激光切割技术是激光加工过程中应用最为广泛的工艺工程。激光切割技术凭借其切割速度快、切割范围广、切割质量高、热影响区小、效率高等优点已经成为激光加工领域中最常用的加工方法。激光切割加工应用日益广泛,但揭示激光切割机理的激光切割数学模型尚不完善。为此,本文首先建立离轴式激光熔化切割数学模型,以惰性气体为辅助气体的激光熔化切割金属板为研究对象,将激光熔化切割过程简化成切缝内切割前沿熔化过程、熔化形成熔融层过程、辅助气体与熔融层力的伴随过程。其次以辅助气体种类、辅助气压、切割速度、离轴量为主要影响参数对离轴式激光熔化切割数学模型进行气流速度与熔融物速度的数值模拟分析。将数值分析设置参数代入进行模拟激光切割过程的仿真,研究气流场结构的变化,通过计算气流速度、气流压力得到气体参数在气流场的变化规律。通过气流场的仿真分析得到的结果与数值模拟分析的结果误差不大,为后续的实验验证提供工艺参数理论依据。最后对数值分析和仿真模拟的结果进行实验验证。本文提出通过高速摄像机拍摄捕捉熔融物掉落的方法来采集熔融速度,以辅助气体种类、气压、切割速度、离轴量为激光切割影响参数,对工件进行数据采集和表面形貌观测,分析熔融速度、切缝宽度、断面粗糙度来进行切割质量的分析,得到数值分析结果与实验验证结果误差在20%以内,进而验证了数学模型的有效性。通过响应曲面优化设计对切割参数和响应值预测得到优化后的结果,同时进行实验验证。数值分析的结果和优化后的结果误差较小,优化结果与实验结果相符,对参数设置提供理论基础。