖例2021/2/446激光加工機(jī)外光路圖例2021/2/446三、機(jī)床的工作原理（2）

激光切割與焊接在上圖所示的外光路圖上，機(jī)床若換上帶聚焦透鏡的聚焦光頭，激光器輸出可達(dá)3KW、直徑為φ25㎜的低階模激光光束，通過反射鏡6反射，透鏡7聚焦到工件表面，機(jī)床五軸聯(lián)動可進(jìn)行三維曲面的切割與焊接。2021/2/447三、機(jī)床的工作原理（2）激光切割與焊接2021/2/447三、機(jī)床的工作原理（3）

激光切割焦點(diǎn)位置自動測量與控制為了保證激光切割的質(zhì)量，通常要自動檢測激光焦點(diǎn)的位置，且自動控制光頭移動使焦點(diǎn)相對于工件表面保持在合適的位置上。檢測裝置與數(shù)控系統(tǒng)構(gòu)成反饋回路，通過將檢測到的焦點(diǎn)位置與程序要求的焦點(diǎn)位置進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果由數(shù)控系統(tǒng)輸出信號經(jīng)過放大后驅(qū)動X、Y、Z三個坐標(biāo)軸移動，控制光頭的位置，使其朝著位置誤差減小的方向移動。2021/2/448三、機(jī)床的工作原理（3）激光切割焦點(diǎn)位置自動測量與控制20三、機(jī)床的工作原理（4）

二維曲面的加工及三維曲面激光切割的示教錄返對于簡單圖形或二維曲線、曲面，光束運(yùn)動軌跡的控制可以通過數(shù)控編程來實(shí)現(xiàn)。同時機(jī)床還配備了CAD/CAM軟件系統(tǒng)，具有圖文設(shè)計(jì)、漢字矢量化處理、優(yōu)化排樣、NC程序自動生成和加工過程仿真等多項(xiàng)功能。而對于三維的曲面激光切割，由于被加工對象的形狀復(fù)雜，難以建立精確的數(shù)學(xué)模型，通常采用示教錄返裝置進(jìn)行編程。

2021/2/449三、機(jī)床的工作原理（4）二維曲面的加工及三維曲面激光切割的四、機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)

該機(jī)床能夠?qū)崿F(xiàn)五軸聯(lián)動，對于每一個運(yùn)動，都由獨(dú)立的伺服電動機(jī)驅(qū)動。X、Y、Z三個直線運(yùn)動的行程均小于4m，用滾珠絲杠螺母副將電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換成這三個方向的直線運(yùn)動。采用這種傳動裝置不僅摩擦力小，剛性好，同時還可以進(jìn)行消除側(cè)向間隙的處理。提高運(yùn)動精度。X、Y、Z三個直線運(yùn)動部件的導(dǎo)向及承載部件采用直線滾動導(dǎo)軌副，導(dǎo)向精度高。C、A兩個方向轉(zhuǎn)動是電動機(jī)通過蝸桿副實(shí)現(xiàn)。2021/2/450四、機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)該機(jī)床能夠?qū)崿F(xiàn)五軸聯(lián)動，對于每一個運(yùn)動，五、數(shù)控系統(tǒng)五軸聯(lián)動激光加工機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)框圖如圖所示。從圖中可以看出，控制系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)部分、外圍設(shè)備部分、機(jī)床控制部分構(gòu)成，采用工控機(jī)和PLC聯(lián)合控制的方式及采用了模塊化設(shè)計(jì)，便于維修和擴(kuò)展。2021/2/451五、數(shù)控系統(tǒng)五軸聯(lián)動激光加工機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)框圖如圖所示。從圖中五軸聯(lián)動激光加工機(jī)床CNC系統(tǒng)框圖例2021/2/452五軸聯(lián)動激光加工機(jī)床CNC系統(tǒng)框圖例2021/2/452學(xué)習(xí)小結(jié)（1）

