CN113084365A - 一种异型材的激光切割装置及切割方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种异型材激光切割装置，包括冷水机(1)、激光器(2)、气源(3)、激光切割头(4)、激光切割头快进轴(5)、扫描镜头(6)、异型材夹具(8)、超声辅助发生装置(9)、机床床身(10)、控制面板(11)；同时，本发明还公开了一种异型材激光切割方法，所述异型材激光切割方法针对异型材截面形状、壁厚变化复杂，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输出，依据截面轮廓的厚度，形状的变化，来匹配激光切割速度，从而最大化加工效率；同时，该装置的激光切割头中的光学模组使用长焦距聚焦镜，配合长锥套，以实现深槽型孔的主动防干涉加工。
Description
技术领域
本发明属于激光切割技术领域，具体涉及一种异型材的激光切割装置及切割方法。
背景技术
异型材种类繁多，结构复杂，传统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对工件进行切割的方法，具有加工速度快、加工质量好等优点，是理想的异型材加工解决方案。
常规激光切割在进行工件加工时，需根据切割速度来改变激光输出功率，从而满足功率与速度的匹配以防止出现加工过烧现象，但根据加工速度来调整激光功率无法实现在整个加工过程中实现激光的全功率输出，在一定程度上对激光功率是一种浪费，限制了加工效率的进一步提高。针对异型材切割加工，在满足一定的加工边缘质量的前提下，更加注重加工效率；此外，传统激光切割在切割头端部配备高度随动控制传感器，采用高度随动功能感应加工工件表面，从而保持切割头与工件之间距离相对不变，但铝门窗异型材的角码孔常位于滑道深槽中，槽深往往大于30mm，由于切割头形状、尺寸的限制，往往使得切割头与深槽立边之间的距离小于与被加工面之间的距离，当激光切割头端部的高度随动传感器首先感应到工件立边时，会导致切割头无法靠近工件表面实施切割，即使可以实现切割也极易与深槽立边发生干涉，而激光切割速度极快(>5m/min)，一旦切割头与立边发生碰撞，将会产生破坏性的后果，因此，针对异型材深槽型孔加工必须取消高度随动，并设计专门的激光切割头与深槽加工方法，否则无法进行深槽型孔的加工；激光切割是利用高能量密度束使被加工件瞬间融化，其融化部位冷却后会使被加工件边缘产生“挂渣”现象，即融化的材料在冷却后粘结在加工边缘，导致切割边缘质量变差，因此，为提高加工边缘表面质量，需对切割边缘进行二次处理，而二次处理在实际生产中会增加加工工序，提高加工成本，且不利于加工效率的提升。
发明内容
本发明为解决铝门窗异型材激光切割中，变截面切割困难，深槽切割干涉、激光加工边缘质量差等问题，提出能够使得激光切割功率在加工全过程保持不变，以保证每段加工都是在全功率激光输出的条件下，实现异型材工件切断的最大速度自动切割装置和方法。
为解决上述技术问题，本发明采取如下技术方案是提供一种异型材激光切割装置，包括冷水机、激光器、气源、激光切割头、激光切割头快进轴、扫描镜头、异型材夹具、超声辅助发生装置、机床床身、控制面板，其特征在于：
冷水机通过水路连接激光切割头，激光器通过光纤连接激光切割头，为激光切割提供激光光源，气源可由气罐或气泵提供，通过管路连接激光切割头，在激光切割时用以吹走熔渣，保护镜头，激光切割头连接激光头快进轴，用以实现激光切割头的快速移动，异型材夹具用以夹持固定工件，通过机床床身上各轴之间的相互配合运动，实现异型材的激光切割；利用扫描镜头6对异型材工件7的截面轮廓进行扫描识别，进行双重验证以确认异型材工件信息；超声辅助发生装置安装在异型材夹具端，在激光切割加工时产生超声微振动，以加速熔渣的掉落；
其中：加工速度与激光功率、材料性质、切削厚度之间的关系为：
