激光切割机（laser cutting machine）是光、机、电一体化高度集成设备，是利用高功率密度的激光束扫描过材料表面，在极短时间内将材料加热到几千至上万摄氏度，使材料熔化或汽化，再用高压气体将熔化或汽化物质从切缝中吹走，达到切割材料的目的。与传统机加工相比，激光切割具有高速、高精度和高适应性的特点。激光切割机按其激光器类型可以分为光纤激光切割机、CO2气体激光切割机，以及YAG激光切割机等。

1917年，根据量子跃迁概念给出辐射公式的另一种诠释，提出受激辐射理论，后发展为激光技术的理论基础。1960年7月7日，西奥多·梅曼成功制成了世界上第一台激光器，用于钻石切割，激光切割机主要由主机、数控传动系统、控制系统、冷却系统等组成。

激光切割已广泛地应用于汽车、机车车辆制造、航空、化工、轻工、电器与电子、石油和冶金等工业部门中。

1917年，爱因斯坦在 "Zur Quantentheorie der Strahlung"（"关于辐射的量子理论"）一文中，通过对马克斯·普朗克的辐射定律的重新演绎，提出了自发吸收、自发辐射和受激辐射的概念，为激光奠定了理论基础。

1960年5月15日，加利福尼亚州休斯实验室的科学家西奥多·梅曼宣布获得了波长为694.3微米的激光，这是人类有史以来获得的第一束激光，1960年7月7日，《》首先披露梅曼成功制成了世界上第一台激光器，梅曼的方案是利用一个高强闪光灯管来激发红宝石。1960年，伊朗物理学家阿里·贾文（Ali Javan）和小威廉·拉尔夫·贝内特（William R. Bennett Jr.）以及唐纳德·赫里奥特（Donald R. Herriott）使用氦和制造了第一台气体连续激光器（632.8nm）。

在西奥多·梅曼宣布世界上第一台激光器诞生后不久，科学家（Николай Геннадиевич Басов）于1960年发明了半导体激光器。1965年，第一台可产生大功率激光的二氧化碳激光器诞生。

1967年，英国的（The Welding Institute）成功地将脉冲CO2激光用于切割材料，标志着激光切割技术的诞生。此后，金属加工企业纷纷开始使用激光切割技术切割薄钢板。到80年代初，各国制造业公司更加重视激光切割机技术，激光切割开始以新兴产业形式渗透至各行各业。近年来，激光切割机在制造方面的优势愈发明显，欧美日等工业发达国家对激光切割机的需求以每年超过20%的速度增长，迅速形成新兴产业链。

1985年，山东济南铸造锻压机械研究所生产了首台精密激光切割机，2000年，该所开发制造出LC型交换式双工作台双边驱动数控精密激光切割机。

2003年3月，中科院长春光机与物理研究所研制的“数控激光管材加工设备”，标志着中国制造先进装备的能力己达到国际先进水平。之后，华工科技成功推出国产化高性能激光切割机。

2006年，中国自主研发出的激光切割产品已达到了国际领先水平。中国制造业在2003~2009年期间获得了迅速的发展也对质量提出了更高的要求，激光切割机的需求量也有了明显的提高。

激光作为不可见光的一种，与自然界可见光一样，都是由激发态的原子在高能级和低能级之间跃迁产生的光子形成的。但是激光和可见光的不同之处在于，可见光是由光源中原子自始至终自发辐射产生的。而激光则仅在开始的时间内依赖于自发辐射，然后完全由受激辐射发射出光子。正是激光器发出的几乎所有的光都是由受激辐射形成的，这使得激光发出的光子具有相同频率、相同波长、和完全相同的传播。

激光切割是利用高功率密度的激光束扫描过材料表面，在极短时间内将材料加热到几千至上万摄氏度，使材料熔化或汽化，再用高压气体将熔化或汽化物质从切缝中吹走，达到切割材料的目的。其加工原理如下图。

激光切割机主要有三种切割方式：

（1）激光汽化切割：在高能量密度激光柬作用下，材料瞬间达到熔点，汽化，蒸气喷出速度很大，在材料蒸气喷出同时形成切口。

（2）激光熔化切割：激光加热使材料熔化，通过与光束同轴的喷嘴喷出高压气体，将液态金属排出形成切口。

（3）激光氧气切割：激光只是作为预热热源，应用高压氧气作为切割气体，氧气与金属反应并放出大量反应热，高压氧气将熔融氧化物和熔化物从反应区吹出，形成切口。

激光切割机主要由主机、数控动力系统、数控传动系统等组成。典型的CO2激光切割设备的基本构成如下图。

主机主要由床身、工作台等基础件组成，床身分为开式和闭式两种，开式床身结构较为简单，工件放置方便。闭式床身刚性好，适合于较大激光切割机的结构。主机上的工作台用于支撑被切割的工件，支撑多采用多个顶尖结构，但也有采用多个圆球来支撑的：工作台侧面装有钢板的定位和夹紧装置。