數(shù)控激光加工設(shè)備能對材料進(jìn)行熱處理、表面熔覆、切割和焊接、并能對加工過程進(jìn)行自動控制，因而在工業(yè)具有廣泛用途。數(shù)控激光切割設(shè)備是利用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、燒蝕或達(dá)到燃點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)將工件割開。分為激光汽化切割、激光熔化切割、激光氧氣切割等類型。激光切割機(jī)床主要由激光器、導(dǎo)光系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、割炬等構(gòu)成，通過割炬、工作臺的相互運(yùn)動，可以切割出具有各種曲線或曲面的工件，滿足不同的切割加工要求。常用的激光器有CO2激光器和YAG激光器，使用時要注意激光模式的選擇、光斑直徑大小的調(diào)整以及割炬透鏡焦距的調(diào)整等。2021/2/453學(xué)習(xí)小結(jié)（1）數(shù)控激光加工設(shè)備能對材料進(jìn)行熱處理、表面熔覆學(xué)習(xí)小結(jié)（2）

數(shù)控五軸聯(lián)動激光加工機(jī)床是一種多功能加工設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)熱處理、表面熔覆、切割、焊接、焦點(diǎn)位置的自動檢測與控制等功能。由機(jī)床本體、激光器、外光路系統(tǒng)及數(shù)控系統(tǒng)構(gòu)成。通過激光束處于不同的模式（高階模、低階模）以及更換不同的“光頭”，獲得不同的加工效果。機(jī)床本體能夠?qū)崿F(xiàn)五軸聯(lián)動，對于每一個運(yùn)動，都由獨(dú)立的伺服電動機(jī)驅(qū)動。機(jī)床的CNC系統(tǒng)的功能由工控機(jī)實(shí)現(xiàn)。2021/2/454學(xué)習(xí)小結(jié)（2）數(shù)控五軸聯(lián)動激光加工機(jī)床是一種多功能加工設(shè)備思考與練習(xí)題

試述激光切割常見的類型及各自的特點(diǎn)。為了切割不同形狀的工件，割炬與工件之間可以有幾種運(yùn)動方式？請?jiān)敿?xì)說明。分析割炬透鏡焦距與形成的光斑直徑及焦點(diǎn)深度之間的關(guān)系。是不是透鏡焦距越小越好，為什么？如圖11-10所示，分析割炬驅(qū)動式切割設(shè)備的基本構(gòu)成及基本運(yùn)動。分析數(shù)控五軸聯(lián)動激光加工機(jī)床的基本構(gòu)成、基本運(yùn)動以及實(shí)現(xiàn)熱處理、表面熔覆、切割、焊接、自動檢測等的工作原理。2021/2/455思考與練習(xí)題試述激光切割常見的類型及各自的特點(diǎn)。2021ThankYou世界觸手可及攜手共進(jìn)，齊創(chuàng)精品工程ThankYou世界觸手可及攜手共進(jìn)，齊創(chuàng)精品工程第十一章數(shù)控多軸聯(lián)動激光加工設(shè)備第十一章數(shù)控多軸聯(lián)動激光加工設(shè)備第十一章數(shù)控多軸聯(lián)動激光加工設(shè)備學(xué)習(xí)導(dǎo)論數(shù)控激光加工設(shè)備是集光、機(jī)、電技術(shù)于一體的先進(jìn)加工設(shè)備，適合于加工和處理多種材料并能對加工過程進(jìn)行自動控制，具有廣泛的用途。要求掌握數(shù)控激光切割設(shè)備和數(shù)控多軸聯(lián)動激光加工設(shè)備的基本構(gòu)成、激光器的工作原理和類型、存在的基本運(yùn)動和典型設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)及工作原理。2021/2/42第十一章數(shù)控多軸聯(lián)動激光加工設(shè)備第十一章數(shù)控多軸聯(lián)動激光加工學(xué)習(xí)導(dǎo)論數(shù)控激光加工設(shè)備是集光、機(jī)、電技術(shù)于一體的先進(jìn)加工設(shè)備，適合于加工和處理多種材料并能對加工過程進(jìn)行自動控制，具有廣泛的用途。要求掌握數(shù)控激光切割設(shè)備和數(shù)控多軸聯(lián)動激光加工設(shè)備的基本構(gòu)成、激光器的工作原理和類型、存在的基本運(yùn)動和典型設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)及工作原理。2021/2/458學(xué)習(xí)導(dǎo)論數(shù)控激光加工設(shè)備是集光、機(jī)、電技術(shù)于一體的先進(jìn)加工設(shè)數(shù)控激光切割設(shè)備2021/2/459數(shù)控激光切割設(shè)備2021/2/43一、激光切割的原理、分類及特點(diǎn)（1）