其中，
为扩散系数，λ为导热系数，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代表激光熔点吸收率，La代表材料潜伏热，Tm代表材料熔点，T0代表工件表面初始温度，Cp代表定压比热容，k代表修整系数通过实验数据反推拟合而来的固定参数。
进一步地，所述激光切割头包括自动调焦装置、光学模组、气体接口、长锥套、光纤激光传输接头、冷却水接口；
所述光纤激光传输接头通过光纤连接激光器，以提供激光切割光源，所述光学模组包括准直镜和长焦距聚焦镜，所述自动调焦装置配合光学模组，以实现不同切割高度的自动调焦，所述气体接口通过接线连接气源，以提供气体吹散表面熔渣，保护镜头，所述冷却水接口通过水路连接冷水机，所述长锥套具有小锥顶角，可深入槽内进行切割加工。
进一步地，所述激光切割头最大功率为1kW，切割速度可达5-10m/min。
进一步地，激光切割头长锥套长度为120mm，壁厚为1.0-1.5mm，锥角为5-10°。
本发明还提供了一种异型材激光切割方法，其特征在于：通过以下方式实现：
步骤1、异型材工件通过异型材夹具固定夹持，人为操作控制面11板读取异型材工件的CAD文件数据，同时，利用扫描镜头对异型材工件的截面轮廓进行扫描识别，进行双重验证以确认异型材工件信息，当异型材工件信息确认后，控制系统自动调取加工参数，以进行激光切割加工；
步骤2、激光切割头根据设定的加工路径自动规划加工速度进行全功率激光切割加工，当异型材工件截面高度变化时，控制系统控制激光切割头快进轴快速移动，以保持激光切割头与异型材工件表面的间距不变，当异型材工件截面厚度变化时，控制系统根据截面厚度，自动调整加工速度，并根据加工速度匹配超声辅助发生装置的超声振动频率和振幅；
其中：加工速度与激光功率、材料性质、切削厚度之间的关系为：
其中，
为扩散系数，λ为导热系数，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代表激光熔点吸收率，La代表材料潜伏热，Tm代表材料熔点，T0代表异型材工件表面初始温度，Cp代表定压比热容，k代表修整系数通过实验数据反推拟合而来的固定参数；
步骤3、当切割完成后，气源、激光器、冷水机停止工作，激光切割头远离异型材工件，回到指令位置，异型材夹具夹持异型材工件移出加工区域，之后返回原位，等待后续异型材工件的加工指令。
进一步地，在激光切割时，超声辅助发生装置根据激光切割速度，自动调整超声振动的频率和振幅，当异型材厚度较大，切割速度较低时，需使超声辅助发生装置所产生的超声振动频率较低，振幅较大；当异型材厚度较小，切割速度较高时，所产生的熔渣较多，需使超声辅助发生装置产生的超声振动频率较高，振幅较小，以实现激光切割全过程中，熔渣与切割边缘的快速脱离。
进一步地，所述激光切割头最大功率为1kW，切割速度可达5-10m/min，也可根据实际需要自行设定。
进一步地，所述超声辅助发生装置频率在15kHz～22kHz之间，振幅在30μm～100μm之间。
进一步地，在初始位置，激光切割头以初始速度V1进行切割，当截面厚度增大，控制系统自动降低加工速度，以速度V2进行切割，当截面厚度降低，截面形状产生变化，控制系统将再次改变加工速度，以速度V3进行切割，当截面形状和厚度与初始位置相同时，控制系统调整加工速度，以速度V1进行切割，激光切割功率在加工全过程保持不变，以保证每段加工都是在全功率激光输出的条件下，能够实现异型材工件切断的最大速度。
进一步地，在进行深槽型孔加工时，当激光切割头在第一位置处加工异型材工件时，将与异型材工件立边发生干涉，光学模组中的长焦距聚焦镜增大焦距，并配合激光切割头快进轴自动调节激光切割头的高度，到达第二位置处进行切割，以避免激光切割头与异型材工件发生干涉。
本发明的有益效果在于：
