CN112935600B - 一种激光切割机数字孪生系统切割孪生板材的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光切割机数字孪生系统切割孪生板材的方法，包括底座、上料机构、切割进给机构、抽风机构和数字孪生系统，构建与实体切割机相对应的三维模型，并将其导入数字孪生系统的三维引擎中；所述数字孪生系统通过工业互联网实时获取切割机的动作数据，基于三维引擎对所述切割机三维模型进行匹配、调试，完成孪生切割机三维模型的动作、状态与真实环境同步；基于三维引擎的虚拟环境完成板材物料的数字孪生；本发明的有益效果：对于切割位置产生的热量及时吸走，防止板材过热变形；基于数字孪生还原切割机的状态，数据驱动与真实环境实时同步，物料生成实时同步；实时孪生切割物料，可用于物料生产方案的验证以及生产过程的检测预警。

Description

一种激光切割机数字孪生系统切割孪生板材的方法

技术领域

本发明属于切割机技术领域，具体涉及一种激光切割机及其数字孪生系统切割孪生板材的方法。

背景技术

激光切割是利用高功率密度激光束照射被切割材料，使材料很快被加热至汽化温度，蒸发形成孔洞，随着光束对材料的移动，孔洞连续形成宽度很窄的切缝，完成对材料的切割，激光切割是利用经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、烧蚀或达到燃点，同时借助与光束同轴的高速气流吹除熔融物质，从而实现将工件割开。激光切割机具有精度高，切割快，效果好的特点，将逐渐取代部分传统的切割工艺设备。

激光切割机多用于板材的下料、雕刻，以及镂空图案的加工。激光切割机在工作的过程中激光束会产生大量的热量。板材在加工过程中容易因为受热不均而发生局部变形，影响质量。同时，在加工过程中产生的大量的熔融的物质颗粒以及粉尘，会大量的散发至大气当中，对周围环境以及待加工的板材表面造成污染，增加了处理成本，危害工人身体健康。

另外，激光切割机在针对贵重材质板材加工的过程中，如果出现加工问题，会导致整个板材的废料，成本很高，亟需一种可以针对生产过程进行验证和预警的系统，在加工之前做好加工整个过程的预演验证，保证加工的准确率。

其次，对于板材物料的切割下料，对于切割下来的物料的数据统计同样重要。有时，切割下来的物料，可以进一步的进行加工利用。对于其加工利用的前提，是对切割下来的物料的尺寸数据的完整存储，包括外形尺寸、体积、质量等。

数字孪生技术的广泛应用，为上述技术问题的解决提供了一种方向。数字孪生技术是以数字化方式创建物理实体的虚拟模型，借助数据模拟物理实体在现实环境中的行为。作为一种充分利用模型、数据、智能并集成多学科的技术，数字孪生面向产品全生命周期过程，发挥连接物理世界和信息世界的桥梁和纽带作用。

数字孪生实现了现实物理系统向虚拟空间数字化模型的反馈。这是一次工业领域中，逆向思维的壮举，人们试图将物理世界发生的一切，塞回到数字空间中，只有带有回路反馈的全生命跟踪，才是真正的全生命周期概念。这样，就可以真正在全生命周期范围内，保证数字与物理世界的协调一致。

但是在数字孪生过程中，对于固定的设备，通过精确的测量、实时的数据传输可以较为容易的实现孪生过程，但是被切割下来的物料本身并不具有对外数据传输的接口，又难以对其进行实时的精确测量，因此当数字孪生技术在下料成型线上的应用时，下料线切割区域对切割下来的物料的数字孪生是一个亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的一是为了解决激光切割机工作过程中产生大量热量，引起板材变形的问题；目的之二是为了解决激光切割机在工作过程中产生的大量的废料、粉尘、颗粒等杂志影响工件表面质量，污染环境的问题；目的之三是如何完成重要板材加工之前的加工预演验证，提高加工的准确性，并且，如何将切割下来的物料的数据信息进行收集、存储，提供了一种激光切割机及其数字孪生系统切割孪生板材的方法。