切割机的动力系统通常采用电动机，它通过电流驱动旋转的定子和转子，产生机械动力。动力系统的输出轴通常连接到传动系统中的齿轮、皮带、链条等传动装置，将化学能（内燃机）或电能（电动机）转化为机械能，提供切割机运动所需的驱动力。

数控激光切割机要求定位精度通常\u003c0.05mm/300mm，因此，一般采用半闭环控制。半闭环系统的驱动元件为直流伺服或交流伺服电机，由于激光切割机只需保证运动部件的可靠移动，所以常采用脉宽调制宽调速的惯量直流电机，或交流伺服电机，电机直接与滚珠丝杠相连接而带动割炬滑板或活动工作台移动。在选择交流伺服电机时，因电动机转动惯量小，特别应注意电动机转动惯量与机械渠置转动惯量的匹配。有时为了结构需要 (例如z轴)或转动惯量的匹配，需要加级齿形带轮的减速。

控制系统通过各种来感知切割机的状态和环境条件，并进行处理和分析，生成控制信号。这些信号会传送到传动系统，进而控制切割工具的运动、切割精度、切割速度等参数。控制系统通常还具备故障检测和保护功能，它可以监测切割机的运行情况，检测到异常或故障时，会发出警报并采取相应的措施，以避免进一步损坏。

激光切割机的激光切割头是实现切割功能的重要组件，激光切割头通常与机身固定连接，并能够进行适当的调整和移动。

激光器工作过程将电能转换为高能激光，但由于光电转换率还普遍不高，存在一定的能量损耗，这些损耗能量大部分转换为热量，过多的热损耗会使激光器内部器件温度过高，进而影响器件的性能及寿命，严重时还会损坏内部器件，因此必须设置冷却系统。冷却系统的好坏直接影响激光光束质量、激光效率、工作可靠性，冷却系统主要包括水箱、水泵、冷却器、压缩机、冷凝器等。

CO2气体激光切割机是一种采用CO2气体作为工作介质的激光切割机。它通过放电将CO2气体分子电离产生高能量的CO2激光束，然后通过反射镜和聚焦镜将激光束引导到型材表面上，形成一个高温熔点，从而实现对型材的切割。CO2气体激光切割机具有功率大、稳定性好、适应性强等优点，适合于对厚板金或非金属材料（如木材、塑料、玻璃等）的宽范围切割。

激光切割机是从1964年发明二氧化碳气体激光(即C02激光)之后，以金属加工领域为中心开始得以使用，但是由于激光的输出功率较小的缘故，在薄板加工为主的金行业作为替代冲床的技术而发展起来的。发明C02激光约25年后的1989年，推出了搭载千瓦级高输出功率C02激光发生器的大型激光切割机(搭载型激光切割机)。同时在中厚板的碳钢切割领域也开始使用起来。之后，随着激光发生器及切割机、外围装置的不断改进，已达到25mm左右的切割板厚，从而使激光切割机与气体切割机、带电粒子弧切割机一样，在造船、桥梁、建筑和剪力加工等行业广泛使用。

YAG(铝石榴石晶体)激光切割机，是指采用固体YAG激光器，此类激光切割机机械结构主要有悬臂式和龙门式两种，龙门式又分为双边齿轮齿条驱动和螺丝螺母丝杆驱动两种。

YAG激光切割机非常适用于金属材料切割也可应用于金属焊接，是一款多功能的加工设备。该设备运行稳定可靠、加工质量好、效率高、操作简单维护方便，是一款性价比非常高的产品。

光纤激光切割机是利用光纤激光发生器作为光源的激光切割机。光纤激光器是国际上新发展的一种新型光纤激光器，它输出高能量密度的激光束，并聚集在工件表面上，使工件上被超细焦点光斑照射的区域瞬间熔化和气化，通过数控机械系统移动光斑照射位置而实现自动切割。

光纤激光切割机具有光束质量号、切割精度高、速度快、灵活性好、切口质量好等优点。同时，它也具有较高的能源效率和较低的维护成本，使其在许多行业得到广泛应用。

激光切割的表面质量主要由激光束的空间形状决定，而激光束的空间形状由激光器的谐振腔决定，且在给定边界条件下，电磁场在圆形对称腔中具有简单的横向电磁场的空间形状，腔内的横向电磁分布称为腔内横模，用TEM表示。这就是激光功率越小切割出来的产品质量越好的原因。所以实际操作中，在不影响切割效率的前提下，尽量减小激光切割功率。

