激光切割工藝實(shí)驗(yàn)

關(guān)于激光切割工藝實(shí)驗(yàn)機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私釩O2激光加工設(shè)備的組成及其工作原理熟悉CO2激光與材料的交互作用了解CO2激光切割數(shù)控技術(shù)相關(guān)硬件掌握用NewCAM切割軟件編制切割程序第2頁,共31頁，2024年2月25日，星期天機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心實(shí)驗(yàn)內(nèi)容用NewCAM切割軟件繪制零件，并操作TLV510CO2激光切割機(jī)床切割該零件觀察CO2激光切割中碳鋼過程中的各種現(xiàn)象改變切割速度、切割功率、出光方式（連續(xù)、脈沖）加工一字符零件比較在不同切割條件下所加工零件的質(zhì)量差異

第3頁,共31頁，2024年2月25日，星期天機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心儀器設(shè)備TLV510CO2激光切割機(jī)床空氣壓縮機(jī)組及后處設(shè)備20KW水冷機(jī)組NewCAM切割軟件200mm×200mm×1mm的Q235鋼板1塊高純度氮?dú)夂脱鯕馊舾?/p>

第4頁,共31頁，2024年2月25日，星期天機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心TLV510CO2激光切割機(jī)床返回第5頁,共31頁，2024年2月25日，星期天機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心20KW水冷機(jī)組返回第6頁,共31頁，2024年2月25日，星期天機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心NewCAM切割軟件返回第7頁,共31頁，2024年2月25日，星期天機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心液態(tài)氮?dú)夂脱鯕夥祷氐?頁,共31頁，2024年2月25日，星期天機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心實(shí)驗(yàn)原理

激光加工技術(shù)是近十幾年發(fā)展起來的一項(xiàng)高新技術(shù)，適用于金屬材料、無機(jī)非金屬材料、高分子材料和復(fù)合材料的激光表面強(qiáng)化與改性處理、激光PVD、激光CVD、激光非晶材料和納米粉體和納米薄膜制備、激光熔煉、激光焊接和切割、激光成形與快速原型制造等。在材料、機(jī)械、冶金、汽車、石油、化工、電力、紡織及航空航天等行業(yè)有巨大的推廣應(yīng)用價(jià)值。激光切割是目前最為廣泛的一種方式應(yīng)用，它占激光應(yīng)用的60%左右。第9頁,共31頁，2024年2月25日，星期天機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心實(shí)驗(yàn)原理與傳統(tǒng)的板材加工方法相比，激光切割具有諸多優(yōu)點(diǎn)：精度高：激光切割切口一般在0.10～0.20mm且表面粗糙度一般控制在Ra：12.5以上；熱影響區(qū)、熱應(yīng)力及熱變形均小。速度快：用1200WCO2激光切割2mm厚的低碳鋼板切割速度可達(dá)5m/min～6m/min，切割5mm厚的有機(jī)玻璃速度可達(dá)12m/min。效率高：無機(jī)械沖裁時(shí)的沖擊力，不存在刀具、模具的磨損現(xiàn)象，無需機(jī)械沖裁下料時(shí)的塔邊，工件緊密排列，可節(jié)省20%～30%的材料，切割一次成型，無需后續(xù)加工。第10頁,共31頁，2024年2月25日，星期天機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心實(shí)驗(yàn)原理柔性好：無需刀具和模具，結(jié)合計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，可切割任意形狀、尺寸的板材，尤其適合多品種、小批量、形狀復(fù)雜零件的切割；非常適合新產(chǎn)品的開發(fā)，縮短研發(fā)周期，一旦產(chǎn)品圖紙形成后，馬上可以進(jìn)行激光加工，你可以在最短的時(shí)間內(nèi)得到新產(chǎn)品的實(shí)物。范圍廣：激光可以對高密度板、中密度板、膠合板、有機(jī)玻璃板、鋼板、不銹鋼、鋁合金板、硬質(zhì)合金等進(jìn)行加工；特別適合大件產(chǎn)品的加工，大件產(chǎn)品的模具制造費(fèi)用很高，激光加工不需任何模具制造，而且激光加工完全避免材料沖剪時(shí)形成的塌邊，可以大幅度地降低企業(yè)的生產(chǎn)成本提高產(chǎn)品的檔次。第11頁,共31頁，2024年2月25日，星期天機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心實(shí)驗(yàn)原理CO2激光切割設(shè)備，主要由激光器、導(dǎo)光系統(tǒng)、機(jī)床本體、數(shù)控系統(tǒng)等組成。典型的CO2激光切割設(shè)備的基本構(gòu)成如下圖所示。CO2激光加工系統(tǒng)組成圖