一种激光切割机，包括底座、上料机构和切割进给机构；

所述上料机构设置于底座上，用于夹持待加工的板材，并切割进给，包括托架、第一电机，所属托架通过导轨滑块机构可滑动的设置于底座上，托架上具有矩形槽，所述矩形槽用于放置待加工板材，托架上设置有夹紧气缸，所述夹紧气缸的杆端伸入到矩形槽内，用于向下夹紧板材，所属第一电机设置于托架上，其输出轴连接齿轮，所述齿轮与设置于底座上的齿条啮合传动；

所述切割进给机构包括横梁、升降杆、第一丝杆、第一滑杆、激光发生器、激光切割头和第二电机；

所述横梁通过升降杆设置于底座上，所述第一丝杆可转动的设置于横梁的下方位置，第一滑杆设置于横梁上并与第一丝杆平行设置，所述激光发生器可滑动的设置于第一滑杆上，并与第一丝杆螺纹连接，所述第二电机设置于横梁上，其输出轴与第一丝杆同轴连接；

其特征在于，还包括抽风机构和数字孪生系统；

所述抽风机构包括抽风支架、第二丝杆、第二滑杆、第三电机和抽风管；

所述抽风支架设置于底座上，所述第二丝杆可转动的设置于抽风支架上，并与设置于抽风支架上的第三电机的输出轴同轴连接，所述第二滑杆设置于抽风支架上并与第二丝杆平行设置，所述抽风管的上端向上贴近待加工板材下方位置，抽风管下端具有夹持板，夹持板将抽风管上端夹持住，并与第二丝杆螺纹连接，与第二滑杆滑动连接；

所述数字孪生系统包括三维引擎，所述三维引擎中导入激光切割机的三维模型和板材物料的三维模型，所述激光切割机的三维模型根据实体激光切割机构建，所述板材物料的三维模型根据实体板材物料构建，所述数字孪生系统与实体激光切割机数据通信，以获取实体激光切割机的实时动作数据信息。

一种激光切割机数字孪生系统切割孪生板材的方法，采用上述的激光切割机，包括以下步骤：

S1.数字孪生系统获取孪生板材物料顶面所在平面；

S2.将孪生激光切割头的切割路径坐标点记录在孪生板材物料顶面所在平面对应位置；

S3.生成孪生板材物料的生成面，所述生成面包括顶生成面、底生成面和侧生成面, 所述生成面将孪生板材物料分割为剩余孪生板材及切割成型的孪生模型体；

S4.在三维引擎中添加孪生模型体的材质以及物理碰撞属性，完成孪生板材物料的切割、成型。

优选的，所述S3生成孪生板材物料的生成面需要确定生成面对应的顶点、三角形、法线。

优选的，所述顶点为S2获取的孪生激光切割头切割路径坐标点。

优选的，所述S3孪生板材物料的顶生成面是利用耳切法，将所述孪生激光切割头切割路径坐标点按顺序连接得到的闭合路径生成若干三角形组合而成。

优选的，所述S3孪生板材物料的底生成面，是将位于孪生板材物料顶面上的各个孪生激光切割头切割路径坐标点复制到孪生板材物料的底面上，得到孪生激光切割头切割路径坐标点在底面上的投影点，得到投影坐标点，依次连接投影坐标点形成的闭合路径，利用耳切法将投影坐标点形成的闭合路径分割为若干三角形，组合得到底生成面。

优选的，所述S3孪生板材物料的侧生成面为相邻的两个孪生激光切割头切割路径坐标点与对应的投影坐标点共四个点依次连接形成的闭环围成的平面连接而成。

本发明的有益效果：

1.对于切割位置产生的热量及时吸走，防止板材过热变形；

2.在吸走热量的同时，将切割过程产生的废料、粉尘、杂质同时吸走，保证板材物料、环境的干净整洁，降低危害；

3.基于数字孪生1：1还原实体激光切割机的状态，数据驱动与真实环境实时同步，物料生成实时同步；

4.以切割设备运动实时切割路径坐标点为数据基础，数据点数量多、位置准确，数字孪生板材物料对真实物料的还原度极高；

5.实时孪生切割物料，可用于物料生产方案的验证以及生产过程的检测预警。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图；

