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激光切割加工的工作原理主要基於激光技術和機械傳動技術,其具體過程可以概括為以下幾個方面:
一、激光產生與聚焦
激光產生:激光切割機中的激光器是產生激光束的核心部件。激光器中的增益介質在泵浦源的激發下,產生上下能級之間的躍遷,從而釋放出激光。通過諧振腔的調整,將激光束聚焦在特定方向上,形成高能量密度的激光束。
激光聚焦:激光束通過反射鏡和光學纖維等光學元件,傳輸到切割頭上。在傳輸過程中,激光束經過聚焦和準直處理,以保證激光束的能量分布均勻和切割頭的切割精度。當激光束通過聚焦透鏡後,被聚焦到極小的焦點上,形成高能量密度的光斑。
二、材料加工
照射與熔化/汽化:高能量密度的光斑照射到待切割的材料表面,使其瞬間熔化或達到點燃點。激光束的能量足以使材料在極短的時間內熔化或汽化,從而在材料表面形成微小的切縫。
氣體輔助切割:在切割過程中,一股與光束同軸的氣流由切割頭噴出,將熔化或氣化的材料由切口的底部吹出。這股氣流不僅有助於清除切割產生的廢料,還能起到冷卻已切割面、減少熱影響區的作用。同時,如果吹出的氣體和被切割材料產生熱效反應,此反應將提供切割所需的附加能源。
三、自動化控制
數控系統:激光切割機采用計算機數控系統(CNC)來控制整個切割過程。在計算機的控制下,激光加工頭與被加工材料按預先繪好的圖形進行連續相對運動打點,從而將物體加工成想要的形狀。
運動與定位:激光切割機的傳動系統通常采用同步帶傳動或齒輪傳動等方式,將動力傳輸到工作臺上,實現材料的進給和定位。這些傳動系統保證了切割過程中的精確性和穩定性。
四、應用領域與優勢
應用領域:激光切割技術廣泛應用於金屬和非金屬材料的加工中,如汽車、家電、電子產品等制造領域。它可以大大減少加工時間、降低加工成本並提高工件質量。
優勢:激光切割加工具有高精度(可達微米級別)、高速度(切割速度極快)、適用範圍廣(可適用於各種材料)、自動化程度高(減少人工幹預)和環保節能(能耗低且不會產生大量廢料和噪音汙染)等優勢。
綜上所述,激光切割加工的工作原理是通過高能量密度的激光束照射並熔化或汽化待切割材料,同時借助與光束同軸的氣流清除廢料並冷卻已切割面,最終實現材料的精確切割。