1－冷卻水裝置；2－激光氣瓶；3－輔助氣體瓶；4－空氣干燥器；5－數(shù)控裝置；6－數(shù)控系統(tǒng)；7－伺服電動(dòng)機(jī)；8－切割工作臺(tái)；9－割炬；10－聚焦透鏡；11－絲桿；12－反射鏡；13－激光束；14－反射鏡；15－激光器；16－激光電源；17－伺服電動(dòng)機(jī)和割炬驅(qū)動(dòng)裝置第12頁,共31頁，2024年2月25日，星期天機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心實(shí)驗(yàn)原理激光器激光形成原理：當(dāng)一個(gè)激活物質(zhì)受到外界作用產(chǎn)生輻射時(shí)，在光學(xué)諧振腔內(nèi)其傳播方向與腔體軸向方向相同的光子將引起其它激發(fā)態(tài)的激活媒質(zhì)產(chǎn)生感應(yīng)躍進(jìn)（即受激輻射），并得到迅速的增強(qiáng)而獲得增益（其它方向的光子很快的離開邊界消失掉）。若這種增益能補(bǔ)償由其他原因（如界面透過、吸收、散射、衍射等）造成的損失，則這種傳播就會(huì)持續(xù)地進(jìn)行下去，形成光諧振，并由輸出端輸出，形成相位一致、波長一定、方向性極強(qiáng)的電磁波，即形成激光。第13頁,共31頁，2024年2月25日，星期天機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心實(shí)驗(yàn)原理激光器對激光器有不同的分類方法，一般按工作介質(zhì)的不同來分類，在可以分為固體激光器、氣體激光器、半導(dǎo)體激光器和液體激光器。第14頁,共31頁，2024年2月25日，星期天機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心實(shí)驗(yàn)原理固體激光器一般講，固體激光器具有器件小、堅(jiān)固、使用方便、輸出功率大的特點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于電子、軸承、鐘表、眼鏡、通訊產(chǎn)品、電器產(chǎn)品、汽車配件、塑膠按健、五金工具、醫(yī)療器械等行業(yè)。第15頁,共31頁，2024年2月25日，星期天機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心實(shí)驗(yàn)原理半導(dǎo)體激光器是以半導(dǎo)體材料作為工作介質(zhì)的。目前較成熟的是砷化鎵激光器，發(fā)射840nm的激光。另有摻鋁的砷化鎵、硫化鉻硫化鋅等激光器。激勵(lì)方式有光泵浦、電激勵(lì)等。這種激光器體積小、質(zhì)量輕、壽命長、結(jié)構(gòu)簡單而堅(jiān)固，特別適于在飛機(jī)、車輛、宇宙飛船上用。

第16頁,共31頁，2024年2月25日，星期天機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心實(shí)驗(yàn)原理液體激光器常用的是染料激光器，采用有機(jī)染料為工作介質(zhì)。利用不同染料可獲得不同波長激光。液體激光器工作原理比較復(fù)雜。輸出波長連續(xù)可調(diào)，且覆蓋面寬是它的優(yōu)點(diǎn)，主要應(yīng)用于分光光譜、光化學(xué)、醫(yī)療和農(nóng)業(yè)。第17頁,共31頁，2024年2月25日，星期天機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心實(shí)驗(yàn)原理幾種CO2激光器的主要特性光束能量分布為復(fù)式，效率較低輸出功率的穩(wěn)定性取決于風(fēng)機(jī)的可靠性外形尺寸大，維護(hù)保養(yǎng)較難功率小，實(shí)用性差缺點(diǎn)可獲得很高的輸出功率1500橫流式可在體積不大的條件下獲得較高的輸出功率，維護(hù)保養(yǎng)方便3000高速軸流式可獲得穩(wěn)定的基模式激光1000低速軸流式結(jié)構(gòu)簡單100氣體封閉式優(yōu)點(diǎn)實(shí)用輸出功率/W構(gòu)成簡圖類型第18頁,共31頁，2024年2月25日，星期天機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心實(shí)驗(yàn)原理

