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本论文基于武汉法利莱切割系统工程有限责任公司负责的国家“高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项:大功率宽幅面厚板数控激光切割机,以及武汉市科技局项目“3*12米以上大幅面激光切割设备的集成制造技术研究”两个项目研究大幅面激光切割机光束传输与聚焦特性。本文主要内容为以下四个部分:(1)阐述了光束在切割机光路中传输的基本原理,计算了光束在光路中扩束、偏振、准直、聚焦的过程,最终得到了该切割机输出的聚焦光斑在聚焦镜焦距为7.5英寸时的光斑直径为0.134mm,焦深为17mm,聚焦镜焦距为10英寸时的光斑直径为0.18mm,焦深为31mm。(2)分析了光路结构,为了得到均匀一致的聚焦光斑,采用等光程结构光路,光程补偿镜座与加工头行程比例1:2,使得光程L1=A+Y+B+Y+C=(A+B+C)+2Y=L2,从而获得一致的输出,并着重分析了切割头部分的结构与组成,最终选定基于铜镜的反射式切割头,并配以水冷、辅助气体、焦点跟踪、自动调焦单元等辅助系统。(3)为了适应更加灵活的生产需求,本文在原有的切割头基础上,设计了可变焦聚焦系统,使用活动透镜与固定透镜调节系统焦距,经计算得到移动镜位移量ΔH与焦点位移量ΔL的关系以及移动镜位移量ΔH与焦斑变化大小ΔD的关系。(4)根据推导得到的移动镜位移量ΔH与焦斑变化大小ΔD的关系,使用ZEMAX软件模拟了该聚焦系统的光斑变化规律,每当镜片移动1mm时,光斑直径变化量为0.1mm级,光斑直径控制的范围也可在0.3~0.7mm之间调节,对应的焦深调节范围为8.5~46.5mm,既可以用来切割薄板,也可以满足碳钢板的切割厚度达到30mm,有色金属板材切割厚度达到20mm的切割指标,证明了该装置的实用价值。