(1)通过对工件轮廓识别与信息预处理能够自动识别工件表面轮廓包括工件表面整体轮廓，加强筋等变截面轮廓的变化位置和截面壁厚，深槽型孔的位置、形状以及尺寸等详细信息。结合切割头轮廓信息进行干涉判断和信息预处理，依据工件截面轮廓信息，在设定激光全功率输出的前提下，自动匹配切割速度，以实现加工效率的最大化，保证异型材变截面、变厚度激光切割顺畅不断线。
(2)通过取消传统激光器的高度随动控制功能，采用具备小锥顶角的长锥套结合长焦距聚焦镜，确保切割头能够深入滑道深槽，对存在干涉的区域，采用自动变焦(增大焦距)技术，实现>30mm的激光长焦距平稳输出，并结合高度自动调节功能，以实现切割头在贴近被加工表面的同时保证安全距离(增大切割头与工件被切表面的距离)避免发生干涉，从而解决深槽型孔的切割问题。
(3)通过增加超声辅助发生装置，并自动匹配超声发射频率和幅度，避免出现“挂渣”现象，实现激光切割边缘质量的提升。
(4)通过工件表面轮廓的自动识别，实现加工前的数据预处理，从而实现在全功率激光输出的前提下，对加工路径、加工速度进行合理规划，通过去除常规激光器的高度随动控制传感器，取消高度随动控制功能，并使用小锥顶角的长锥套结合长焦距聚焦镜，实现深槽型孔的安全加工。根据加工速度自动匹配超声发射频率和振幅，提高加工边缘质量。突破了铝门窗异型材激光切割的应用瓶颈，既大幅提高了铝门窗异型材的加工效率，也能够保证加工质量与加工的可靠性、安全性，对铝门窗加工行业的突破性变革具有重大的意义。
附图说明
附图1激光切割装置系统结构示意图；
附图2是激光切割头示意图；
附图3是异型材激光加工示意图；
其中：1—冷水机、2—激光器、3—气源、4—激光切割头、5—激光切割头快进轴、6—扫描镜头、7—异型材工件、8—异型材夹具、9—超声辅助发生装置、10—机床床身、11—控制面板、12—自动调焦装置、13—光学模组、14—气体接口、15—长锥套、16—光纤激光传输接头、17—冷却水接口、18—切割嘴。
具体实施方式
以下结合附图1-3对本发明的具体实施方式进行详细的描述。
如图1-2所示，该实施例提供了一种异型材激光切割装置，包括冷水机1、激光器2、气源3、激光切割头4、激光切割头快进轴5、扫描镜头6、异型材夹具8、超声辅助发生装置9、机床床身10、控制面板11。
其中：冷水机1通过水路连接激光切割头4，用以冷却激光切割头镜片，防止镜片起雾，激光器2通过光纤连接激光切割头4，为激光切割提供激光光源，气源3可由气罐或气泵提供，通过管路连接激光切割头4，在激光切割时用以吹走熔渣，保护镜头，激光切割头4连接激光头快进轴5，用以实现激光切割头的快速移动，异型材夹具8用以夹持固定工件7，通过机床床身10上各轴之间的相互配合运动，实现异型材的激光切割。利用扫描镜头6对异型材工件7的截面轮廓进行扫描识别，进行双重验证以确认异型材工件信息。超声辅助发生装置9安装在异型材夹具端，在激光切割加工时产生超声微振动，以加速熔渣的掉落。
所述激光切割头4包括自动调焦装置12、光学模组13、气体接口14、长锥套15、光纤激光传输接头16、冷却水接口17；
所述光纤激光传输接头16通过光纤连接激光器2，以提供激光切割光源，所述光学模组13由准直镜和长焦距f＝200聚焦镜等组成，所述自动调焦装置12配合光学模组13，以实现不同切割高度的自动调焦，所述气体接口14通过接线连接气源3，以提供气体吹散表面熔渣，保护镜头，所述冷却水接口17通过水路连接冷水机1，以冷却激光切割头镜片，防止镜片起雾，所述长锥套15具有小锥顶角，可深入槽内进行切割加工，所述激光切割头4最大功率为1kW，切割速度可达5-10m/min。
激光切割头长锥套15长度为120mm，壁厚为1.0-1.5mm，锥角为5-10°。
如图3所示，该实施例还提供一种异型材激光切割方法，该方法通过以下方式实现：