本機(jī)床所采用的激光器為德國Rofin生產(chǎn)的CO2激光器，其結(jié)構(gòu)原理如下所示。1-激光光束；2-光束修正單元；3-輸出鏡片；4-冷卻水出口；5-射頻激勵(lì)；6-冷卻水進(jìn)口；7-后鏡片；8-射頻激勵(lì)電子；9-電極第19頁,共31頁，2024年2月25日，星期天機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心實(shí)驗(yàn)原理德國Rofin生產(chǎn)的CO2激光器實(shí)物照片。第20頁,共31頁，2024年2月25日，星期天機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心實(shí)驗(yàn)原理CO2激光器控制系統(tǒng)。第21頁,共31頁，2024年2月25日，星期天機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心實(shí)驗(yàn)原理導(dǎo)光系統(tǒng)導(dǎo)光系統(tǒng)導(dǎo)光系統(tǒng)是激光切割機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)，它是將激光引導(dǎo)到熱處理的工件表面的裝置。該系統(tǒng)由功率監(jiān)控、光閘、可見光同軸瞄準(zhǔn)、發(fā)射式或透鏡式聚焦、吹風(fēng)水冷等系統(tǒng)組成，一般可分為通用型和專用型兩大類，它根據(jù)被處理工件的形狀尺寸、技術(shù)要求來選定。

第22頁,共31頁，2024年2月25日，星期天機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心實(shí)驗(yàn)原理機(jī)床本體加工機(jī)床是用于固定工件和保證其在加工過程中的位移、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的裝置。工作機(jī)床品種繁多，有專用和通用兩大類，一般采用步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。

第23頁,共31頁，2024年2月25日，星期天機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心實(shí)驗(yàn)原理數(shù)控系統(tǒng)在激光加工系統(tǒng)中數(shù)控系統(tǒng)用來控制機(jī)床本體的運(yùn)動(dòng)、激光器運(yùn)行以及其它輔助系統(tǒng)的運(yùn)行。本激光切割系統(tǒng)所用的數(shù)控系統(tǒng)為FANUCSeries16i-L。第24頁,共31頁，2024年2月25日，星期天機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心實(shí)驗(yàn)步驟機(jī)床準(zhǔn)備打開空氣壓縮機(jī)及后處理單元電源，首先檢查空氣壓縮機(jī)、儲(chǔ)氣罐等排水管是否暢通，再檢查冷干機(jī)冷媒壓力是否再正常范圍內(nèi)，最后依次開啟空氣壓縮機(jī)和冷干機(jī)；等壓縮空氣壓力升至0.6Mpa以上后，進(jìn)行下一步操作。由于本機(jī)床所用的電源與國內(nèi)通用電源電壓不一致，故首先應(yīng)打開變壓器與穩(wěn)壓器電源開關(guān)；再開啟冷卻系統(tǒng)、機(jī)床與激光器電源。首先打開激光器光路冷卻氣體氮?dú)?；再更換激光氣體，其具體操作步驟請嚴(yán)格按照激光器使用說明書操作。激光器上高壓，激光器準(zhǔn)備完畢后激光器控制系統(tǒng)顯示界面如此圖所示。機(jī)床回機(jī)械零點(diǎn)，對激光焦距，具體操作步驟請嚴(yán)格按照機(jī)床說明書操作。第25頁,共31頁，2024年2月25日，星期天機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心激光器控制系統(tǒng)顯示界面第26頁,共31頁，2024年2月25日，星期天機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心實(shí)驗(yàn)步驟程序編制打開計(jì)算機(jī)并啟動(dòng)NewCAM軟件。在群組編輯模式下繪制需加工零件的圖形，然后加入排版模式中，根據(jù)加工需要排版，最后加入加工模式，確定好加工參數(shù)后，就可以自動(dòng)生成加工程序。將程序傳輸至CF存儲(chǔ)卡中，已備加工時(shí)使用。第27頁,共31頁，2024年2月25日，星期天機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)際加工將加工材料安裝在機(jī)床，并通過氣動(dòng)裝置夾緊。根據(jù)所加工的材料種類及板材厚度，選擇噴嘴孔直徑，一般板材厚度與噴嘴直徑相當(dāng)；再選擇切割輔助氣體種類，并調(diào)試好氣體壓力。由于本次實(shí)驗(yàn)所用板材為1mm厚的Q235鋼板，故應(yīng)選用氧氣為輔助氣體，壓力在0.5MPa左右，具體應(yīng)根據(jù)最終切割質(zhì)量進(jìn)行調(diào)試。第28頁,共31頁，2024年2月25日，星期天機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)際加工將CF卡插入數(shù)控系統(tǒng)左邊的接口中，具體位置如下圖所示。將數(shù)控系統(tǒng)切換至DNC模式，選擇正確的加工程序，啟動(dòng)機(jī)床開始加工。第29頁,共31頁，2024年2月25日，星期天機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心注意事項(xiàng)操作人員須戴防護(hù)眼鏡，嚴(yán)禁眼睛對激光口觀看，以免傷害眼睛。激光器內(nèi)有高壓，維護(hù)操作時(shí)須小心謹(jǐn)慎，勿觸高壓。CO2激光器控制