激光切割機(jī)的工作原理是利用高功率密度的激光束照射材料表面，使材料迅速熔化、汽化或達(dá)到燃點(diǎn)，同時(shí)借助與激光束同軸的高速氣流（輔助氣體）吹走熔融物質(zhì)或殘?jiān)?，從而形成切縫，實(shí)現(xiàn)切割的目的。

 

以下是其工作原理的詳細(xì)分解：

 

1.  激光產(chǎn)生：

       切割機(jī)內(nèi)部有一個(gè)激光器（常見(jiàn)的有CO2氣體激光器、光纖激光器、YAG固體激光器等），它是產(chǎn)生高能激光束的核心部件。

       在激光器內(nèi)，特定的介質(zhì)（如CO2混合氣體、摻雜稀土元素的光纖、晶體等）在外界能量源（如電能）的激發(fā)下，產(chǎn)生受激輻射，形成方向性好、單色性好、相干性好的激光。

       光纖激光器因其高效率、低維護(hù)、光束質(zhì)量好等優(yōu)勢(shì)，在現(xiàn)代工業(yè)切割中占據(jù)主導(dǎo)地位。

 

2.  激光傳輸與聚焦：

       產(chǎn)生的激光束通過(guò)傳輸系統(tǒng)（通常是反射鏡或光纖）引導(dǎo)到切割頭。

       切割頭內(nèi)部裝有聚焦透鏡（或反射式聚焦鏡）。這個(gè)透鏡的作用是將原本直徑較大的平行激光束聚焦成一個(gè)極小的、能量密度極高的光斑（焦點(diǎn)直徑通常在零點(diǎn)幾毫米）。

       聚焦后的激光功率密度可以達(dá)到驚人的程度（例如每平方厘米兆瓦級(jí)），這是實(shí)現(xiàn)高效切割的關(guān)鍵。

 

3.  材料相互作用：

       聚焦后的高能量密度激光光斑精確照射到工件表面。

       激光能量被材料吸收，在極短時(shí)間內(nèi)（毫秒甚至微秒級(jí)）使照射區(qū)域的材料溫度急劇升高。

       根據(jù)材料類(lèi)型、激光功率和照射時(shí)間的不同，材料會(huì)發(fā)生：

           熔化： 金屬材料達(dá)到熔點(diǎn)形成熔池。

           汽化： 部分材料直接由固態(tài)升華為氣態(tài)（尤其在薄板或高功率下）。

           燃燒（氧化）： 對(duì)于氧氣輔助切割的鋼材，材料在高溫下與氧氣發(fā)生劇烈的放熱化學(xué)反應(yīng)（氧化），加速切割過(guò)程并幫助去除熔渣。

 

4.  熔融物去除：

       與激光束同軸噴射的輔助氣體起著至關(guān)重要的作用：

           吹走熔融物和殘?jiān)?高速氣流（如氮?dú)?、氧氣、壓縮空氣）將切割過(guò)程中產(chǎn)生的熔融金屬液滴、氧化物殘?jiān)驼羝麖那锌p中猛烈吹除，防止其重新凝結(jié)在切口邊緣或污染透鏡。

           冷卻： 一定程度上冷卻切縫周邊的熱影響區(qū)。

           參與化學(xué)反應(yīng)：

               氧氣： 用于切割碳鋼。氧氣與熾熱的鐵發(fā)生氧化反應(yīng)（4Fe + 3O? → 2Fe?O? + 熱量），產(chǎn)生大量熱量加速切割過(guò)程，形成的氧化物熔點(diǎn)較低，更容易被氣流吹走。切口通常有氧化層。

               氮?dú)猓?用于切割不銹鋼、鋁等。氮?dú)庾鳛槎栊詺怏w，主要起保護(hù)作用，防止切口氧化，形成光亮的無(wú)氧化切割面。需要較高壓力。

               壓縮空氣： 成本較低，可用于切割一些非金屬或要求不高的金屬薄板，切割面會(huì)有些許氧化。

 

5.  相對(duì)運(yùn)動(dòng)形成切割：

       激光切割頭（或工作臺(tái)）在計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的控制下，按照預(yù)設(shè)的切割路徑（CAD圖紙轉(zhuǎn)換而來(lái)）進(jìn)行精確的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。

       激光焦點(diǎn)始終保持在材料表面（或內(nèi)部特定位置，取決于工藝要求）。

       激光束的持續(xù)照射和切割頭的移動(dòng)，使這個(gè)高溫熔化/汽化/燃燒并伴隨熔融物被吹走的過(guò)程沿著預(yù)定軌跡連續(xù)進(jìn)行，最終在材料上切出所需的形狀。

       穿孔： 在開(kāi)始切割輪廓前，通常需要先在材料上打一個(gè)孔。穿孔使用特定的高功率、短時(shí)間或脈沖激光參數(shù)，有時(shí)會(huì)配合不同的氣體和噴嘴高度，以穿透材料而不損壞設(shè)備。

 

6.  控制系統(tǒng)：

       整個(gè)切割過(guò)程由精密的計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制。它負(fù)責(zé)：

           讀取和處理切割路徑程序。

           精確控制激光器的功率輸出模式（連續(xù)波或脈沖）。

           控制切割頭的移動(dòng)速度和軌跡（X/Y軸）。

           控制聚焦透鏡的上下移動(dòng)（Z軸），以保持焦點(diǎn)位置。

           控制輔助氣體的類(lèi)型、壓力和開(kāi)關(guān)時(shí)機(jī)。

           監(jiān)控切割過(guò)程狀態(tài)。

 

總結(jié)關(guān)鍵點(diǎn)：

 

   核心： 高功率密度激光束（聚焦后）。

   作用： 使局部材料快速加熱至熔化、汽化或點(diǎn)燃。

   輔助： 高速同軸氣流吹除熔融物/殘?jiān)?，并可能參與化學(xué)反應(yīng)（氧氣）或保護(hù)（氮?dú)猓?/div>