1)當能量密度極高的激光照射在被加工表面時，光能被加工表面吸收并轉換成熱能，使照射斑點的局部區城溫度迅速升高，瞬時急劇熔化和蒸發，并形成小凹坑。

2)同時開始熱擴散，使斑點周圍的材料熔化，隨著激光能量連續吸收，凹坑中金屬蒸汽迅速膨脹、壓力驟增、熔融物質高速外噴。

3)熔融物的高速噴射所產生的反沖壓力，又在工件內部形成一個方向性很強的沖擊被，使熔化物質爆炸式的噴射去除。

激光加工機主要由激光器、光學系統、電源及數控系統、機械系統及輔助系統組成，是典型的光、機、電一體化設備。激光器是影響激光加工能力和質量的主要部件，它的任務是把電能轉變成光能，產生所需光束；光學系統將光束聚焦并調焦，將激光器輸出的激光束引導到工件上；數控系統根據加工工藝要求，進行電壓控制、時間控制等；機械系統包括床身、工作臺及輔助系統等。

激光加工中，多數采取固體激光器和氣體激光器。固體激光材料有紅寶石，銨玻璃和摻釔釹鋁石榴石(YAG)；氣體激光材料有CO₂、氦-氖和氬離子等。激光加工常用YAG (只達600W )和CO₂(可達25kW)激光器。

由于激光加工的功率密度高，可用于加工金屬、有機和無機材料等幾乎所有的材料，但是對于透明材料需要采取一些色化和打毛措施，才利于加工；對于銅、鋁及其合金等制成的熱導率和反射率高的工件，激光加工的效果變差，但YAG激光波長較短，在金屬表面上引起反射要比CO₂激光少。

1 )激光束位置不變，工作臺作X、Y方向移動，這樣光路調整方便，導光系統能量損失少。

2 )各傳遞光束部件均設置調整環節，能迅速、準確而方便地調整光束。

3)各坐標驅動采用直流伺服電動機和滾珠絲杠副，并且各導軌分別采用聚四氟乙烯塑料及直線袞動導軌，運動靈話，低速無爬行，保證了較高的定位精度。

4)數控裝置采用FANUC-BESK3M型系統，使主機操作及輔助功能控制與系統做成一體化，操作方便。

5)系統配備有CRT顯示器及示教功能，編程簡便迅速。

激光加工，在汽車、航空、宇航、 電子、機械和輕工等方面的應用愈來愈廣，有向復合化加工發展的趨勢，即利用激光加工的“光-熱”作用，將材料的加工、熱處理、激光化學等結合起來，形成過去傳統加工方法難以實現的微光復合加工技術。激光加工不需要工具，它是非接觸加工，加工速度快，生產率高，打一個小孔的時間約需0.1s，熱影響區域小，熱變形也小。激光束傳遞方便，易于控制，便于與機器人、數字控制、自動檢測等技術結合，實現自動化加工和構成柔性制造系統，成為迅速發展的一種先進加工技術。

中文名稱

超聲加工機床

英文名稱

ultrasonic machine tool

定　　義

用超聲加工方法加工工件的特種加工機床。

應用學科

機械工程（一級學科），切削加工工藝與設備（二級學科），特種加工機床（三級學科）

根據激光發生器的大小，切割厚度在0.1~20mm左右一般都不超過10mm，否則投入成本太大，該設備投資成本在所有的切割方式中是最高的，而且不是高了一點點，使用維護成本也相當高，切割材料范圍較大。

數控水射流切割機（簡稱水刀），一般切割厚度都小于20mm，采用高壓水射流并加入磨料(金剛砂或石榴石)的方式切割，切割材料范圍是最廣的，幾乎沒有切不了的東西，設備投資成本僅次于激光，使用成本也較高，因為所有的磨料都是一次性的，用過一次就排放到大自然中去了，因此帶來的環境污染也比較嚴重。