步骤1、异型材工件7通过异型材夹具8固定夹持，人为操作控制面11板读取异型材工件7的CAD文件数据，同时，利用扫描镜头6对异型材工件7的截面轮廓进行扫描识别，进行双重验证以确认异型材工件信息，当异型材工件信息确认后，控制系统自动调取加工参数，以进行激光切割加工。
步骤2、激光切割头根据所设定的加工路径自动规划加工速度进行全功率激光切割加工，当异型材工件截面高度变化时，控制系统控制激光切割头快进轴快速移动，以保持激光切割头与异型材工件表面的间距不变，当异型材工件截面厚度变化时，控制系统根据截面厚度，自动调整加工速度，并根据加工速度匹配最优的超声振动频率和振幅。
具体的，通过被加异型材工件的相关参数，以异型材工件的固有属性为主，结合加工轮廓，由加工速度的计算模型得到加工速度与激光功率、材料性质、切削厚度之间的关系为：
其中，
为扩散系数，λ为导热系数，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代表激光熔点吸收率，La代表材料潜伏热，Tm代表材料熔点，T0代表异型材工件表面初始温度，Cp代表定压比热容，k代表修整系数通过实验数据反推拟合而来的固定参数。典型加工材料的固有参数如表1所示：
表1典型加工材料固有参数
超声辅助发生装置9在激光切割时根据激光切割速度，自动调整超声振动的频率和振幅，当异型材厚度较大，切割速度较低时，所产生的熔渣较多，需使超声辅助发生装置9所产生的超声振动频率较低，振幅较大，当异型材厚度较小，切割速度较高时，所产生的熔渣较多，需使超声振动频率较高，振幅较小，以实现激光切割全过程中，熔渣与切割边缘的快速脱离。
步骤3、当切割完成后，气源、激光器、冷水机停止工作，激光切割头远离异型材工件，回到指令位置，异型材夹具夹持异型材工件移出加工区域，之后返回原位，等待后续异型材工件的加工指令。
所述激光切割头最大功率为1kW，切割速度可达5-10m/min，也可根据实际需要自行设定。
所述超声辅助发生装置9频率在15kHz～22kHz之间，振幅在30μm～100μm之间。
在优选的实施方案中，所述异型材工件7为铝合金材料，加工工艺包括异型材切断、深槽型孔加工，所述异型材截面厚度变化范围从3mm-7mm不等，立边高度最大30mm，型孔槽深30mm。
在优选的实施方案中，设置激光切割头4与异型材工件7加工表面初始加工间距为5mm，激光切割头4根据所规划的加工路径进行切割加工，当异型材工件截面高度变化时，控制系统控制激光切割头快进轴5快速移动，以保持激光切割头4与异型材工件7表面的间距不变。
在优选的实施方案中，在初始位置A1，激光切割头4以初始速度V1进行切割，当截面厚度增大，在位置A2，如遇到带筋板等结构时，控制系统自动降低加工速度，以速度V2进行切割，当带筋板切割过后，截面厚度降低，在位置A3，截面形状产生变化，控制系统将再次改变加工速度，以速度V3进行切割，在位置A4，当截面形状和厚度与初始位置相同时，控制系统调整加工速度，以速度V1进行切割，激光切割功率在加工全过程保持不变，以保证每段加工都是在全功率激光输出的条件下，能够实现异型材工件切断的最大速度。
由于加工区域A3分为上下两部分，下部被上部遮盖住，如识别的区域A3上下两部分区域超过一次切割的最大厚度，则需首先对A3上部进切割然后改变焦距，调整速度，调转方向，对A3下部进行切割，以保证切割不断线。表2为铝型材加工时的切削速度与切削厚度对应计算值。
表2铝型材加工时的切削速度与切削厚度计算值
| 切削厚度(mm) | 切削速度(mm/min) |
| 0.5 | 20.05 |
| 1.0 | 9.83 |
| 1.5 | 6.75 |
| 2.0 | 4.54 |
| 2.5 | 3.68 |
| 3.0 | 3.24 |
| 3.5 | 2.93 |
| 4 | 2.45 |
| 4.5 | 2.17 |
| 5 | 1.96 |
