本发明专利技术涉及一种用于工件（１）的激光束斜切割的方法，在该方法中，由切割气体喷嘴（３）排出的超声波切割气流（４）相对于工件表面（１ａ）以斜切割角度（α）定向，在激光束斜切割中使工件（１）和激光切割束（２）相对彼此运动，其中，斜切割角度（α）与进给方向（Ｙ）成直角地延伸。在相对运动期间这样地调节激光切割束（２）在工件表面（１ａ）上的位置（Ｐ），使得激光切割束（２）在一个在超声波切割气流（４）内部形成的高压区域（５）中碰到工件表面（１ａ）。本发明专利技术还涉及一种用于执行该方法的激光加工机。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于工件的激光束斜切割的方法，在该方法中，由切割气体喷嘴 排出的超声波切割气流相对于工件表面以斜切割角度定向，在激光束斜切割中使工件和激 光切割束相对彼此运动，其中，斜切割角度与进给方向成直角地延伸。本专利技术也涉及一种用 于工件的激光束斜切割的激光加工机，包括用于产生超声波切割气流的、能相对于工件表 面以斜切割角度定向的切割气体喷嘴，用于使工件和激光切割束以与进给方向成直角地延 伸的斜切割角度相对彼此运动的运动装置，及用于将激光切割束定位在工件表面上的位置 处的激光加工头。
技术介绍
为了使两个尤其管状的工件在形成例如90 °角的情况下相互连接，可以首先以 45°的角度倾斜地分割这些工件并且接下来在切割棱边处将这些工件相互焊接。为了焊 接，切割棱边应当尽可能面状地相互贴靠，然而当激光切割束在切割过程中垂直于工件表 面的面法线定向时这是不可能实现，因为在这种情况下在分割过程中产生扭曲的切割面。 为了避免扭曲的切割面，在所谓的激光束斜切割中，激光切割束和支持激光切割的超声波 切割气流相对于面法线以一个角度、即所谓的斜切割角度倾斜。如果斜切割角度在切割过 程期间变化，则也可以在斜切口的情况下在管上产生一个平的切割面，从而显著地简化切 割棱边的焊接。显然，斜切割不仅可以在管状的工件上进行，而且可以尤其在厚的、板状的 工件上进行，以便能够在这些在斜切割中形成的斜的切割棱边上更容易地将这些工件相互 焊接。但是，上述的激光束斜切割工艺到目前为止绝对不占优势，也就是说与具有垂直 于工件表面定向的激光切割束的激光切割相比该激光束斜切割必须以明显的进给减小 (在45°斜切割角度时高达70%)和明显的质量损失为代价。尤其地，在激光束斜切割中 产生的切割棱边根据斜切割角度具有不同的表面品质，其中，在一个切割棱边上观察到强 烈的毛刺形成，而在另一个切割棱边上观察到粗糙的表面组织。由 J. Willach 等人的论文 “Melt Expulsion by a Coaxial Gas Jet in Trepanning of CMSX-4 with Microsecond Nd:YAG Laser Radiation，，，Proceedings of the SPIE，5063卷，435-440页公知，在涡轮叶片中开微型钻孔时使相对于工件以斜切割角 度定向的激光切割束和平行于激光切割束定向的超声波切割气流或者说切割气体喷嘴侧 向地相对彼此移动，以将超声波切割气流的驻点或者说高压区域直接定位在钻孔上方。以 这种方式应当阻止气压和硬化的熔液的厚度周期性地沿着钻孔的壁变化，在气流和激光束 轴线同轴定向时就是这种情况。应当通过侧向偏差抑制该振荡并且增加通过钻孔的气流及 由此使熔液在钻孔的底面上更容易排出。为了增大通过开孔获得的钻孔，在该钻孔旁边放 置一个另外的具有重叠部的钻孔，其中，这些钻孔之间的重叠部在50%至80%之间的范围 中已被证明是特别有利的。
技术实现思路
本专利技术的任务是，改进用于激光束斜切割的方法以及用于执行该方法的激光加工 机，使得能够在高进给速度下实现高质量的切口。该任务按照本专利技术通过开头所述类型的方法解决，在该方法中，在相对运动期间 这样地调节激光切割束在工件表面上的位置，使得激光切割束在一个在超声波切割气流内 部形成的高压区域中碰到工件表面。在这里，高压区域在超声波切割气流内部的位置取决 于必要时在激光切割期间变化的斜切割角度。对于激光切割束不垂直于工件表面定向时的 角度，高压区域及由此激光切割束在工件表面上的位置相对于切割气体喷嘴的喷嘴轴线偏 移，喷嘴轴线对应于超声波切割气流的中心。