激光切割的原理如圖所示，激光切割是利用經(jīng)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、燒蝕或達(dá)到燃點(diǎn)，同時借助與光束同軸的高速氣流吹除熔融物質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)將工件割開。2021/2/460一、激光切割的原理、分類及特點(diǎn)（1）激光切割的原理2021激光切割原理示意圖例

2021/2/461激光切割原理示意圖例2021/2/45一、激光切割的原理、分類及特點(diǎn)（2）

激光切割的分類（1）激光汽化切割利用高能量密度的激光束加熱工件，使溫度迅速上升，在非常短的時間內(nèi)達(dá)到材料的沸點(diǎn)，材料開始汽化，形成蒸汽。這些蒸汽噴出速度很大，在蒸汽噴出的同時，在材料上形成了切口。材料的汽化熱一般很大，所以激光汽化切割時需要很大的功率和功率密度。2021/2/462一、激光切割的原理、分類及特點(diǎn)（2）激光切割的分類（1）2一、激光切割的原理、分類及特點(diǎn)（3）

激光切割的分類（2）激光熔化切割激光熔化切割時，用激光加熱使金屬材料熔化，然后通過與光束同軸的噴嘴噴吹非氧化性氣體（Ar、He、N等），依靠氣體的強(qiáng)大壓力使液態(tài)金屬排出，形成切口。激光熔化切不需要使金屬完全汽化，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屬材料的切割，如不銹鋼、鈦、鋁及其合金材料等。2021/2/463一、激光切割的原理、分類及特點(diǎn)（3）激光切割的分類（2）2一、激光切割的原理、分類及特點(diǎn)（4）

激光切割的分類（3）激光氧氣切割激光氧氣切割原理類似于氧乙炔切割。它是利用激光作為預(yù)熱熱源，用氧氣等活性氣體作為切割氣體。噴吹出的氣體一方面與切割金屬作用，發(fā)生氧化反應(yīng)，放出大量的氧化熱；另一方面把熔融的氧化物和熔化物從反應(yīng)區(qū)吹出，在金屬中形成切口。由于切割過程中的氧化反應(yīng)產(chǎn)生了大量的熱，所以激光氧氣切割所需要的能量只是熔化切割的1/2，而切割速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于激光汽化切割和熔化切割。激光氧氣切割主要用于碳鋼、鈦鋼以及熱處理鋼等易氧化的金屬材料。2021/2/464一、激光切割的原理、分類及特點(diǎn)（4）激光切割的分類（3）2一、激光切割的原理、分類及特點(diǎn)（5）

激光切割的分類（4）激光劃片與控制斷裂激光劃片是利用高能量密度的激光在脆性材料的表面進(jìn)行掃描，使材料受熱蒸發(fā)出一條小槽，然后施加一定的壓力，脆性材料就會沿小槽處裂開。激光劃片用的激光器一般為Q開關(guān)激光器和CO2激光器?？刂茢嗔咽抢眉す饪滩蹠r所產(chǎn)生的陡峭溫度分布，在脆性材料中產(chǎn)生局部熱應(yīng)力，使材料沿小槽斷開。2021/2/465一、激光切割的原理、分類及特點(diǎn)（5）激光切割的分類（4）2一、激光切割的原理、分類及特點(diǎn)（6）

