激光切割工藝實驗

1、關(guān)于激光切割工藝實驗機械工程實驗教學(xué)中心第一張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月機械工程實驗教學(xué)中心實驗?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New CAM切割軟件編制切割程序第二張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月機械工程實驗教學(xué)中心實驗內(nèi)容用New CAM切割軟件繪制零件，并操作TLV510 CO2激光切割機床切割該零件 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 第三張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年

2、6月機械工程實驗教學(xué)中心儀器設(shè)備 TLV510 CO2激光切割機床空氣壓縮機組及后處設(shè)備20KW水冷機組New CAM切割軟件200 mm200mm1mm的Q235鋼板1塊高純度氮氣和氧氣若干 第四張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月機械工程實驗教學(xué)中心TLV510 CO2激光切割機床返回第五張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月機械工程實驗教學(xué)中心20KW水冷機組返回第六張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月機械工程實驗教學(xué)中心New CAM切割軟件返回第七張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月機械工程實驗教學(xué)中心液態(tài)氮氣和氧氣返回第八張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年

3、6月機械工程實驗教學(xué)中心實驗原理 激光加工技術(shù)是近十幾年發(fā)展起來的一項高新技術(shù)，適用于金屬材料、無機非金屬材料、高分子材料和復(fù)合材料的激光表面強化與改性處理、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。第九張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月機械工程實驗教學(xué)中心實驗原理與傳統(tǒng)的板材加工方法相比，激光切割具有諸多優(yōu)點：精度高：激光切割切口一般在0.100.20mm且表面粗糙

4、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/min6m/min，切割5mm厚的有機玻璃速度可達(dá)12m/min。效率高：無機械沖裁時的沖擊力，不存在刀具、模具的磨損現(xiàn)象，無需機械沖裁下料時的塔邊，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。第十張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月機械工程實驗教學(xué)中心實驗原理柔性好：無需刀具和模具，結(jié)合計算機控制技術(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

5、可以進行激光加工，你可以在最短的時間內(nèi)得到新產(chǎn)品的實物。范圍廣：激光可以對高密度板、中密度板、膠合板、有機玻璃板、鋼板、不銹鋼、鋁合金板、硬質(zhì)合金等進行加工；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。第十一張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月機械工程實驗教學(xué)中心實驗原理 CO2激光切割設(shè)備，主要由激光器、導(dǎo)光系統(tǒng)、機床本體、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

6、數(shù)控裝置； 6數(shù)控系統(tǒng)；7伺服電動機；8切割工作臺；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伺服電動機和割炬驅(qū)動裝置第十二張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月機械工程實驗教學(xué)中心實驗原理激光器 激光形成原理：當(dāng)一個激活物質(zhì)受到外界作用產(chǎn)生輻射時，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（即受激輻射），并得到迅速的增強而獲得增益（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，則這種傳播就會持續(xù)地進行下去，形成光諧振，

7、并由輸出端輸出，形成相位一致、波長一定、方向性極強的電磁波，即形成激光。第十三張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月機械工程實驗教學(xué)中心實驗原理激光器 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。第十四張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月機械工程實驗教學(xué)中心實驗原理固體激光器 一般講，固體激光器具有器件小、堅固、使用方便、輸出功率大的特點。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)。第十五張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月機械工程實驗教學(xué)中心實驗原理半

8、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。激勵方式有光泵浦、電激勵等。這種激光器體積小、質(zhì)量輕、壽命長、結(jié)構(gòu)簡單而堅固，特別適于在飛機、車輛、宇宙飛船上用。 第十六張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月機械工程實驗教學(xué)中心實驗原理液體激光器 常用的是染料激光器，采用有機染料為工作介質(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，主要應(yīng)用于分光光譜、光化學(xué)、醫(yī)療和農(nóng)業(yè)。第十七張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月機械工程實驗教學(xué)中心實驗原理幾種

9、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)機的可靠性外形尺寸大，維護保養(yǎng)較難功率小，實用性差缺點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)點實用輸出功率/W構(gòu)成簡圖類型第十八張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月機械工程實驗教學(xué)中心實驗原理 本機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；6-冷卻水進口；7-后鏡片；8-射頻激勵

10、電子；9-電極第十九張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月機械工程實驗教學(xué)中心實驗原理德國Rofin生產(chǎn)的CO2激光器實物照片。第二十張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月機械工程實驗教學(xué)中心實驗原理CO2激光器控制系統(tǒng)。第二十一張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月機械工程實驗教學(xué)中心實驗原理導(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。 第二十二張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022

11、年6月機械工程實驗教學(xué)中心實驗原理機床本體 加工機床是用于固定工件和保證其在加工過程中的位移、旋轉(zhuǎn)運動的裝置。工作機床品種繁多，有專用和通用兩大類，一般采用步進電機或伺服電機驅(qū)動。 第二十三張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月機械工程實驗教學(xué)中心實驗原理數(shù)控系統(tǒng) 在激光加工系統(tǒng)中數(shù)控系統(tǒng)用來控制機床本體的運動、激光器運行以及其它輔助系統(tǒng)的運行。本激光切割系統(tǒng)所用的數(shù)控系統(tǒng)為FANUC Series 16i-L。第二十四張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月機械工程實驗教學(xué)中心實驗步驟機床準(zhǔn)備打開空氣壓縮機及后處理單元電源，首先檢查空氣壓縮機、儲氣罐等排水管是否暢通，再檢查冷干機冷媒壓

12、力是否再正常范圍內(nèi)，最后依次開啟空氣壓縮機和冷干機；等壓縮空氣壓力升至0.6Mpa以上后，進行下一步操作。由于本機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)、機床與激光器電源。首先打開激光器光路冷卻氣體氮氣；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。機床回機械零點，對激光焦距，具體操作步驟請嚴(yán)格按照機床說明書操作。 第二十五張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月機械工程實驗教學(xué)中心激光器控制系統(tǒng)顯示界面第二十六張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月機械工程實

13、驗教學(xué)中心實驗步驟程序編制打開計算機并啟動New CAM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，就可以自動生成加工程序。將程序傳輸至CF存儲卡中，已備加工時使用。第二十七張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月機械工程實驗教學(xué)中心實驗步驟實際加工將加工材料安裝在機床，并通過氣動裝置夾緊。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。由于本次實驗所用板材為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)量進行調(diào)試。第二十八張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月機械工程實驗教學(xué)中心實驗步驟實際加工將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，啟動機床開始加工。 第二十九張，PPT共三十一頁，創(chuàng)作于2022年6月機械工程實驗教學(xué)中心注意事項操作人員須戴防護眼鏡，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，維護操作時須小心謹(jǐn)慎，勿觸高壓。CO2激光器控制柜內(nèi)有高壓