随着航天业和汽车制造业的发展,对于激光打孔及切割材料的需求也越来越高。相比于传统的机械加工或者电加工的方式,激光加工具有很多优点,比如高加工速度、低成本、更好的表面质量等等。但是在激光加工中存在打孔的锥度孔、加工表面热影响区等问题,本文提出了焦点移动激光打孔及振动辅助激光切割的新工艺,旨在改善材料的加工过程,并建立了针对激光打孔及切割的仿真模型以预测其加工效率。首先进行了激光打孔和激光切割过程的理论分析,建立了激光与材料相互作用的温度场解析模型,通过热传导方程进行了激光与材料相互作用的热学分析,通过有限元解析了激光与材料的相互作用过程。利用有限元方法通过ANSYS APDL对沿Z向移动热源的过程进行建模,同时采用“单元死亡”技术在有限元模型中实现了材料去除过程的模拟仿真。本文在激光打孔的研究中,通过激光头的轴向移动实现了激光焦点位置的调整,旨在提高激光打孔质量,尤其是要抑制锥形孔的锥形角的形成。在有限元模型中实现了材料去除过程及圆孔表面形态的模拟仿真。建立的有限元模型实现了激光打孔锥角的预测及得到z向焦点移动激光打孔减少孔锥角有效激光参数。有限元仿真结果表明,采用移动激光头可以大幅提高圆孔的成形精度,减少圆孔锥角,实验结果与仿真结果吻合较好。有效地预测了激光加热引起的材料融化过程,仿真和实验结果均表明采用文中提出的激光打孔方式加工的圆孔具有较高的圆柱度。针对激光切割表面存在的条纹化,进行了利用工件振动辅助激光切割提高切口表面质量的仿真及实验研究。通过对激光切割过程的有限元模拟,结果表明在加工过程中工件振动可以有效地降低工件温度,从另一个角度来说,工件振动的激光切割工件横截面的条纹形状明显降低从而提高了工件表面的切割质量。针对厚度为1mm、4mm以及6mm的45#钢2000W光纤激光切割实验结果验证了仿真结果。本文的研究工作为提高激光打孔和切割的表面质量提供了新的技术解决方案,为进一步提升激光打孔和激光切割的工业应用提供了技术支撑。