激光切割特點(diǎn)（1）切割質(zhì)量好激光切割切口細(xì)窄，切縫兩邊平行并且與表面垂直，切割零件的尺寸精度可達(dá)±0.05㎜。切口表面光潔美觀，表面粗糙度只有幾十微米，甚至激光切割可以作為最后一道工序，無需機(jī)械加工，零部件可直接使用。材料經(jīng)過激光切割后，熱影響區(qū)寬度很小，切縫附近材料的性質(zhì)幾乎不受影響，并且工件變形小，切割精度高，切縫的幾何形狀好，切縫橫斷面呈規(guī)則的長方形。2021/2/466一、激光切割的原理、分類及特點(diǎn)（6）激光切割特點(diǎn)（1）20一、激光切割的原理、分類及特點(diǎn)（7）

激光切割特點(diǎn)（2）切割效率高由于激光的傳輸特性，激光切割機(jī)床上一般配有多方向的進(jìn)給運(yùn)動，整個切割過程可以全部實(shí)現(xiàn)數(shù)控。操作時，只需改變數(shù)控加工程序，就可以適用不同工件、不同形狀零件的切割。切割速度快用功率1200W的激光束切割2㎜厚的低碳鋼板，切割速度可達(dá)600cm/min；切割5㎜厚的娶丙烯樹脂板，切割速度可達(dá)1200cm/min。材料在激光設(shè)備上切割時不需要裝夾固定，既可節(jié)省工裝夾具，又節(jié)省了上、下料的輔助時間。2021/2/467一、激光切割的原理、分類及特點(diǎn)（7）激光切割特點(diǎn)（2）20一、激光切割的原理、分類及特點(diǎn)（8）

激光切割特點(diǎn)（3）非接觸式切割激光切割時割炬與工件無接觸，不存在工具的磨損問題。加工不同形狀的工件，不需要更換“刀具”，只需要改變加工程序和改變激光器輸出的參數(shù)。激光切割過程噪聲低，振動小，無污染。2021/2/468一、激光切割的原理、分類及特點(diǎn)（8）激光切割特點(diǎn)（3）20一、激光切割的原理、分類及特點(diǎn)（9）

激光切割特點(diǎn)（4）激光切割加工的適應(yīng)范圍廣與氧乙炔切割和等離子切割比較，激光切割材料種類多，包括金屬、非金屬、金屬基和非金屬基復(fù)合材料、皮革、木材及纖維等。但是對于不同的材料，由于自身的熱物理性能及對激光的吸收率不同，表現(xiàn)出不同的激光切割適應(yīng)性。激光切割由于受激光器功率和體積的限制，激光切割只能切割中小厚度的板材和管材，而隨著工件厚度的增加，切割速度顯著降低。2021/2/469一、激光切割的原理、分類及特點(diǎn)（9）激光切割特點(diǎn)（4）20二、激光切割的應(yīng)用范圍大多數(shù)激光切割機(jī)床都是數(shù)控機(jī)床。激光切割作為一種精密加工方法，幾乎可以切割所有材料，包括薄金屬板的二維切割和三維切割。激光切割成形技術(shù)在非金屬材料領(lǐng)域也有著較為廣泛的應(yīng)用。不僅可以切割高硬度、脆性大的材料，如氮化硅、陶瓷、石英等，還能切割加工柔性材料，如布料、紙張、塑料板、橡膠板等。服裝業(yè)用激光進(jìn)行服裝裁剪，可節(jié)省衣料10%~12%，并可將工效提高3倍以上。2021/2/470二、激光切割的應(yīng)用范圍大多數(shù)激光切割機(jī)床都是數(shù)控機(jī)床。激光切三、數(shù)控激光切割機(jī)床（1）

機(jī)床的主要構(gòu)成（1）激光切割機(jī)床大都采用CO2激光器，從大的方面來說主要由激光器、導(dǎo)光系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、割炬、操作臺、氣源、水源及抽煙系統(tǒng)構(gòu)成。典型的CO2激光切割設(shè)備的基本構(gòu)成如圖所示。2021/2/471三、數(shù)控激光切割機(jī)床（1）機(jī)床的主要構(gòu)成（1）2021/2CO2激光切割機(jī)床基本構(gòu)成圖例