图2为本发明的数字孪生激光切割机实时孪生切割物料方法的流程图；

图3为本发明的数字孪生激光切割机轨迹线示意图；

图4为本发明的数字孪生激光切割机切割下物料生成孪生体示意图；

图5为本发明的夹持板结构示意图。

1、底座；21、托架；22、第一电机；23、齿轮；24、齿条；25、矩形槽；26、夹紧气缸；31、横梁；32、升降杆；33、第一丝杆；34、第一滑杆；35、激光发生器；36、激光切割头；37、第二电机；41、抽风支架；42、第二丝杆；43、第三电机；44、第二滑杆；45、抽风管；46、过滤器；47、风机；48、夹持板；481、支架；482、固定块。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明的技术方案做进一步说明。

如图1所示，一种激光切割机，包括底座1、上料机构、切割进给机构、抽风机构和数字孪生系统。

所述上料机构设置于底座1上，用于夹持待加工的板材，并切割进给，包括托架21、第一电机22，所属托架21通过导轨滑块机构可滑动的设置于底座1上，托架21上具有矩形槽25，所述矩形槽25用于放置待加工板材，托架21上设置有夹紧气缸26，所述夹紧气缸26的杆端伸入到矩形槽25内，用于向下夹紧板材，所属第一电机22设置于托架21上，其输出轴连接齿轮23，所述齿轮23与设置于底座1上的齿条24啮合传动。

图中，托架21左右对称各一的设置于底座1上，每一托架21对应一套电机驱动系统，这样的驱动设置方式，使的驱动更平稳，防止单边启动造成的两边导轨滑块不同步而引起的卡滞现象。

如图1所示，所述切割进给机构包括横梁31、升降杆32、第一丝杆33、第一滑杆34、激光发生器35、激光切割头36和第二电机37。

所述横梁31通过升降杆32设置于底座1上，所述第一丝杆33可转动的设置于横梁31的下方位置，第一滑杆34设置于横梁31上并与第一丝杆33平行设置，所述激光发生器35可滑动的设置于第一滑杆34上，并与第一丝杆33螺纹连接，所述第二电机37设置于横梁31上，其输出轴与第一丝杆33同轴连接。

所述抽风机构包括抽风支架41、第二丝杆42、第二滑杆44、第三电机43、抽风管45、过滤器46和风机47。

所述抽风支架41设置于底座1上，所述第二丝杆42可转动的设置于抽风支架41上，并与设置于抽风支架41上的第三电机43的输出轴同轴连接，所述第二滑杆44设置于抽风支架41上并与第二丝杆42平行设置，所述抽风管45的上端向上贴近待加工板材下方位置，抽风管45下端具有夹持板48，夹持板48将抽风管45上端夹持住，并与第二丝杆42螺纹连接，与第二滑杆44滑动连接。

如图5所示，夹持板48一面固定设置支架481，支架481与抽风管45上端管口固定连接，起到夹持的作用。夹持板48的另一面固定设置固定块482。固定块482上开设螺纹孔与第二丝杆42螺纹连接，开设通孔与第二滑杆44滑动连接。

抽风管45为耐高温软质材料制成。

所述抽风管45上设置过滤器46和风机47，抽风管45的另一端连接通风管道，或者通往车间外部。过滤器46中设置过滤网，将大颗粒杂质过滤筛选出来。

如图1所示的工作原理说明，升降杆用于调整激光切割头的高度位置，一次调整之后，进入工作状态即不再变动。切割进给机构，用于在左右方向的切割进给。同步的，抽风管在抽风机构的作用下，跟随激光头同步运动。抽风管对准激光切割的下方位置，将切割产生的热量、粉尘和废料统统吸走，既起到了冷却的作用，吸走了切割刀产生的热量，又吸走了粉尘颗粒，保护了板材。

