[發明專利]一種異型材的激光切割裝置及切割方法

有效

• 申請號: 202110368577.8
• 申請日: 2021-04-06
• 公開（公告）號: CN113084365B
• 公開（公告）日: 2022-04-01
• 發明（設計）人: 李偉;姜潮;陳啟迪;羅紅平;肖耘亞;李章輝
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: B23K26/38
• 分類號: B23K26/38;B23K26/046;B23K26/70
• 代理公司: 北京律譜知識產權代理有限公司 11457
• 代理人: 黃云鐸;孫紅穎

1.一種異型材激光切割裝置，包括冷水機(1)、激光器(2)、氣源(3)、激光切割頭(4)、激光切割頭快進軸(5)、掃描鏡頭(6)、異型材夾具(8)、超聲輔助發生裝置(9)、機床床身(10)、控制面板(11)，其特征在于：

冷水機(1)通過水路連接激光切割頭(4)，激光器(2)通過光纖連接激光切割頭(4)，為激光切割提供激光光源，氣源(3)可由氣罐或氣泵提供，通過管路連接激光切割頭(4)，在激光切割時用以吹走熔渣，保護鏡頭，激光切割頭(4)連接激光切割頭快進軸(5)，用以實現激光切割頭的快速移動，異型材夾具(8)用以夾持固定工件(7)，通過機床床身(10)上各軸之間的相互配合運動，實現異型材的激光切割；利用掃描鏡頭(6)對異型材工件(7)的截面輪廓進行掃描識別，進行雙重驗證以確認異型材工件信息；超聲輔助發生裝置(9)安裝在異型材夾具端，在激光切割加工時產生超聲微振動，以加速熔渣的掉落；

其中：加工速度與激光功率、材料性質、切削厚度之間的關系為：

其中，為擴散系數，λ為導熱系數，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代表激光熔點吸收率，L_a代表材料潛伏熱，T_m代表材料熔點，T₀代表工件表面初始溫度，C_p代表定壓比熱容，k代表修整系數通過實驗數據反推擬合而來的固定參數。

2.根據權利要求1所述的異型材激光切割裝置，其特征在于：

所述激光切割頭(4)包括自動調焦裝置(12)、光學模組(13)、氣體接口(14)、長錐套(15)、光纖激光傳輸接頭(16)、冷卻水接口(17)；

所述光纖激光傳輸接頭(16)通過光纖連接激光器(2)，以提供激光切割光源，所述光學模組(13)包括準直鏡和長焦距聚焦鏡，所述自動調焦裝置(12)配合光學模組(13)，以實現不同切割高度的自動調焦，所述氣體接口(14)通過接線連接氣源(3)，以提供氣體吹散表面熔渣，保護鏡頭，所述冷卻水接口(17)通過水路連接冷水機(1)，所述長錐套(15)具有小錐頂角，可深入槽內進行切割加工。

3.根據權利要求1所述的異型材激光切割裝置，其特征在于：

所述激光切割頭(4)最大功率為1kW，切割速度可達5-10m/min。

4.根據權利要求2所述的異型材激光切割裝置，其特征在于：

激光切割頭長錐套(15)長度為120mm，壁厚為1.0-1.5mm，錐角為5-10°。

5.一種異型材激光切割方法，其特征在于：通過以下方式實現：

步驟1、異型材工件(7)通過異型材夾具(8)固定夾持，人為操作控制面板(11)讀取異型材工件(7)的CAD文件數據，同時，利用掃描鏡頭(6)對異型材工件(7)的截面輪廓進行掃描識別，進行雙重驗證以確認異型材工件信息，當異型材工件信息確認后，控制系統自動調取加工參數，以進行激光切割加工；

步驟2、激光切割頭根據設定的加工路徑自動規劃加工速度進行全功率激光切割加工，當異型材工件截面高度變化時，控制系統控制激光切割頭快進軸快速移動，以保持激光切割頭與異型材工件表面的間距不變，當異型材工件截面厚度變化時，控制系統根據截面厚度，自動調整加工速度，并根據加工速度匹配超聲輔助發生裝置(9)的超聲振動頻率和振幅；

其中：加工速度與激光功率、材料性質、切削厚度之間的關系為：

其中，為擴散系數，λ為導熱系數，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代表激光熔點吸收率，L_a代表材料潛伏熱，T_m代表材料熔點，T₀代表異型材工件表面初始溫度，C_p代表定壓比熱容，k代表修整系數通過實驗數據反推擬合而來的固定參數；

步驟3、當切割完成后，氣源(3)、激光器(2)、冷水機(1)停止工作，激光切割頭(4)遠離異型材工件，回到指令位置，異型材夾具(8)夾持異型材工件移出加工區域，之后返回原位，等待后續異型材工件的加工指令。