激光切割机加工工艺设计

I激 光 切 割 机 加 工 工 艺 设 计摘 要 ： 激 光 切 割 机 是 光 、 机 、 电 一 体 化 的 高 科 技 产 品 ， 以 其 加 工 精 确 、 快 捷、 操作简单 ， 自动化程度高等优点， 在制造行业中得到广泛应用 。 与传统的切 割 方 式 相 比 ， 不 仅 价 格 低 ， 消 耗 低 ， 而 且 是 非 接 触 加 工 ， 无 磨 损 ， 激 光 加 工 对 工 件 没 有 机 械 压 力 ， 加 工 出 来 的 产 品 效 果 、 精 度 、 光 洁 度 都 非 常 好 ， 尺 寸 一 致 、 精 确、效率高、成本低。本课题是针对 E-1306M 激光雕刻机的工艺研究， 首先介绍了有关激光切割加 工的国内外发展概况及本课题的研究意义及研究内容。 其次介绍了有关 E-1306M 雕刻机的结构、 操作原理及加工特点 。 最后通过实验确定了激光加工的最佳切割 参数。通过查阅大量的国内资料及研究成果， 并进行了大量的切割实验， 总结研 究方法， 提出新的实验方案。 探讨激光雕刻机在雕刻亚克力材料时 ， 激光雕刻 的功率、 焦距、 次数和 速度等对于加工质量的影响， 以便获得最佳的工艺参数 和 最好的切割效果。 实验结果表明， 激光雕刻功率 、 次数 、 焦距及速 度对加工 质量 的影响是非常明显的， 通过实验数据总结出了雕刻高质量产品的最佳的工 艺 参 数 。关键词：激光雕刻，焦距，切宽，切深IILaser Cutting Machine Processing Technology designAbstract： Laser cutting machine is an optical, mechanical, and electrical integration of high-tech products, with its processing precision, fast, simple operation, high degree of automation, has been widely used in the production industry. Compared with the traditional cutting methods, not only low prices, low consumption,but also non-contact processing, no wear, laser processing does not have mechanical pressure on the workpiece, the processed product has excellent effects, accuracy, finish, uniform size, accuracy, efficiency High and low cost.This thesis is aimed at the E-1306M laser engraving machine process research, first introduced the domestic and foreign development of laser cutting processing and the research significance and research content of this topic. Then introduced the structure, operating principle and processing characteristics of the E-1306M engraving machine.Through consulting a large number of domestic data and research results, and conducted a large number of cutting experiments, summed up the research methods and proposed a new experimental program. Discuss the influence of laser engraving power, focal length, number of times, and speed on the processing quality when engraving a acrylic material in order to obtain the best process parameters and the best cutting results.The experimental results show that the laser engraving power, frequency, focal length and speed have an obvious effect on the processing quality. The experimental data have been used to summarize the best process parameters for engraving high quality products.Keywords: Laser Carving, Focus, Cut Width, Cutting-inIII目 录摘要 .IABSTRACT.II1 绪论 .11.1 引言 .11.2 研 究 目 的 及 意 义 .11.2.1 研 究 目 的 .11.2.2 研 究 意 义 .11.3 国 内 外 发 展 状 况 .21.3.1 激 光 切 割 的 发 展 历 程 .21.3.2 国 内 现 状 .21.3.3 国 外 现 状 .32 激 光 切 割 的 特 性 分 析 .42.1 相 关 切 割 技 术 .42.1.1 常 用 切 割 方 法 的 分 类 .42.1.2 三 种 常 见 热 切 割 方 法 的 特 性 比 较 .42.2 激 光 切 割 的 原 理 、 类 型 及 特 点 .52.3 产 品 的 结 构 及 日 常 维 护 .62.3.1 产 品 的 结 构 .62.3.2 激 光 器 的 日 常 维 护 .62.3.3 机 床 的 日 常 维 护 .72.4 激 光 切 割 切 割 过 程 中 质 量 的 