技術現狀、發展趨勢以及需突破的共性關鍵技術

3.1 國外數控激光切割技術現狀與發展趨勢

目前，國際上有代表性的激光切割設備制造商有：德國通快TRUMPF公司，瑞士百超BYSTRONIC，意大利PRIMA，美國WHITNEY公司和日本TANAKA公司等，他們的代表性技術如表1。這些國際知名公司已陸續開發出了大功率、大幅面、高速、飛行光路，三維立體、數控自動的激光切割機，并且每年都在推出新的機型。如百超2002年推出加速度2g，2007年推出3g的高速機床，技術發展之迅速可見一斑。

隨著激光切割的逐步普及，市場要求進一步提高切割效率(高速切割)、降低待機時間(自動上下料系統)、擴大應用面(向三維立體切割、厚板、高反射材料發展)、降低運行成本(降低電耗)等。國外激光切割技術發展趨勢有：

3.1.1 高速度

在設備的運行速度上，目前多家企業競相開發高速高精度切割機，用以取代機械沖床，例如瑞士百超激光有限公司推出的BYSPEED機型，切割速度可達40m/min，加速度為3g，可切割20 mm的不銹鋼，12mm的鋁合金和6mm的紫銅等，其電耗僅60kW，機器有效利用率可達95%，在薄板加工效率上與沖床相當。

普瑞瑪工業公司最新推出的SYNCRONO機床則采用了一種與眾不同的全新設計理念，首次在激光切割設計中引入了并聯機床的概念，并將兩臺機床合二為一：一臺具有極高動態性能和極輕重量的小型切割機床(切割頭)和一臺負責在大加工范圍內移動的大型傳統機床，兩者之間通過數控實現完美的同步運動和最佳的加工效率優化。由于切割頭部分的重量極輕，故能實現非常高的動態性能，同時機床還采取了特殊的動態平衡設計和專門優化的驅動控制算法，使其在高速運動的同時軌跡光滑且完全避免了振動。這種設計的結果使SYNCRONO機床達到了一種超乎想象的加T效率，其切割時的加速度可達6g，一分鐘內可以切割1000個孔，幾乎比目前市場上最快的切割機還要快一倍。同時其運行成本遠遠低于對手，實際上，SYNCRONO正在開創一個激光切割新時代。

3.1.2 多自由度

激光切割機廣泛地應用到復雜曲面，工件的加工，如激光切割機器人、專門用于管材切割的2.5D激光切割機、3D光纖傳輸激光切割機等。

以前的三維激光切割機只能進行汽車內飾件的切割，無法加工金屬沖壓件。普瑞瑪工業公司創造性地將電容式傳感器集成到三維激光切割設備中，使機床可以自動適應沖壓件彈性變形造成的誤差，從而使三維激光切割技術真正成為汽車車身加工的一種精密、靈活的加工手段，廣泛應用于汽車、航天航空工業、工程機械、模具、健身器材、鈑金加工等制造領域。

3.1.3 大幅面大厚板

目前，國際上出現了“精密造船”的概念，美國、歐盟、日本、韓國等圍家和地區的船舶制造普遍采用高功率激光切割技術。目前國外主流大幅面激光切割機一般采取機載激光器結構，加工幅面為3m×25m，切割板厚可達到40mm，在船舶、艦艇等行業得到越來越多的應用。

3.1.4 智能化

進一步把激光器與計算機數控技術、先進的光學系統以及高精度和自動化的T件定位相結合，將自動排料、切割工藝數據庫、遠程診斷、遠程控制集成一體，把激光切割的功能部件與其他加工方法組合，制成如激光沖床等多功能加工機，更符合工廠復雜加工高效的需要，它兼有激光切割的多功能性和其他加工形式的高速高效的特點，可同時完成切割、打孔、打標、劃線、成形等。2100433B

這種設備說簡單了就是一只手，用它“抓”著“切割介質”，并控制切割的前進方向，它的工作原理是：首先編制程序，將程序輸入數控切割機的控制系統，控制系統發送前進、后退、左、右的指令到機床的驅動系統，并由驅動系統控制電機的正反轉以及轉速，來帶動機床的行動，由此而實現對割槍的控制。數控切割機一般配置火焰割炬、等離子割炬、激光頭、水刀等切割介質，所以就有了數控等離子切割機、數控火焰切割機、數控激光切割機（簡稱激光切割機)、數控水射流切割機（簡稱水刀）等等。