喷嘴一般用紫铜制造，体积较小，是易损零件，需经常更换。在使用时从喷嘴侧面通入一定压力从喷嘴出口喷出，经一定距离到达工件表面，其压力称切割压力Pc，最后气体膨胀到大气压力Pa。随着Pn的增加，气流流速增加，Pc也不断增加。

若切割速度过快，则切口下缘乃至切割面上会粘渣，甚至割不透工件；速度过慢，则效率低下，切割面不光滑，切口下缘沾渣。实际使用中在不影响切割质量的前提下，应尽可能以相对较高的速度进行切割。

激光切割的优点之一是光束的能量密度高，一般\u003e10W/cm2。由于能量密度与4/πd12（d1为焦点光斑直径）成正比，所以d1应尽可能的小，以便产生窄的切缝。同时d1还和透镜的焦深成正比，焦深越小，d1就越小。但切割有飞溅，透镜离工件太近容易被损坏，因此一般大功率CO2 激光切割工业应用中广泛采用5″~7.5″（127～190 mm）的焦距，实际焦点光斑直径在0.1~0.4 mm 之间。

对于高质量的切割，有效焦深还和透镜直径及被切材料有关。因此控制焦点相对于被切材料表面的位置十分重要。考虑到切割质量、切割速度等因素，原则上厚度\u003c6 mm的金属材料，焦点在表面上；厚度\u003e6 mm 的碳钢，焦点在表面之上；厚度\u003e6 mm的不锈钢，焦点在表面之下。通常切割厚度为4mm以下材料时，选用5″镜头。飞行光路切割机切割近端和远端时光程长短不同，聚焦前的光束尺寸有一定差别。入射光束的直径越大，焦点光斑的直径越小。为了减少因聚焦前光束尺寸变化带来的焦点光斑尺寸的变化，飞行光路切割机上增加x、y方向的补偿光路系统。即当切割远端光程增加时使补偿光路缩短；反之当切割近端光程减小时，使补偿光路增加，以保持光程长度一致。

数控激光切割机：GB/T 34380-2017规定了数控激光切割机的型式、基本参数型号、技术要求、试验方法、标志、包装、贮藏和运输，由中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局、中国国家标准化管理委员会于2017年10月14日发布。

激光切割机在制造业中有广泛的应用，可以用于各种材料的切割、切削和加工。在金属加工方面，切割机可以用于金属材料的切割和切削，包括钢材、铝材、等，帮助制造商在制造金属零件、零配件、机器构件等过程中实现精确的切割和轮廓加工。在汽车制造过程中，切割机可以用于切割车身板材、底盘零部件、排气系统等。在造船业中，切割机常用于切割钢板和铝板，用于制造船体的各种零部件。高压水切割机在造船中也得到广泛应用，能够在大型钢板上进行精确的切割和钻孔。

在建筑和装饰中使用的石材需要经过精确的切割和加工，以适应各种设计要求。切割机可以用于切割和加工大理石、花岗石、石英石等石材，制作石材台面、地板、墙壁和其他石材制品。切割机在门窗制造过程中也常用于切割、塑料型材等，以适应不同尺寸和形状的门窗需求。

激光切割机解决了洗煤厂用滤布传统人工裁剪加工造成的劳动强度大、效率低、精度差、裁剪损耗较多等问题，通过设计研发激光滤布自动切割机，代替了传统手工裁剪，实现了全程自动化作业，做到了高效率、高精度、低损耗地切割滤布，实现了减人增效和提效增效。

激光切割机在消防救援中可以帮助救援人员迅速切割和拆除各种材料，并提供快速、有效的救援行动。这些切割工具通常设计为便携式、高性能的设备，以应对各种紧急救援场景。切割机在车辆事故救援、建筑物救援、管道救援、高空救援、水下救援等各种救援行动中发挥着重要的作用。

随着工业4.0和智能制造的推进，切割机将更加智能化和自动化。这包括集成更多的进行实时监测，采用高级控制系统实现自动编程、自动调整切割参数等。同时，可以通过物联网技术连接至云端，实现设备间的信息互通和远程监控。

切割机将不断优化设计和切割技术，提高切割精度和速度。高精度的切割能够满足对复杂零件和高性能金属材料的加工需求，高速度切割则有助于提高生产效率和降低生产成本。

面对日益严格的环保要求和节能减排政策，切割机将朝着更节能、低排放的方向发展。这意味着改进切割过程中的能耗控制、提高设备的能源利用率、降低切割过程中的材料浪费和污染物排放。

为满足不同行业的个性化需求，切割机将发展成为具有多种切割功能的一体化设备，例如：结合切割、雕刻、钻孔等多种功能；同时兼容不同类型的切割技术，如激光切割、水切割、等离子切割等。