2021/2/472CO2激光切割機(jī)床基本構(gòu)成圖例2021/2/416三、數(shù)控激光切割機(jī)床（2）

機(jī)床的主要構(gòu)成（2）激光電源供給激光振蕩用的高壓電源。激光振蕩器產(chǎn)生激光的主要設(shè)備。折射反射鏡用于改變激光的傳輸方向。為使光束通路不發(fā)生故障，所有反射鏡都要用保護(hù)罩加以保護(hù)。割炬主要包括槍體、聚焦透鏡、輔助氣體噴嘴等。切割工作平臺用于安裝被切割的板材或工件，能夠按照數(shù)控指令進(jìn)行運(yùn)動，工作臺各個方向的運(yùn)動通常由伺服電動機(jī)驅(qū)動。割炬驅(qū)動裝置二維或三維曲線或曲面的加工是由工作臺和割炬的共同運(yùn)動實(shí)現(xiàn)的。割炬驅(qū)動裝置由伺服電動機(jī)和絲杠等傳動件組成。2021/2/473三、數(shù)控激光切割機(jī)床（2）機(jī)床的主要構(gòu)成（2）2021/2三、數(shù)控激光切割機(jī)床（3）

機(jī)床的主要構(gòu)成（3）CNC數(shù)控裝置控制工作臺和割炬的運(yùn)動軌跡，切割出所要求的形狀，同時也控制激光器在加工不同工件或材料時的輸出功率。操作盤是一個人機(jī)界面接口。既可以顯示加工過程的狀態(tài)，又可以通過操作盤對加工過程進(jìn)行控制。氣瓶包括激光工作介質(zhì)氣瓶和輔助氣瓶，用于補(bǔ)充激光振蕩的工作氣體和供給切割用的輔助氣體。冷卻水循環(huán)裝置用于冷卻激光振蕩器。激光器是利用電能轉(zhuǎn)換成光能的裝置，如CO2氣體激光器的轉(zhuǎn)換率一般為20%，剩余的80%能量轉(zhuǎn)換成熱能。冷卻水的作用就是把多余的熱量帶走以維持激光振蕩器的正常工作?？諝飧稍锲饔糜谙蚣す庹袷幤骱凸馐饭┙o潔凈的干燥空氣，以保持通路和反射鏡的正常工作。2021/2/474三、數(shù)控激光切割機(jī)床（3）機(jī)床的主要構(gòu)成（3）2021/2三、數(shù)控激光切割機(jī)床（4）

激光切割用激光器（1）切割用激光器主要有CO2氣體激光器和釔鋁石榴石固體激光器（即YAG激光器）。CO2氣體激光器是利用封閉在容器內(nèi)的CO2氣體（實(shí)際上是CO2、N2和He的混合氣）作為工作物質(zhì)經(jīng)受激振蕩后產(chǎn)生的光放大。CO2氣體激光器的基本結(jié)構(gòu)如圖所示。氣體通過施加高壓電形成輝光放電狀態(tài)，借助設(shè)在容器兩端的反射鏡使其在反射鏡之間的區(qū)域不斷受激勵并產(chǎn)生激光。2021/2/475三、數(shù)控激光切割機(jī)床（4）激光切割用激光器（1）2021/CO2氣體激光器的基本結(jié)構(gòu)圖例2021/2/476CO2氣體激光器的基本結(jié)構(gòu)圖例2021/2/420三、數(shù)控激光切割機(jī)床（5）

激光切割用激光器（2）YAG固體激光器的結(jié)構(gòu)原理如圖所示。它是借助光學(xué)泵作用將電能轉(zhuǎn)化的能量傳送到工作介質(zhì)中，使之在激光棒與電弧燈周圍形成一個泵室。同時通過激光棒兩端的反光鏡，使光對準(zhǔn)工作介質(zhì)，對其進(jìn)行激勵以產(chǎn)生光放大，從而獲得激光。2021/2/477三、數(shù)控激光切割機(jī)床（5）激光切割用激光器（2）2021/YAG固體激光器結(jié)構(gòu)示意圖例2021/2/478YAG固體激光器結(jié)構(gòu)示意圖例2021/2/422三、數(shù)控激光切割機(jī)床（6）