托架21通过齿轮齿条的进给机构，实现垂直纸面方向的进给，与切割进给机构相结合，就形成了两个方向的切割进给，完成复杂形状板材的下料、切割。

通过对激光切割机整体结构的改进，提供了抽风机构的设置空间，使得抽风管可以同步的跟随激光切割头移动，而不会与激光切割机产生位置干涉。

如图2、3、4所示，数字孪生系统包括三维引擎，所述三维引擎中导入激光切割机的三维模型和板材物料的三维模型，所述激光切割机的三维模型根据实体激光切割机构建，所述板材物料的三维模型根据实体板材物料构建，数字孪生系统与实体激光切割机数据连通。数字孪生系统可以通过工业互联网实时获取实体激光切割机的动作数据，基于三维引擎对实体激光切割机的三维模型进行匹配、调试，完成数字孪生激光切割机三维模型的动作、状态与实体激光切割机同步。

激光切割机数字孪生系统的工作原理说明。本申请的激光切割机应用场景需是智能化的加工工厂、无人化加工的工厂。在智能化工厂中，无人或者工人数量极少，所有的搬运上料、加工、下料都是自动控制系统来完成。自动控制系统，一方面对工厂的设备（激光切割机）进行控制，操控设备按照指令进行加工作业；另一方面，也对工厂的设备进行监控，实时监测、显示设备状态，使工人可以在控制室，通过控制系统，了解全工厂的工作环境。自动控制系统，例如可以通过PLC控制，在设备动作末端设置传感器，在设备末端设置驱动器（例如伺服电机），通过PLC发送指令控制伺服电机来驱动设备动作，通过PLC采集传感器的数据信号，确定设备部件的运动信息数据。自动控制系统也可以是激光切割机的控制系统，例如，工厂仅有一台激光切割机。自动控制系统也可以是整个工厂的控制系统，例如，工厂里有激光切割机、智能天车、RGV搬运车等设备，所有的设备都有自动控制系统来控制运行。数字孪生系统通过互联网通信，例如，mqtt协议、sockett协议，实现数据通信，以获取实体激光切割机的工作过程，以及板材物料的搬运过程路径和位姿。例如，其数据采集信息的频率可以是0.5s/次。

激光切割机数字孪生系统，是在三维引擎（例如Unity3D）中导入设备的1：1三维模型、导入物料板材的1：1三维模型，将三维模型的动作与实体设备保持同步。

数字孪生系统中数字孪生激光切割机的三维模型的创建。三维模型的创建，基于常用的三维绘图软件，根据实体激光切割机的各个零部件1：1的创建，被装配到一起。除了尺寸一一对应，其零部件之间的约束关系也应一一对应。对于零部件之间可以相互运动的，在三维模型中也应该保持相对应的位置关系。然后，将创建好的三维模型（即数字孪生激光切割机）导入到三维引擎中为后续工作做好准备。后续工作是指数字孪生激光切割机三维模型的零部件动作实时跟随实体激光切割机的动作。

板材物料的三维模型的创建。对于板材物料的规格，工厂使用的规格是有限的、可统计的，例如长、宽、厚度、材质等信息。根据工厂的实际情况，需要预先创建的，作为工厂的板材物料三维模型库。

数字孪生系统中板材物料的三维模型的导入。数字孪生系统通过网络通信获取自动控制系统的指令信息，以确定工作任务的目标板材物料型号，根据型号确定三维引擎中导入的板材物料三维模型，即孪生板材物料。

数字孪生系统中孪生板材物料的位置的确定。

首先，物理世界的板材物料的运动轨迹是确定的，该确定的位置信息存储在自动控制系统中。从物料的储存、搬运、上料、切割、下料，都可以有设备自动完成，而这一切的位置信息、加工过程都有自动控制系统所控制和监控。例如，板材物料有序的存放在车间中，板材物料可以有唯一的条形码，根据条形码对应自动控制系统中一存储的数据，通过读取条形码，可以获取板材物料的物理尺寸等信息。其运输过程，例如，可以通过天车将板材物料搬运到RGV小车上。RGV小车具有确定的位置、确定的轨道、伺服驱动控制系统，以及板材物料位置校对机构。当板材物料到RGV小车上之后，首先位置校对机构（例如可以是左右、前后分别夹紧对齐固定参考位置点）对板材进行位置校对，这样就可以确定板材在RGV小车上的坐标位置数据。而RGV小车的坐标位置是固定并存储在自动控制系统的，通过控制系统控制其移动。在此过程中，板材物料的位置信息在自动控制系统中实时记录并更新。运输到位之后，再有智能天车将板材物料上料至激光切割机的按照程序设定的位置上。智能天车，其上料、搬运、升降、转动过程，都有自动控制系统来予以控制，可以实时的对板材物料的位姿进行换算更新。