在优选的实施方案中，在进行深槽型孔加工时，当激光切割头4在第一位置处加工异型材工件7时，将与异型材工件立边发生干涉，光学模组13中的长焦距聚焦镜增大焦距，并配合激光切割头快进轴5自动调节激光切割头4的高度，到达第二位置处进行切割，以避免激光切割头4与异型材工件7发生干涉。
在优选的实施方案中，以速度V1进行加工时，超声辅助发生装置9所发射的振动频率为20kHz，振动幅度为30μm，以速度V2进行加工时，超声振动发生装置所发射的振动频率为16kHz，振动幅度为80μm，以速度V3进行加工时，超声辅助发生装置9所发射的振动频率为18kHz，振动幅度为60μm，
当切割完成后，气源3、激光器2、冷水机1停止工作，激光切割头4远离异型材工件，回到指令位置，异型材夹具8夹持异型材工件7移出加工区域，之后返回原位，等待后续异型材工件7的加工指令。
在优选的实施例中，若使用常规激光加工，所需加工时间>1min，且加工边缘质量变化较大，使用本发明方式中的激光加工，加工时间为15s，熔渣在加工过程中快速掉落，加工边缘均匀，质量明显得到改善。
以上所述仅为本发明优选的具体实施方式。需要理解的是，本发明并不局限于上述实施方式，本领域的技术人员在不脱离权利要求的范围内做出任何修改、等同替换和改进，均应属于本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种异型材激光切割装置，包括冷水机(1)、激光器(2)、气源(3)、激光切割头(4)、激光切割头快进轴(5)、扫描镜头(6)、异型材夹具(8)、超声辅助发生装置(9)、机床床身(10)、控制面板(11)，其特征在于：
冷水机(1)通过水路连接激光切割头(4)，激光器(2)通过光纤连接激光切割头(4)，为激光切割提供激光光源，气源(3)可由气罐或气泵提供，通过管路连接激光切割头(4)，在激光切割时用以吹走熔渣，保护镜头，激光切割头(4)连接激光头快进轴(5)，用以实现激光切割头的快速移动，异型材夹具(8)用以夹持固定工件(7)，通过机床床身(10)上各轴之间的相互配合运动，实现异型材的激光切割；利用扫描镜头6对异型材工件7的截面轮廓进行扫描识别，进行双重验证以确认异型材工件信息；超声辅助发生装置(9)安装在异型材夹具端，在激光切割加工时产生超声微振动，以加速熔渣的掉落；
其中：加工速度与激光功率、材料性质、切削厚度之间的关系为：
其中，
为扩散系数，λ为导热系数，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代表激光熔点吸收率，La代表材料潜伏热，Tm代表材料熔点，T0代表工件表面初始温度，Cp代表定压比热容，k代表修整系数通过实验数据反推拟合而来的固定参数。
2.根据权利要求1所述的异型材激光切割装置，其特征在于：
所述激光切割头(4)包括自动调焦装置(12)、光学模组(13)、气体接口(14)、长锥套(15)、光纤激光传输接头(16)、冷却水接口(17)；
所述光纤激光传输接头(16)通过光纤连接激光器(2)，以提供激光切割光源，所述光学模组(13)包括准直镜和长焦距聚焦镜，所述自动调焦装置(12)配合光学模组(13)，以实现不同切割高度的自动调焦，所述气体接口(14)通过接线连接气源(3)，以提供气体吹散表面熔渣，保护镜头，所述冷却水接口(17)通过水路连接冷水机(1)，所述长锥套(15)具有小锥顶角，可深入槽内进行切割加工。
3.根据权利要求1所述的异型材激光切割装置，其特征在于：
所述激光切割头(4)最大功率为1kW，切割速度可达5-10m/min。
4.根据权利要求2所述的异型材激光切割装置，其特征在于：
激光切割头长锥套(15)长度为120mm，壁厚为1.0-1.5mm，锥角为5-10°。
5.一种异型材激光切割方法，其特征在于：通过以下方式实现：