割炬（1）激光切割用割炬的結(jié)構(gòu)如圖所示。主要由割炬體、聚焦透鏡、反射鏡和輔助氣體噴嘴等組成。激光切割時，割炬必須滿足下列要求：割炬能夠噴射出足夠的氣流；割炬內(nèi)氣體的噴射方向必須和反射鏡的光軸同軸；割炬的焦距能夠方便調(diào)節(jié)；切割時，保證金屬蒸氣和切割金屬的飛濺不會損傷反射鏡。2021/2/479三、數(shù)控激光切割機(jī)床（6）割炬（1）2021/2/423激光切割割炬結(jié)構(gòu)圖例2021/2/480激光切割割炬結(jié)構(gòu)圖例2021/2/424三、數(shù)控激光切割機(jī)床（7）

割炬（2）聚焦透鏡聚焦透鏡用于把射入割炬的平行激光束進(jìn)行聚焦，以獲得較小的光斑和較高的功率密度。透鏡經(jīng)常采用能透過激光波長的材料制造。固體激光常用光學(xué)玻璃，而CO2氣體激光因透不過普通玻璃，則采用ZnSe、GaAs和Ge等材料制造，其中最常用的是ZnSe。透鏡的形狀有雙凸形、平凸形和凹凸形三種。透鏡的焦距對聚焦后光斑直徑和焦點(diǎn)深度有很大影響。聚焦光斑直徑do與透鏡焦距f和入射激光束直徑D之間的關(guān)系如圖所示。由圖可見，當(dāng)入射激光束直徑D值一定時，存在一個最佳的透鏡焦距f值使聚焦光斑直徑do最小。2021/2/481三、數(shù)控激光切割機(jī)床（7）割炬（2）2021/2/425聚焦光斑直徑d0與透鏡焦距f和入射激光束直徑D之間的關(guān)系2021/2/482聚焦光斑直徑d0與透鏡焦距f和入射激光束直徑D之間的關(guān)系20三、數(shù)控激光切割機(jī)床（8）

割炬（3）焦點(diǎn)深度fd與透鏡焦距f的關(guān)系如圖所示。隨著透鏡焦距的減小，焦點(diǎn)深度也變小。2021/2/483三、數(shù)控激光切割機(jī)床（8）割炬（3）2021/2/427焦點(diǎn)深度fd與透鏡焦距f的關(guān)系圖例2021/2/484焦點(diǎn)深度fd與透鏡焦距f的關(guān)系圖例2021/2/428三、數(shù)控激光切割機(jī)床（9）

反射鏡反射鏡的功能是改變來自激光器的光束方向。對固體激光器發(fā)出的光束可使用由光學(xué)玻璃制造的反射鏡，而對CO2氣體激光切割裝置中的反射鏡常用銅或反射率高的金屬制造。反射鏡在使用過程中，為避免反射鏡受光照過熱而損壞，通常需用水進(jìn)行冷卻。2021/2/485三、數(shù)控激光切割機(jī)床（9）反射鏡2021/2/429三、數(shù)控激光切割機(jī)床（10）

噴嘴（1）噴嘴用于向切割區(qū)噴射輔助氣體，其結(jié)構(gòu)形狀對切割效率和質(zhì)量有一定影響。如圖所示為激光切割常用的噴嘴形狀，而噴孔的形狀有圓柱形、錐形和縮放形等。噴嘴的選用一般根據(jù)切割工件的材質(zhì)、厚度、輔助氣體壓力等再經(jīng)試驗(yàn)后確定。2021/2/486三、數(shù)控激光切割機(jī)床（10）噴嘴（1）2021/2/4激光切割常用噴嘴形狀圖例a）b）c）d）2021/2/487激光切割常用噴嘴形狀圖例a）三、數(shù)控激光切割機(jī)床（11）

噴嘴（2）當(dāng)用惰性氣體切割某些金屬時，為保護(hù)切口區(qū)金屬不致因空氣入侵（一般噴嘴在切割方向突然改變時常有空氣卷入切割區(qū)而發(fā)生氧化或氮化，則宜使用加保護(hù)罩的噴嘴。加玻璃絨保護(hù)罩的噴嘴結(jié)構(gòu)如圖所示。2021/2/488三、數(shù)控激光切割機(jī)床（11）噴嘴（2）2021/2/4加玻璃絨保護(hù)罩的噴嘴結(jié)構(gòu)圖例2021/2/489加玻璃絨保護(hù)罩的噴嘴結(jié)構(gòu)圖例2021/2/433三、數(shù)控激光切割機(jī)床（12）