其次，就是数字孪生系统中板材物料的位置确定。根据以上描述，此时的孪生系统中已经存在数字孪生激光切割机。该数字孪生空间中也存在一个虚拟的三维空间。此时，对于确定孪生板材物料相对于数字孪生激光切割机的位置。而基于数字孪生系统的设置原理，该孪生板材物料与数字孪生激光切割机的位置关系，与物理世界里板材物料与激光切割机的位置关系一一对应。数字孪生激光切割机在数字孪生系统中的虚拟环境中位置根据实体的位置确定，虚拟环境与真实环境1：1还原。然后，数字孪生系统通过互联网通信技术，读取自动控制系统中（也可以是其他的信息存储设备）板材物料与实体激光切割机的位置关系。数字孪生系统通过该位置关系，确定孪生物料板材与数字孪生激光切割机的位置关系。

数字孪生激光切割机与实体激光切割机同步动作原理说明。数字孪生激光切割机拥有与实体激光切割机同比例建模成的底座1、上料机构、切割进给机构、抽风机构等所有零部件。该孪生零部件之间的运动关系、位置关系与实体激光切割机完全相同。实体激光切割机的运动部件的动作由自动控制系统发出指令控制，实际到达的位置也有位置反馈系统反馈给自动控制系统。数字孪生系统通过互联网通信技术，读取自动控制系统中的关于实体激光切割机的各运动零部件的位置信息，比照该变化的位置信息，实时的更新孪生运动零部件在三维引擎中的位置信息，以实现数字孪生的虚拟环境与物理环境的同步进行。

数字孪生激光切割机的孪生激光切割头的运动轨迹的记录。如上所述，孪生激光切割头的运动位置的变化，根据数字孪生系统从自动控制系统中读取的物理激光切割头的位置，实时的更新孪生激光切割头在三维引擎中的位置。每隔一小段时间，就记录一次该孪生激光切割头的位置坐标点，到最后获得了一系列的位置坐标点。数字孪生系统采集到实体激光切割机开始切割的指令时，就开始记录孪生激光切割头的位置坐标点，当采集到激光切割结束切割的指令时，就结束记录孪生激光切割头的位置坐标点，此次的位置坐标点记录完毕，作为一组数据输入到耳切法中进行运算。

通过采集的一系列的孪生激光切割头的位置坐标点，将孪生板材物料分割为两块（也可以是多块），一块为孪生切割成型板材物料，一块为孪生剩余板材物料。通过位置坐标点而形成面，通过面而形成孪生模型的过程，采用的方法，即为耳切法。

耳切法，可以将一系列顺序记录的切割路径坐标点，经过处理后，生成若干三角形，将若干三角形再组合得到面。根据得到的面，再生成模型体，完成挛生板材物料的切割。

实现对孪生板材物料的切割及成型过程的方法包括以下步骤：

孪生板材物料的切割与实体板材物料的切割是同步进行的，当实体板材物料上料到激光切割机时，数字孪生系统通过与实体激光切割机的网络通信，可以获取上料的物理板材物料的型号、尺寸、位置信息。数字孪生系统根据物理板材物料的信息来导入同样型号的孪生板材物料，并将其放置与对应的数字孪生激光切割机的位置上，为孪生板材物料的切割做好准备。

S1.获取孪生板材物料顶面所在平面。

孪生板材物料有顶面、底面、前后左右四个侧面。数字孪生系统通过与激光切割机的通信，获取实体板材物料的位置参数，根据该参数确定孪生板材物料在数字孪生激光切割机中的位置。数字孪生系统在三维引擎中创建一个平面，该平面即孪生板材物料的顶面，将该平面作为一个参考面，用于在该面上记录孪生激光切割头的切割路径坐标点位置。

