基于三维激光切割技术的异型管切割夹具设计

刘仍平 刘作厚 刘海波

1. 概述

三维激光切割在冷弯异型钢管的切割加工方面具有很多独特的优势，近年来，各大工程机械和农用机械驾驶室制造厂在样车的试制和开发过程中都在使用这项工艺。在异型钢管的三维激光切割工艺中，待切割工件准确和快速定位是提高异型管加工质量和切割效率的有力保证，切割夹具是工件定位的最终执行者，同时也是异型管定位问题研究的核心内容，因此，有必要对三维激光切割工艺中的工件定位问题，尤其是切割夹具的设计方法进行深入的研究。

2. 三维激光切割原理及切割系统

三维激光切割是用聚焦镜将激光束聚焦到材料表面，在极短的时间将材料加热，使材料熔化或汽化，同时用与激光束同轴的压缩气体吹走被熔化或汽化的材料，达到切割材料的目的，并使激光束与材料沿着一定的轨迹作相对运动，从而形成一定形状的切缝(见图1)。三维激光切割具有很多优点：①切缝窄（一般可达到0.1~0.3mm）。②工件热变形小。③工件无机械应力和表面损伤。④能切割脆性材料和极软、极硬的材料。⑤切口平行度好、表面质量好。⑥切割速度高（可达10m/min以上，并且无配件损耗。⑦柔性好，易于实现数控和计算机控制，不仅能切割二位板材，对于复杂的三维零件，只要厚度合适，都可以进行三维激光切割。

现代激光切割技术已经发展成完备的激光切割系统，除了功率大、模式好的激光器外还配有滚珠丝杠传动的高精度工作台，可由计算机控制多坐标联动实现各种复杂的空间图形切割。……