數(shù)控激光切割設(shè)備的類型（1）

割炬驅(qū)動式切割設(shè)備割炬驅(qū)動式切割設(shè)備中，割炬安裝在可移動式門架上并沿門架大梁橫向（Y軸方向）運(yùn)動，門架帶動割炬沿X軸運(yùn)動，工件固定在切割臺上。由于激光器與割炬分離設(shè)置，在切割過程中，激光的傳輸特性、沿光束掃描方向的平行度和折光反射鏡的穩(wěn)定性都會受到影響。割炬驅(qū)動式切割設(shè)備的典型結(jié)構(gòu)如圖所示。采用CO2氣體連續(xù)激光，光束從激光器傳送到割炬的距離為18m。為了保持光束直徑在這一傳送距離內(nèi)其形狀的變化不妨礙切割加工的進(jìn)行，振蕩器反光鏡的組合應(yīng)仔細(xì)設(shè)計(jì)。

2021/2/490三、數(shù)控激光切割機(jī)床（12）數(shù)控激光切割設(shè)備的類型（1）割炬驅(qū)動式切割設(shè)備的典型結(jié)構(gòu)圖例2021/2/491割炬驅(qū)動式切割設(shè)備的典型結(jié)構(gòu)圖例2021/2/435三、數(shù)控激光切割機(jī)床（13）

數(shù)控激光切割設(shè)備的類型（2）

XY坐標(biāo)切割臺驅(qū)動式切割設(shè)備

XY坐標(biāo)切割臺驅(qū)動式切割設(shè)備，割炬固定在基架上，工件置于切割臺上。切割臺按數(shù)控指令沿X、Y方向運(yùn)動，驅(qū)動速度一般為0~1m/min（可調(diào)）或0~5m/min（可調(diào)）。由于割炬相對工件固定，在切割過程中對激光束的調(diào)準(zhǔn)對中影響小，因此能進(jìn)行均一且穩(wěn)定的切割。當(dāng)切割工作臺尺寸較小、機(jī)械精度較高時，定位精度為±0.01㎜，切割精度相當(dāng)好，特別適合于小零件的精密切割。另外也有采用X軸方向行程2300~2400㎜、Y軸方向行程1200~1300㎜的切割工作臺來加工較大尺寸的零件。2021/2/492三、數(shù)控激光切割機(jī)床（13）數(shù)控激光切割設(shè)備的類型（2）三、數(shù)控激光切割機(jī)床（14）

數(shù)控激光切割設(shè)備的類型（3）

割炬—切割臺雙驅(qū)動式切割設(shè)備割炬—切割臺雙驅(qū)動式切割設(shè)備介于割炬驅(qū)動式與XY坐標(biāo)切割臺驅(qū)動式之間。割炬安裝在門架上并沿門架大梁作橫向（Y向）運(yùn)動，切割臺沿縱向驅(qū)動，兼有切割精度高和節(jié)省生產(chǎn)場地的優(yōu)點(diǎn)。定位精度為±0.01㎜，切割速度調(diào)節(jié)范圍為0~20m/min，是應(yīng)用較多的一種切割設(shè)備。其中較大的切割設(shè)備Y軸方向行程為2000㎜，X軸方向行程為6000㎜，可切割大尺寸零件。激光振蕩器和割炬一起安裝在門架上，切割精度相當(dāng)好。切割圓孔精度和切割速度的關(guān)系如圖所示。2021/2/493三、數(shù)控激光切割機(jī)床（14）數(shù)控激光切割設(shè)備的類型（3）切割圓孔精度和切割速度的關(guān)系圖例2021/2/494切割圓孔精度和切割速度的關(guān)系圖例2021/2/438三、數(shù)控激光切割機(jī)床（15）