步骤1、异型材工件(7)通过异型材夹具(8)固定夹持，人为操作控制面11板读取异型材工件(7)的CAD文件数据，同时，利用扫描镜头(6)对异型材工件(7)的截面轮廓进行扫描识别，进行双重验证以确认异型材工件信息，当异型材工件信息确认后，控制系统自动调取加工参数，以进行激光切割加工；
步骤2、激光切割头根据设定的加工路径自动规划加工速度进行全功率激光切割加工，当异型材工件截面高度变化时，控制系统控制激光切割头快进轴快速移动，以保持激光切割头与异型材工件表面的间距不变，当异型材工件截面厚度变化时，控制系统根据截面厚度，自动调整加工速度，并根据加工速度匹配超声辅助发生装置(9)的超声振动频率和振幅；
其中：加工速度与激光功率、材料性质、切削厚度之间的关系为：
其中，
为扩散系数，λ为导热系数，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代表激光熔点吸收率，La代表材料潜伏热，Tm代表材料熔点，T0代表异型材工件表面初始温度，Cp代表定压比热容，k代表修整系数通过实验数据反推拟合而来的固定参数；
步骤3、当切割完成后，气源、(3)激光器(2)、冷水机(1)停止工作，激光切割头(4)远离异型材工件，回到指令位置，异型材夹具(8)夹持异型材工件移出加工区域，之后返回原位，等待后续异型材工件的加工指令。
6.根据权利要求5所述的异型材激光切割方法，其特征在于：在激光切割时，超声辅助发生装置(9)根据激光切割速度，自动调整超声振动的频率和振幅，当异型材厚度较大，切割速度较低时，需使超声辅助发生装置(9)所产生的超声振动频率较低，振幅较大；当异型材厚度较小，切割速度较高时，所产生的熔渣较多，需使超声辅助发生装置(9)产生的超声振动频率较高，振幅较小，以实现激光切割全过程中，熔渣与切割边缘的快速脱离。
7.根据权利要求5所述的异型材激光切割方法，其特征在于：所述激光切割头最大功率为1kW，切割速度可达5-10m/min，也可根据实际需要自行设定。
8.根据权利要求5所述的异型材激光切割方法，其特征在于：所述超声辅助发生装置(9)频率在15kHz～22kHz之间，振幅在30μm～100μm之间。
9.根据权利要求5所述的异型材激光切割方法，其特征在于：在初始位置，激光切割头(4)以初始速度V1进行切割，当截面厚度增大，控制系统自动降低加工速度，以速度V2进行切割，当截面厚度降低，截面形状产生变化，控制系统将再次改变加工速度，以速度V3进行切割，当截面形状和厚度与初始位置相同时，控制系统调整加工速度，以速度V1进行切割，激光切割功率在加工全过程保持不变，以保证每段加工都是在全功率激光输出的条件下，能够实现异型材工件切断的最大速度。
10.根据权利要求5所述的异型材激光切割方法，其特征在于：在进行深槽型孔加工时，当激光切割头(4)在第一位置处加工异型材工件(7)时，将与异型材工件立边发生干涉，光学模组(13)中的长焦距聚焦镜增大焦距，并配合激光切割头快进轴(5)自动调节激光切割头(4)的高度，到达第二位置处进行切割，以避免激光切割头(4)与异型材工件(7)发生干涉。
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113977104A (zh) * | 2021-11-16 | 2022-01-28 | 上海柏楚电子科技股份有限公司 | 切割型钢的控制方法、装置、设备与介质 |
| CN114420443A (zh) * | 2022-03-29 | 2022-04-29 | 绵阳聚贤自动化设备有限公司 | 网络滤波器的预切线工艺 |
| CN115351436A (zh) * | 2022-10-12 | 2022-11-18 | 南通福荣数控科技有限公司 | 一种用于异形工件抛光切割的不锈钢车床 |