S2.将孪生激光切割头的切割路径坐标点记录在孪生板材物料顶面所在平面对应位置。

实体激光切割机开始切割后，激光切割头沿着程序设定的路径，开始对实体板材物料进行切割。与此同步的，数字孪生系统实时的和实体激光切割机保持通信，例如可以每隔0.5S读取一次实体激光切割头相对于实体激光切割机的坐标点位置变化。依据此数据信息，实时的更新孪生激光切割头相对于数字孪生激光切割机的位置变化。数字孪生系统，按照顺序记录孪生激光切割头的坐标位置，将坐标位置记录在S1中获取的平面上。此一系列顺序记录的坐标位置点，是后续生成面的依据。

S3.根据孪生激光切割头的切割路径坐标点的位置、板材的厚度，生成孪生板材物料的生成面，所述生成面包括顶生成面、底生成面和侧生成面, 所述生成面将孪生板材物料分为剩余孪生板材物料及切割成型的孪生模型体。

S3中孪生板材物料的顶生成面是利用耳切法，将孪生激光切割头切割路径坐标点按顺序连接得到的闭合路径生成若干三角形组合而成的平面。

S3中孪生板材物料的底生成面，是将位于孪生板材物料顶面上的各个孪生激光切割头切割路径坐标点复制到孪生板材物料的底面上，得到孪生激光切割头的切割路径坐标点在底面上的投影点，得到投影坐标点，依次连接投影坐标点形成的闭合路径，利用耳切法将投影坐标点形成的闭合路径分割为若干三角形，组合得到底生成面。

S3中孪生板材物料的侧生成面由相邻的两个顶生成面上的孪生激光切割头割路径坐标点与对应的在底生成面上的两个投影坐标点共四个点依次连接形成的闭环围成的平面，所有的平面连接在一起组成侧生成面。

顶生成面、底生成面和侧生成面作为一个边界，将孪生板材物料分为剩余孪生板材物料及切割成型的孪生板材物料。剩余孪生板材物料，是指此次切割之后要扔掉的废料。切割成型的孪生板材物料，是指此次切割要的形状的目标孪生板材物料。顶生成面、底生成面和侧生成面仅仅是生成的一个边界，并没有进行孪生物料的切割，新模型的创建。

S4.在三维引擎中添加孪生模型体的材质以及物理碰撞属性，完成孪生板材物料的切割、成型。

完成S3中顶生成面、底生成面和侧生成面的生成之后，就生成了分割的边界。接下来就是孪生板材物料的切割成型了，孪生板材物料的切割成型与实体的板材物料的切割成型的原理并不相同。实体板材物料的切割成型是在去除材料之后的，物料的自然分离。而数字孪生物料板材的切割成型，是在生成边界面之后的，模型的再次生成。完成步骤S3之后，在数字孪生系统中孪生板材物料具有两个边界，一个是新生成的顶生成面、底生成面和侧生成面，另一个是孪生板材物料的本身顶面、底面和侧面。显然，前一个边界小，后一个边界大。将前一个边界，通过耳切法取凹面向内生成一个孪生的模型体为剩余孪生板材物料。将前一个边界，通过耳切法取凸面向外扩展，而将后一个边界（孪生板材物料本身的顶面、底面和侧面）作为最外边的边界，以此形成一个模型体为切割成型的孪生模型体。

更为具体的，生成孪生板材物料的生成面需要确定生成面的顶点、三角形、法线，顶点即为S2获取的孪生激光切割头切割路径坐标点。在三维引擎中添加钢板材质以及物理碰撞属性给生成的孪生模型体，完成孪生板材物料的切割、成型。

本申请提供了一种孪生物料的切割成型方法，可以对所述孪生板材物料的切割及成型的过程进行预演测试，进而提前预知在设备当前状态情况下，是否会发生异常，比如，当基于当前状态对切割流程进行预测时，若检测到会切割超边时，通过数据分析给出问题原因，并及时反馈给工作人员，工作人员第一时间去预测会发生问题的机器处进行检查和处置，避免了实际运行中切割异常导致的损失。在预演的过程中，可以只控制激光切割头按照切割路径行走，而不发生激光，不会对实体板材物料进行真正的切割。数字孪生系统可以采集孪生激光切割头的切割路径，采集坐标点，并生成孪生板材的切割模型，完成预演。