數(shù)控激光切割設(shè)備的類型（4）

一體式切割設(shè)備一體式切割設(shè)備中，激光器安裝在機(jī)架上并隨機(jī)架縱向移動，而割炬同其驅(qū)動機(jī)構(gòu)組成一體在機(jī)架大梁上橫向移動，利用數(shù)控方式可進(jìn)行各種成形零件的切割。為彌補(bǔ)割炬橫向移動使光路長度變化，通常備有光路長度調(diào)整組件，能在切割區(qū)范圍內(nèi)獲得均質(zhì)的光束，保持切割面質(zhì)量的同質(zhì)性。2021/2/495三、數(shù)控激光切割機(jī)床（15）數(shù)控激光切割設(shè)備的類型（4）數(shù)控五軸聯(lián)動激光加工機(jī)床

2021/2/496數(shù)控五軸聯(lián)動激光加工機(jī)床2021/2/440一、機(jī)床的構(gòu)成、運(yùn)動及主要技術(shù)參數(shù)（1）

從大的方面來說，數(shù)控五軸聯(lián)動激光加工機(jī)床由機(jī)床本體部分、激光器及外光路部分、數(shù)控系統(tǒng)部分構(gòu)成。整個機(jī)床的外形圖如圖所示。2021/2/497一、機(jī)床的構(gòu)成、運(yùn)動及主要技術(shù)參數(shù)（1）從大的方面來說，數(shù)數(shù)控五軸聯(lián)動激光加工機(jī)床外形圖例2021/2/498數(shù)控五軸聯(lián)動激光加工機(jī)床外形圖例2021/2/442一、機(jī)床的構(gòu)成、運(yùn)動及主要技術(shù)參數(shù)（2）

機(jī)床本體部分由龍門架及工作臺構(gòu)成。工作臺上安裝待加工工件，并帶動工件實(shí)現(xiàn)縱向進(jìn)給運(yùn)動（X向）。光學(xué)系統(tǒng)安裝在龍門架上，實(shí)現(xiàn)光束相對于工件的橫向進(jìn)給運(yùn)動（Y向）。為了獲得滿足加工要求的光斑直徑大小和合適的功率密度，必須調(diào)整聚焦光頭相對于工件表面的距離，因此光學(xué)系統(tǒng)有一個沿Z軸方向的垂直進(jìn)給運(yùn)動。除此以外，該機(jī)床還存在兩個方向的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動：光束繞Z軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動及光束繞水平軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。2021/2/499一、機(jī)床的構(gòu)成、運(yùn)動及主要技術(shù)參數(shù)（2）機(jī)床本體部分由龍門二、機(jī)床所能實(shí)現(xiàn)的功能數(shù)控五軸聯(lián)動激光加工機(jī)床可以實(shí)現(xiàn)下面的功能：平面與三維曲面的激光熱處理和表面熔覆；激光切割與焊接；激光切割焦點(diǎn)位置的自動測量與控制；三維曲面激光切割的示教錄返。2021/2/4100二、機(jī)床所能實(shí)現(xiàn)的功能數(shù)控五軸聯(lián)動激光加工機(jī)床可以實(shí)現(xiàn)下面的三、機(jī)床的工作原理（1）

激光熱處理與表面熔覆一般來說，用這種設(shè)備進(jìn)行熱處理和表面修復(fù)的零件較重，通常直接將工件裝在工作臺上。激光器輸出功率為5KW、直徑φ37㎜的高階模激光束。從激光器出來的激光束外光路圖如圖所示。激光束通過反射鏡1、2進(jìn)入Y軸方向，經(jīng)過反射鏡3反射后沿Z軸方向傳到反射鏡4后，經(jīng)聚焦頭上的曲面反射鏡5聚焦到工件9表面，光頭保持垂直，沿Y軸移動，工作臺沿X軸方向可進(jìn)行平面加工。如果加上Z、C、A軸的運(yùn)動就能進(jìn)行三維曲面的熱處理和熔覆。2021/2/4101三、機(jī)床的工作原理（1）激光熱處理與表面熔覆2021/2