激光切割机的工作原理

（一）激光产生与聚焦

激光切割机中的激光产生过程复杂而精妙。激光发生器是核心部件，它通过特定的机制产生高能量、高聚集度的激光束。常见的激光类型有 CO2 激光、光纤激光和固体激光等。以光纤激光为例，激光是由电能转化为光能，在这个过程中，由于能与能之间的转换不可能是百分百，一部分电能转化成光能的同时，另一部分成了热能。目前光纤激光器的电光转换率是 25%-35%，性能越好的激光器，电光转换率比例也就越高，相应的能耗也就越小。

产生的激光束需要通过光学器件进行导向和聚焦。通常使用透镜或镜片来控制激光束的路径并使其聚焦成小直径的光斑。例如，谐振腔两端是两块平行放置的反射镜，反射镜间距是受激辐射波长的整数倍，以使得只有完全垂直于两块反射镜的辐射被选择留下。被选择方向上的辐射不断增殖形成相干性非常好的激光光束，跃迁到低能级的介质分子在外来能量的激发下重新回到高能级，保证持续提供可激发的介质分子。谐振腔的一端放置的反射镜有一定的透射率，通过此端反射镜透射出来的光束就是我们可以使用的激光束。

（二）材料加工过程

当聚焦后的激光束照射到材料表面时，材料开始吸收激光的能量。不同材料对激光的吸收率有所差异，一些金属材料对激光有较高的吸收率。激光的高能量密度使得材料迅速加热，达到融化或汽化的温度。材料的融化或汽化需要消耗大量的热能，从而实现切割。

在切割过程中，常常会通过喷嘴喷射辅助气体，如氮气、氧气或惰性气体等。这些辅助气体有多重作用，一是冷却防止材料硬化，即热处理；二是气压吹掉切割融化的金属炉渣；三是协助燃烧，比如氧气切割，有利于燃烧切割，会有更多的能量。对于非金属激光切割机，吹一个可以防火，另一个可以防止灰尘堵塞激光喷嘴，一些特殊材料还会增加吹气以达到不变色的目的。

激光切割机通常配备一个运动控制系统，用于控制激光切割头在材料表面上的运动路径。这可以实现各种复杂形状的切割，由计算机程序控制。例如，在汽车制造中，通过精确的运动控制系统，可以对车身构件进行复杂形状的切割，确保精度和质量。切缝时的工艺参数，如切割速度、激光器功率、气体压力等以及运动轨迹均由数控系统控制，割缝处的熔渣被一定压力的辅助气体吹除。