| CN116197549A (zh) * | 2023-02-21 | 2023-06-02 | 奔腾激光(浙江)股份有限公司 | 一种大功率激光管切机工字钢的清根切割方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106874620A (zh) * | 2017-03-09 | 2017-06-20 | 湖南大学 | 一种度量激光热丝焊接工艺中能量效率的方法 |
| CN110405363A (zh) * | 2019-08-09 | 2019-11-05 | 佛山市镭科智能设备有限公司 | 一种异型材的加工方法 |
| CN111195779A (zh) * | 2018-10-31 | 2020-05-26 | 大族激光科技产业集团股份有限公司 | 一种激光切割的方法及装置 |
| CN111432977A (zh) * | 2017-08-02 | 2020-07-17 | 通快机床两合公司 | 用于激光切割板状工件的方法和对应计算机程序的载体 |
-
2021
- 2021-04-06 CN CN202110368577.8A patent/CN113084365B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106874620A (zh) * | 2017-03-09 | 2017-06-20 | 湖南大学 | 一种度量激光热丝焊接工艺中能量效率的方法 |
| CN111432977A (zh) * | 2017-08-02 | 2020-07-17 | 通快机床两合公司 | 用于激光切割板状工件的方法和对应计算机程序的载体 |
| CN111195779A (zh) * | 2018-10-31 | 2020-05-26 | 大族激光科技产业集团股份有限公司 | 一种激光切割的方法及装置 |
| CN110405363A (zh) * | 2019-08-09 | 2019-11-05 | 佛山市镭科智能设备有限公司 | 一种异型材的加工方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 朱鹏程等: "10mm奥氏体不锈钢光纤激光切割工艺研究", 《锻压装备与制造技术》 * |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113977104A (zh) * | 2021-11-16 | 2022-01-28 | 上海柏楚电子科技股份有限公司 | 切割型钢的控制方法、装置、设备与介质 |
| CN113977104B (zh) * | 2021-11-16 | 2023-08-15 | 上海柏楚电子科技股份有限公司 | 切割型钢的控制方法、装置、设备与介质 |
| CN114420443A (zh) * | 2022-03-29 | 2022-04-29 | 绵阳聚贤自动化设备有限公司 | 网络滤波器的预切线工艺 |
| CN115351436A (zh) * | 2022-10-12 | 2022-11-18 | 南通福荣数控科技有限公司 | 一种用于异形工件抛光切割的不锈钢车床 |
| CN116197549A (zh) * | 2023-02-21 | 2023-06-02 | 奔腾激光(浙江)股份有限公司 | 一种大功率激光管切机工字钢的清根切割方法 |
| CN116197549B (zh) * | 2023-02-21 | 2023-11-21 | 奔腾激光(浙江)股份有限公司 | 一种大功率激光管切机工字钢的清根切割方法 |
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| Publication number | Publication date |
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