CN109048085A - 一种铝合金激光切削工艺和激光切割头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铝合金激光切削工艺，包括编写加工程序，装夹工件，对激光切割机进行调焦和对刀，并在加工过程中设置吹气和切屑收集装置，完成切割后调动焦距移动到下一处进行切割。这种铝合金激光切削工艺，提高生产效率生产质量并降低生产成本，并利用压缩空气进行吹屑和对激光切削头的冷却保护，通过切屑收集装置对切屑进行收集和抽走有害气体。与之相应，一种应用于铝合金激光切削工艺的激光切割头，包括外壁、聚焦镜、吸嘴和单向透光镜，外壁上设有吹气管道。该激光切割头可以兼顾冷却、吹屑、吸屑等多种功能，结构紧凑耐用，提高铝合金材料的加工效率，并充分考虑环境保护问题与碎屑材料回收问题。此发明用于激光加工领域。

Description

一种铝合金激光切削工艺和激光切割头

技术领域

本发明涉及激光加工领域，特别是涉及一种铝合金激光切削工艺和激光切割头。

背景技术

目前在大多数板料上面需要开孔引槽，譬如一体机边框、电视边框下边框会有许多接口，如：按键孔、前置喇叭孔、前置USB、HMDI、VGA等，且大小不一。这时，便需要在边框框上加工出相应的孔槽。现在比较普遍的做法就是利用不同的刀具进行机械加工。但是在机械加工的过程中会有很多不便，如加工过程中很多时候需要不断切换不同直径大小的刀具，造成生产效率低下。而且，很多时候面对比较小的孔槽，较小直径铣刀容易断刀，成本增加等。

并且在很多时候普通机械加工容易产生振动，误差比较大，也会比较容易造成工件变形，特别是针对铝合金钣金材料的加工影响更大。而精密的加工设备又比较昂贵，很难满足普通工厂的需求。而由于边框材料多为铝合金，一般切削的后切屑比较小也比较轻，容易四处飘散，很难处理干净。而且机械加工往往会有比较大的噪音，影响厂区环境。

发明内容

本发明的目的在于提供一种加工便捷、生产效率高的铝合金激光切削工艺，与之相应的一种结构紧凑、实用性强的激光切割头。

本发明所采取的技术方案是：一种铝合金激光切削工艺，包括以下步骤：

1)、设计铝合金板件材料上槽孔的加工区域，编写相应的加工编程；

2)、利用夹具将铝合金板件材料夹紧固定在激光切割机的工作台上；

3)、调节激光切割头的高度，进行调焦和对刀；

4)、打开高压气体阀门，使高压气体吹向激光切割的焦点位置，并在激光切割头处设置切屑收集装置；

5)、移动激光切割头进行切割，完成该处的切割后，调动焦距移动激光切割头到铝合金板件材料的另一处聚焦后进行切割。

作为上述方案的改进，步骤4)中的切屑收集装置中连接有吸风电机，并在外部设置有切屑分离装置和气体处理装置。

作为上述方案的改进，步骤1)中编写的加工程序中加入在完成某一区域的加工后移动导下一区域之前记录下当前焦距，然后改变焦距，移动到下个加工区域后恢复焦距的指令。

作为上述方案的改进，步骤3)中的激光切割头与铝合金板件材料工件之间设置单向透光镜。

作为上述方案的改进，步骤2)中的激光切割机所发射激光束的波长为355nm或532nm。

作为上述方案的改进，步骤4)中的高压气体为高压空气或高压氮气。

与之相应，一种应用于铝合金激光切削工艺的激光切割头，包括外壁、聚焦镜、吸嘴和单向透光镜，外壁成长筒形并在其下端收缩形成喷嘴，聚焦镜为凸透镜并位于外壁上端的内部，吸嘴固定在外壁上并环绕喷嘴，吸嘴在朝向喷嘴的一侧开口，吸嘴连接到外部的吸风电机和滤屑装置，单向透光镜位于喷嘴位置处，外壁上设有若干吹气管道，各吹气管道的吹风口均位于喷嘴底部。

作为上述方案的改进，吹气管道位于外壁中并沿外部轴心均匀分布，吹气管道的入风口大于吹风口。

作为上述方案的改进，单向透光镜各个位置上的厚度一致，单向透光镜向外壁内部凸起。

本发明的有益效果：这种铝合金激光切削工艺，利用激光切削完成铝合金材料的孔槽加工，大大提高加工效率，提高生产质量并降低生产成本，设置单向透光镜，提高激光对铝合金材料的加工效率，减少铝合金材料反射激光光束对激光切割机的伤害，并利用压缩空气进行吹屑和对激光切削头的冷却保护，通过切屑收集装置对切屑进行收集，并抽走激光切削产生的有害气体，在促进散热、收集切屑的同时又保护环境；与之相应的一种激光切割头，设置有吸嘴、吹气管道、单向透光镜，兼顾加工冷却、保护、吸屑等多种功能，组合起来可以很大程度上提高铝合金材料的加工效率，充分考虑环境保护问题与碎屑材料回收问题，并且结构紧凑、耐用性强。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1是该激光切割头的结构示意图。

