激光雕刻机的加工原理主要是利用激光与工件表面产生的光化学效应、溶 蚀效应和汽化效应来实现，即是当能量密度极高的激光束照射在工件表面上时， 一部分从材料表面反射了一部分激光束，使其进入材料内部，激光的光能被吸收 并转化成热能，使照射区域的温度显示升高、汽化而去除材料，其中也伴随着氧 化反应[11]。

由于雕刻时激光头功率较小，激光光斑引起的光热效应不足以将工件切透而 是将工件表面形成烧蚀痕迹以达到雕刻效果[7]。激光点在工件表面沿 x 轴移动一 次在工件上留下一条以斑点组成的线性痕迹，一幅二维图像是由许多条线性痕迹 在 Y 轴上均匀排列组成的[8]。

激光雕刻与激光切割的加工机理一样都是依靠激光的光热效应，所以激光雕 刻机都具备切割工件的功能。激光雕刻机的切割功能一般用在下料或者切割复杂 图形等情况，切割加工时激光头在电机的驱动下沿着加工轨迹运动，工件被激光 照射的部分融化或者直接汽化，气体喷嘴吹出的辅助气体将融化的材料吹走形成 一条切缝[9]。

2。1。3 激光雕刻机的加工流程

激光雕刻的主要目的是在工件表面上雕刻出待加工图形，加工流程一般包括 图形编辑、传输加工数据、定位工件、开启自动加工和卸载清理工件，有时还要 沿工件边界切割下雕刻成型的部分。

（1）编辑图形。激光雕刻机需要支持的图形加工文件有矢量图和位图两种类型。 本文采用的是矢量图形，由 Inkscape 进行开发编辑。Inkscape 是一款外国开发 的开源矢量图形编辑软件，与 Illustrator、Freehand、CorelDraw、Xara X 等 其他软件相似。Inkscape 是一套矢量图形编辑器，以自由软件授权发布与使用， 属于开源文化的一种。该软件的开发目标是成为一套强力的绘图软件，且能完全 遵循与支持 XML、SVG 及 CSS 等开放性的标准格式。

（2）传输加工数据。图形编辑完成后将会需要根据系统所需要的设置将被加工 图形转换成加工代码并传输到激光雕刻机的控制板中。个人计算机与激光雕刻机 控制板之间的数据传输主要采用以下的方式:在线数据传输。在线传输是通过个 人计算机和激光雕刻机控制板之间的 USB 接口将所需的加工数据由个人计算机 下载到激光雕刻机控制板上，此方式适用于加工任务多样、工件数量较少的情况， 加工人员可以直接将在个人计算机上处理好的加工文件下载到激光雕刻机控制 板上，可进行远距离加工。文献综述

（3）定位工件。激光加工具有激光头不接触工件、不产生应力的特点，所以工 作台上一般不需要安装夹具，工件直接摆放在工作台上。加工之前将工件摆放到 正确的位置并将激光头移动到加工起点。由于激光一旦发射就会在工件上产生痕 迹，所以需要辅助工具来确定工件与激光的相对位置。一般激光雕刻机上都有一 个辅助 LED 灯模拟激光点照射的位置。

（4）加工工件。加工文件时先在激光雕刻机控制面板上选中要加工的图形文件。 选中文件后按“打开串口”按钮，并根据加工文件中的路径和图形信息控制步进

电机和激光器进行加工。 (5)卸载清理工件。激光雕刻机在烧蚀后的工件表面会残留一些残渣，需要及时 清理工件以保证的残渣证图案的清晰。

图 2-2 雕刻机加工流程

2。2 系统的总体方案

激光雕刻机控制系统主要控制激光头的运动与调节激光器的功率与开闭。激 光头的运动由 X 向步进电机和 Y 向步进电机驱动，激光器的功率由 0-5 V 的模拟 电平控制。激光器的开关由控制系统发出的脉冲信号控制。