[發(fā)明專利]一種異型材的激光切割裝置及切割方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110368577.8
• 申請日: 2021-04-06
• 公開（公告）號: CN113084365B
• 公開（公告）日: 2022-04-01
• 發(fā)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(chǎn)權代理有限公司 11457
• 代理人: 黃云鐸;孫紅穎

本發(fā)明公開了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(fā)生裝置(9)、機床床身(10)、控制面板(11)；同時，本發(fā)明還公開了一種異型材激光切割方法，所述異型材激光切割方法針對異型材截面形狀、壁厚變化復雜，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輸出，依據(jù)截面輪廓的厚度，形狀的變化，來匹配激光切割速度，從而最大化加工效率；同時，該裝置的激光切割頭中的光學模組使用長焦距聚焦鏡，配合長錐套，以實現(xiàn)深槽型孔的主動防干涉加工。

技術領域

本發(fā)明屬于激光切割技術領域，具體涉及一種異型材的激光切割裝置及切割方法。

背景技術

異型材種類繁多，結(jié)構復雜，傳統(tǒng)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對工件進行切割的方法，具有加工速度快、加工質(zhì)量好等優(yōu)點，是理想的異型材加工解決方案。

常規(guī)激光切割在進行工件加工時，需根據(jù)切割速度來改變激光輸出功率，從而滿足功率與速度的匹配以防止出現(xiàn)加工過燒現(xiàn)象，但根據(jù)加工速度來調(diào)整激光功率無法實現(xiàn)在整個加工過程中實現(xiàn)激光的全功率輸出，在一定程度上對激光功率是一種浪費，限制了加工效率的進一步提高。針對異型材切割加工，在滿足一定的加工邊緣質(zhì)量的前提下，更加注重加工效率；此外，傳統(tǒng)激光切割在切割頭端部配備高度隨動控制傳感器，采用高度隨動功能感應加工工件表面，從而保持切割頭與工件之間距離相對不變，但鋁門窗異型材的角碼孔常位于滑道深槽中，槽深往往大于30mm，由于切割頭形狀、尺寸的限制，往往使得切割頭與深槽立邊之間的距離小于與被加工面之間的距離，當激光切割頭端部的高度隨動傳感器首先感應到工件立邊時，會導致切割頭無法靠近工件表面實施切割，即使可以實現(xiàn)切割也極易與深槽立邊發(fā)生干涉，而激光切割速度極快(5m/min)，一旦切割頭與立邊發(fā)生碰撞，將會產(chǎn)生破壞性的后果，因此，針對異型材深槽型孔加工必須取消高度隨動，并設計專門的激光切割頭與深槽加工方法，否則無法進行深槽型孔的加工；激光切割是利用高能量密度束使被加工件瞬間融化，其融化部位冷卻后會使被加工件邊緣產(chǎn)生“掛渣”現(xiàn)象，即融化的材料在冷卻后粘結(jié)在加工邊緣，導致切割邊緣質(zhì)量變差，因此，為提高加工邊緣表面質(zhì)量，需對切割邊緣進行二次處理，而二次處理在實際生產(chǎn)中會增加加工工序，提高加工成本，且不利于加工效率的提升。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為解決鋁門窗異型材激光切割中，變截面切割困難，深槽切割干涉、激光加工邊緣質(zhì)量差等問題，提出能夠使得激光切割功率在加工全過程保持不變，以保證每段加工都是在全功率激光輸出的條件下，實現(xiàn)異型材工件切斷的最大速度自動切割裝置和方法。

為解決上述技術問題，本發(fā)明采取如下技術方案是提供一種異型材激光切割裝置，包括冷水機、激光器、氣源、激光切割頭、激光切割頭快進軸、掃描鏡頭、異型材夾具、超聲輔助發(fā)生裝置、機床床身、控制面板，其特征在于：

冷水機通過水路連接激光切割頭，激光器通過光纖連接激光切割頭，為激光切割提供激光光源，氣源可由氣罐或氣泵提供，通過管路連接激光切割頭，在激光切割時用以吹走熔渣，保護鏡頭，激光切割頭連接激光切割頭快進軸，用以實現(xiàn)激光切割頭的快速移動，異型材夾具用以夾持固定工件，通過機床床身上各軸之間的相互配合運動，實現(xiàn)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(fā)生裝置安裝在異型材夾具端，在激光切割加工時產(chǎn)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(zhì)、切削厚度之間的關系為：

其中，為擴散系數(shù)，λ為導熱系數(shù)，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(shù)通過實驗數(shù)據(jù)反推擬合而來的固定參數(shù)。