专利技术人已经认识到，激光切割束与超声波切割气流的中心之间的偏差不仅在产生 钻孔(开孔)时是有利的，而且在激光束斜切割中、即在工件与激光切割束之间的进给运动 中也是有利的，因为在这种情况下切割气体动力学是限制因素大部分切割气体在相对于 超声波切割气流倾斜延伸的工件表面上流走，并且由此不再可供切割过程使用，因此这里 在切割缝隙中产生的静态压力水平过小。通过在激光切割气体束与超声波切割气流的中心之间希望的偏差(偏心距)能够 将切割缝隙移动到在流技术上更有利的区域中。在此，激光切割束或者切割缝隙的移动与 进给方向成直角地且以一个与(可变的)斜切割角度有关的确定值进行。以这种方式改进 地将超声波切割气流耦合输入到切割缝隙中，其结果是切割缝隙中的静态压力水平增加多 个数量级。示例性的数值的流计算与目前的方法变型相比得到约350%的提升。切割缝隙 中的静态压力水平的提高已经被证明导致改善的熔液排出，这又阻止了切割缝隙由于金属 熔液的淤积而被过加热。因此，熔液的这样优化的排出能力可以直接转化为进给增加。最 大地实现的进给在此几乎与在传统激光束切割中能够达到的与片厚度有关的进给没有区 别。也允许在两个侧面上的切割棱边处产生胜过在垂直的激光束切割时切割棱边的棱边和 表面质量。斜切割角度的变化在此尤其在管的斜切割中是必需的，因为为了在45°切口的情 况下在管上产生平的切割面，斜切割角度必须垂直于进给方向例如在-45°至45°之间变 化。在相对工件垂直定向(斜切割角度0° )的情况下，工件上的高压区域这时位于超声波 切割气流的中心，在非直角定向的情况下，高压区域的位置不同于此并且随着斜切割角度 变化，使得必须跟踪激光束在工件上的位置，以保证激光束在斜切割期间留在高压区域中。在一种优选的变型中，为了调节激光切割束的位置，在激光束斜切割期间确定切 割气体喷嘴与工件之间的距离。切割气体喷嘴与工件之间的距离通常在斜切割过程期间随 着斜切割角度的变化而变化。因为高压区域在工件上的位置也取决于切割气体喷嘴与工件 之间的距离，所以有利的是在斜切割过程期间尽可能连续地检测该距离并且将检测到的距 离用于调节或匹配激光切割束的位置。在一种有利的扩展方案中，为了确定所述距离，测量切割气体喷嘴与工件之间的 电容，其中，在确定所述距离时考虑斜切割角度对所述电容的影响。工件与切割气体喷嘴之 间的距离的电容式测量在原理上是公知的并且可以如在申请人的EP 0 873 813 Bl或者 EP 1 684 046 Al中那样实现，这些文献在这个方面通过引用作为本申请的内容。在斜切割角度的变化过程中，切割气体喷嘴相对于工件的定向改变，这导致切割气体喷嘴与工件之 间的电场线改变并且由此在距离不变的情况下进一步导致电容变化。因此，对于距离测量 而言必须考虑电容随着斜切割角度的变化，以便对于一个相应的斜切割角度获得一个相应 修正的距离值。在一种有利的变型中，根据切割气体喷嘴与工件表面之间的距离a以及喷嘴开口 的直径d来确定激光切割束的位置。超声波切割气流的中心与平行于该超声波切割气流定 向的激光切割束(该激光切割束在其理想的切割缝隙位置中被设置在高压区域的中心)之 间的距离e允许根据三个参数α、a和d如下地确定e = sin ( α ) (a+ (d/2) sin ( α ))如下面进一步详细所示。因为瞬态的斜切割角度α、喷嘴直径d以及距离a(必要 时通过距离测量)对于机器控制器是已知的，在其上执行该方法的激光加工机可以自动地 确定偏心距e并且在激光束斜切割期间适当地适配该偏心距e本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．用于工件（１）的激光束斜切割的方法，在该方法中，由切割气体喷嘴（３）排出的超声波切割气流（４）相对于工件表面（１ａ）以斜切割角度（α）定向，在激光束斜切割中使工件（１）和激光切割束（２）相对彼此运动，其中，斜切割角度（α）与进给方向（Ｙ）成直角地延伸，其特征在于，在相对运动期间这样地调节激光切割束（２）在工件表面（１ａ）上的位置（Ｐ），使得激光切割束（２）在一个在超声波切割气流（４）内部形成的高压区域（５）中碰到工件表面（１ａ）。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：F·泽普，
申请(专利权)人：通快机床两合公司，
类型：发明
国别省市：DE
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