具体实施方式

本发明为一种铝合金激光切削工艺，包括以下步骤：

1)、设计铝合金板件材料上槽孔的加工区域，编写相应的加工编程；

2)、利用夹具将铝合金板件材料夹紧固定在激光切割机的工作台上；

3)、调节激光切割头的高度，进行调焦和对刀；

4)、打开高压气体阀门，使高压气体吹向激光切割的焦点，并在激光切割头处设置切屑收集装置；

5)、移动激光切割头进行切割，完成该处的切割后，调动焦距移动激光切割头到铝合金板件材料的另一处聚焦后进行切割。

作为优选的实施方式，步骤4)中的切屑收集装置中连接有吸风电机，利用吸尘器的原理进行切屑的收集。切屑收集装置同时还收集起激光切削加工过程中的有毒气体，保护环境，并减少对人体造成伤害。在切屑收集装置的外部设置有切屑分离装置和气体处理装置，进行切屑和废气的处理。

作为优选的实施方式，步骤1)中编写的加工程序中加入在完成某一区域的加工后移动导下一区域之前记录下当前焦距，然后改变焦距，移动到下个加工区域后恢复焦距的指令。一般需要在同一铝合金材料上加工多个孔槽，而每个孔槽相互之间是不相接的。激光光束11在聚焦位置能量最大，而在激光光束11的其它位置处能力比较弱。加工完一处区域后调节焦距接着快速移动至下一处加工区域，无需关闭激光切割机便移动到下个加工区域。在移动过程中利用铝合金具有一定的反射能力，激光光束11不会对不加工区域造成损伤。而由于铝合金钣金材料大多是厚度一致的，在下一处加工区域的激光切割开始之前调回以前的焦距参数就可以继续进行激光切割。

作为优选的实施方式，步骤3)中的激光切割头与铝合金板件材料工件之间设置单向透光镜。对于铝合金材料，由于自身的一些特性会造成部分激光的反射，容易损坏激光切割机，特别是激光切割头。单向透光镜在透过激光光束11加工的同时可以有效回射部分反射激光，促进铝合金材料的吸收。

作为优选的实施方式，步骤2)中的激光切割机所发射激光束的波长为355nm或532nm。根据对铝合金材料对激光吸收率的研究可知，铝合金材料在355nm及532nm波长附近激光的吸收率都很高，所以选用激光光束11的波长为355nm或532nm。并且，在步骤4)中的高压气体为高压空气或高压氮气，可以保证在加工过程中不发生烧边现象，同时可以很好地降温并吹走切屑。

参照图1，与之相应的一种应用于铝合金激光切削工艺的激光切割头，包括外壁12、聚焦镜13、吸嘴15和单向透光镜16。外壁12成长筒形并在其下端收缩形成喷嘴，一般使用耐高温耐磨损的材料制成，并且需要有一定的刚度保证加工精度。外壁12的下端缩小形成喷嘴，一般其缩小方式为收敛式和锥形式。聚焦镜13为凸透镜并位于外壁12上端的内部，激光器射出的原始光束经过聚焦镜13聚焦,形成高能量密度的光斑。吸嘴15部分固定在外壁12上并环绕喷嘴，一般是具有一定弹性的材质组成，但必须保证其耐高温耐磨损的能力。吸嘴15在朝向喷嘴的一侧开口，吸嘴15连接到外部的吸风电机、切屑分离装置和气体处理装置，从开口抽气，带走有毒气体和切屑。单向透光镜16位于喷嘴位置处，可以透过来自激光切割机的激光光束11，反射来自外部的部分激光。外壁12上设有若干吹气管道14，各吹气管道14的吹风口均位于喷嘴底部。

作为优选的实施方式，吹气管道14位于外壁12中，即在外壁12壁厚上开有若干通道作为吹气管道14。吹气管道14沿外部轴心均匀分布，吹气管道14的入风口大于吹风口。使吹风口出风更加均匀，并提高出风的压力，保证吹风的效果。而单向透光镜16各个位置上的厚度一致，确保不会发焦点的改变。单向透光镜16向外壁12内部凸起，这样在回射外部反射的激光时可以有效聚焦回铝合金材料上面，提高激光能力的利用。

在本实施例中，利用该铝合金激光切削工艺对铝合金边框工件2进行加工。其工艺步骤如下：

1)、先设计铝合金边框工件2的上槽孔加工区域，利用设计图纸进行编写相应的加工编程；由于对铝合金边框工件2中有多个加工区域，在编写加工程序时，在每个加工区域完成加工后添加改变焦距的指令，然后再下一个加工区域完成加工后恢复之前的焦距设置参数；