通过上述方法，可以孪生得到被切割下的物料的模型，根据模型可以确定被切割下的物料的形状数据信息，为下一步的再利用提供数据支持。

可理解的是，尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种激光切割机数字孪生系统切割孪生板材的方法，采用的激光切割机包括底座、上料机构和切割进给机构；

所述上料机构设置于底座上，用于夹持待加工的板材，并切割进给，包括托架、第一电机，所述托架通过导轨滑块机构可滑动的设置于底座上，托架上具有矩形槽，所述矩形槽用于放置待加工板材，托架上设置有夹紧气缸，所述夹紧气缸的杆端伸入到矩形槽内，用于向下夹紧板材，所述第一电机设置于托架上，其输出轴连接齿轮，所述齿轮与设置于底座上的齿条啮合传动；

所述切割进给机构包括横梁、升降杆、第一丝杆、第一滑杆、激光发生器、激光切割头和第二电机；

所述横梁通过升降杆设置于底座上，所述第一丝杆可转动的设置于横梁的下方位置，第一滑杆设置于横梁上并与第一丝杆平行设置，所述激光发生器可滑动的设置于第一滑杆上，并与第一丝杆螺纹连接，所述第二电机设置于横梁上，其输出轴与第一丝杆同轴连接；

还包括抽风机构和数字孪生系统；

所述抽风机构包括抽风支架、第二丝杆、第二滑杆、第三电机和抽风管；

所述抽风支架设置于底座上，所述第二丝杆可转动的设置于抽风支架上，并与设置于抽风支架上的第三电机的输出轴同轴连接，所述第二滑杆设置于抽风支架上并与第二丝杆平行设置，所述抽风管的上端向上贴近待加工板材下方位置，抽风管下端具有夹持板，夹持板将抽风管上端夹持住，并与第二丝杆螺纹连接，与第二滑杆滑动连接；

所述数字孪生系统包括三维引擎，所述三维引擎中导入激光切割机的三维模型和板材物料的三维模型，所述激光切割机的三维模型根据实体激光切割机构建，所述板材物料的三维模型根据实体板材物料构建，所述数字孪生系统与实体激光切割机数据通信，以获取实体激光切割机的实时动作数据信息；

其特征在于，包括以下步骤：

S1.数字孪生系统获取孪生板材物料顶面所在平面；

S2.将孪生激光切割头的切割路径坐标点记录在孪生板材物料顶面所在平面对应位置；

S3.生成孪生板材物料的生成面，所述生成面包括顶生成面、底生成面和侧生成面, 所述生成面将孪生板材物料分割为剩余孪生板材及切割成型的孪生模型体，孪生板材物料的顶生成面是利用耳切法，将所述孪生激光切割头的切割路径坐标点按顺序连接得到的闭合路径生成若干三角形组合而成；

S4.在三维引擎中添加孪生模型体的材质以及物理碰撞属性，完成孪生板材物料的切割、成型。

2.如权利要求1所述的激光切割机数字孪生系统切割孪生板材的方法，其特征在于，所述S3生成孪生板材物料的生成面需要确定生成面对应的顶点、三角形、法线。

3.如权利要求2所述的激光切割机数字孪生系统切割孪生板材的方法，其特征在于，所述顶点为S2获取的孪生激光切割头切割路径坐标点。

4.如权利要求1所述的激光切割机数字孪生系统切割孪生板材的方法，其特征在于，所述S3孪生板材物料的底生成面，是将位于孪生板材物料顶面上的各个孪生激光切割头的切割路径坐标点复制到孪生板材物料的底面上，得到孪生激光切割头的切割路径坐标点在底面上的投影点，得到投影坐标点，依次连接投影坐标点形成的闭合路径，利用耳切法将投影坐标点形成的闭合路径分割为若干三角形，组合得到底生成面。

5.如权利要求4所述的激光切割机数字孪生系统切割孪生板材的方法，其特征在于，所述S3孪生板材物料的侧生成面为相邻的两个孪生激光切割头的切割路径坐标点与对应的投影坐标点共四个点依次连接形成的闭环围成的平面连接而成。

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