2)、利用夹具将铝合金边框工件2夹紧固定在激光切割机的工作台上，在加工过程中需要保证铝合金边框工件2在加工过程中可以稳定，保证激光切割加工的精度；

3)、调节激光切割头的高度，一般高度在0.5mm到10mm之间，并对该激光切割机进行调焦，一般焦点位于铝合金边框工件2加工表面位置，然后进行对刀，确定工件坐标系；

4)、打开高压氮气阀门，使高压氮气吹向激光切割的焦点，吹走切屑和有毒气体，并在激光切割头处设置切屑收集装置，用以收集切屑和吸走有毒气体进行后续处理；

5)、移动激光切割头进行切割，完成该处的切割后，调动焦距移动激光切割头到铝合金板件材料的另一处聚焦后进行切割。

在本实施例中，激光切割头中设置沿轴心分布的8根吹气管道14，并且连接到外部的高压氮气瓶中。而外壁12底部周围设置的吸嘴15连接到吸风电机上，并连接到切屑分离装置和气体处理装置。单向透光镜16设置向凸起，在回射外部反射激光的同时聚焦回铝合金边框工件2表面。利用该激光切割头进行切削时，铝合金边框工件2的加工区域经连续激光的照射后在中心形成一个凹坑，然后由来吹气管道14的高压氮气将被激光光束11焦点位置的熔融材料去除形成一个孔，同时高压氮气在对激光切割头和工件进行通风冷却。在这个过程中，被高压氮气吹起的切屑，由于其质量较轻而且体积较小，很容易就被吸嘴15吸走。而且由吹气管道14出来的高压氮气也会被吸嘴15吸走，并带走一些有毒气体。然后，再进行后续的切屑分离处理和气体处理装置。而单向透光镜16可以很好地回射铝合金边框工件2反射回来的部分激光，并聚焦回工件上面，提高激光加工效率。紧跟着，随着切割头的不断移动，逐步完成切削加工。

当然，本设计创造并不局限于上述实施方式，上述各实施例不同特征的组合，也可以达到良好的效果。熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出等同变形或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (9)

1.一种铝合金激光切削工艺，其特征在于：包括以下步骤：

1)、设计铝合金板件材料上槽孔的加工区域，编写相应的加工编程；

2)、利用夹具将铝合金板件材料夹紧固定在激光切割机的工作台上；

3)、调节激光切割头的高度，进行调焦和对刀；

4)、打开高压气体阀门，使高压气体吹向激光切割的焦点位置，并在激光切割头处设置切屑收集装置；

5)、移动激光切割头进行切割，完成该处的切割后，调动焦距移动激光切割头到铝合金板件材料的另一处聚焦后进行切割。

2.根据权利要求1所述的铝合金激光切削工艺，其特征在于：所述步骤4)中的切屑收集装置中连接有吸风电机，并在外部设置有切屑分离装置和气体处理装置。

3.根据权利要求2所述的铝合金激光切削工艺，其特征在于：所述步骤1)中编写的加工程序中加入在完成某一区域的加工后移动导下一区域之前记录下当前焦距，然后改变焦距，移动到下个加工区域后恢复焦距的指令。

4.根据权利要求3所述的铝合金激光切削工艺，其特征在于：所述步骤3)中的激光切割头与铝合金板件材料工件之间设置单向透光镜(16)。

5.根据权利要求4所述的铝合金激光切削工艺，其特征在于：所述步骤2)中的激光切割机所发射激光束的波长为355nm或532nm。

6.根据权利要求5所述的铝合金激光切削工艺，其特征在于：所述步骤4)中的高压气体为高压空气或高压氮气。

7.一种应用于权利要求1～6任一项所述铝合金激光切削工艺的激光切割头，其特征在于：包括外壁(12)、聚焦镜(13)、吸嘴(15)和单向透光镜(16)，所述外壁(12)成长筒形并在其下端收缩形成喷嘴，所述聚焦镜(13)为凸透镜并位于外壁(12)上端的内部，所述单向透光镜(16)位于喷嘴位置处，所述吸嘴(15)固定在外壁(12)上并环绕喷嘴，所述吸嘴(15)在朝向喷嘴的一侧开口，所述吸嘴(15)连接到外部的吸风电机和滤屑装置，所述外壁(12)上设有若干吹气管道(14)，各所述吹气管道(14)的吹风口均位于喷嘴底部。

8.根据权利要求7所述的激光切割头，其特征在于：所述吹气管道(14)位于外壁(12)中并沿外部轴心均匀分布，所述吹气管道(14)的入风口大于吹风口。

9.根据权利要求8所述的激光切割头，其特征在于：所述单向透光镜(16)各个位置上的厚度一致，所述单向透光镜(16)向外壁(12)内部凸起。