影 响 因 素 .72.4.1 切 缝 宽 度 .72.4.2 切 割 面 的 粗 糙 度 .82.4.3 切 割 速 度 .83 实 验 方 案 .93.1 实 验 目 的 .93.2 实 验 设 备 .93.2.1 E-1306M 激 光 切 割 机 基 本 构 成 .93.2.1E-1306M 激 光 切 割 机 技 术 参 数 .10IV激 光 切 割 机 加 工 工 艺 设 计3.2.2 数 字 式 智 能 电 子 显 微 镜 .103.3 激 光 切 割 机 基 本 原 理 .113.4 实 验 材 料 .113.5 基 本 操 作 流 程 .113.5.1 接 通 除 尘 通 风 系 统 .113.5.2 连 接 电 源 线 、 数 据 线 和 地 线 .123.5.3 调 节 光 路 .123.5.5 确 定 加 工 参 数 .123.5.4 图 文 编 辑 .123.5.6 放 置 加 工 材 料 ， 定 焦 距 .133.5.7 输 出 数 据 加 工 .133.6 切 缝 厚 度 与 宽 度 的 测 量 .134 切 割 质 量 与 效 率 的 单 因 素 实 验 研 究 .144.1 实 验 结 果 分 析 .144.1.1 焦 距 对 切 宽 和 切 深 的 影 响 .144.1.2 功 率 对 切 宽 和 切 深 的 影 响 .164.1.3 次 数 对 切 宽 和 切 深 的 影 响 .174.1.4 速 度 对 切 宽 和 切 深 的 影 响 .184.2 比 较 实 验 结 果 .194.3 切 割 路 径 的 优 化 .204.4 矢 量 雕 刻 与 位 图 雕 刻 .204.4.1 位 图 与 矢 量 图 的 区 别 .204.4.2 矢 量 雕 刻 与 位 图 雕 刻 的 区 别 .215 总 结 分 析 .225.1 总结 .225.2 实 验 中 存 在 的 不 足 .22致 谢 .23参考文献 .24附录 A 外 文 翻 译 .2511 绪 论1.1 引 言激光和其他自然光一样， 也是一种光， 但与光 不同的是， 激光的颜色非常纯 正，几乎没有发散的方向性和高的发光强度。现如今，激光切割技术已经非常普遍，已有超过 30 年 的 历 史 ， 近 年 来 ， 一 些研究人员发现了用低功率激光切割玻璃而不熔化玻璃的方法。激 光 切 割 工 艺 主 要 是 利 用 激 光 对 被 加 工 工 件 进 行 一 系 列 反 应 来 完 成 切 割 图 案， 达到加工的效果 。 大多数材料都可以通过激光切割。 金属加工行业作为金属 材料的一大组成部分，在工业制造中占有相当大的比重。都可进行无变形切割。 对很多制造行业来说往往会优先选用 1。1.2 研究目的及意义1.2.1 研究目的激光切割可用于加工钢材、 铝合金、 钛合金等金属材料， 也可用于加工玻璃、 陶瓷、 塑料等非金属材料 。 激光切割是无接触加工， 工件无机械变形 ； 激光切割 速度快、 柔性高 ， 可以节省模具投资 ， 节省生产成本。 本文主要是以切割机为研 究对象， 通过对钢板厚度 ， 激光功率， 切割次数， 光斑大小和焦距对切割质量和 效 率 的 影 响 。1.2.2 研究意义本文主要是以 E-1306M 激光切割机为研究对象， 通过大量实验， 研究其 焦距、 功率、速度、次数等对于激光切割效率、切深、切宽和质量的影响,通过对激光 切割的工艺研究， 能够熟练掌握激光切割机的使用以及一些基本故障的排查， 为 激光应用于工业中做一个更好的铺垫。 就目前来看， 激光切割机行业正在向高速、 高准确度的方向飞速发展， 其中大型激光切割机正向着厚板的切割方向发展 ， 其 应用范畴也将会越来越广阔。21.3 国 内 外 发 展 状 况1.3.1 激光切割的发展历程激光切割是伴随着机激光技术不断进步发展而来的必然产物。 1905， 爱因斯 坦第一次提出了光量子假说，并对激光概念进行了讨论。在 1960，美国休斯公 司制造出了世界上第一个红宝石激光器。 经过这么多年的发展 ， 激光技术的应用 已 经 非 常 广 泛 2。激光切割是一种生产效率非常高的技术。 同时， 激光切割仍然可以在工艺的 最后一刻对设计进行修改，但不会对整个生产过程产生任何影响。 激光切割的 最大好处是最终用户可以在没有大量模板的情况下进行短板或者中板的生产 。 响 应客户的需求更快， 所以不需要制造模具。 在柔性方面， 激光切割不仅可以在任 意方向进行切割， 而且可以产生任意形状的切割。 无需任何工具帮助 ， 模板的形 状可以快速更改。激光切割技术作为一种近些年来新发展起来的技术，有着广阔的发展前景。 美国、 德国、 日本等很 多发达国家在激光加工领域已经取得了跨越式发展。 激光 加工技术已基本完成了汽车、 电子、 机械、 航 空、 钢铁等大制造业的传统技术替 代， 进入轻工业时代 。 激光切割机具有良好的能量密度可控性、 切割宽度窄、 工 件的变形程度小、 切割质量好、 切割形状没有限制、 加工不需要接触等优点 。 激 光切割技术的成本很低、 效率很高和其巨大的发展潜力已经让他成为世界主要工 业国家之间的竞争力量。 激光技术作为一项重要的技术， 得到了各国的大力支持。 在中国， 激光切割技术在各类制造行业中的应用已经十分广泛， 切割技术的广泛 应用， 使得 产品的科技含量不断提高， 更换速度不断加快 ， 能够更好的满足市场 需求。1.3.2 国内现状目前， 中国的激光切割主要集中在钢铁方面。 我国很早就认识到了激光技术 的重要性且一直重视激光技术应用的发展， 当时与国外的差距很小 ， 在几十年的 发展过程中 也取得了举世瞩目的成绩。 在我国工业的工业生产中 ， 激光加工设备 的需求量很大 ， 因为加工制造产业在我国的工业生产中有着举足轻 重 的位置， 有 着 非常可观的市场需求。 因此在市场经济的引导下我国工业激光技术的发展尤为 迅速。伴 随 着 激 光 技 术 的 不 断 发 展 ， 国 内 从 事 激 光 设 备 的 研 制 开 发 、 设 备 的 制 造3和 销 售 的 公 司 ， 以 及 作 为 国 外 激 光 设 备 代 理 的 公 司 也 越 来 越 多 ， 竞 争 也 日 趋 激 烈 。 现 在 ， 激 光 技 术 已 经 成 为 了 国 家 发 展 的 一 项 关 键 技 术 。 这 是 因 为 技 术 涉 及 国 家 安 全 、 国 防 建 设 等 内 容 。 在 现 有 技 术 的 基 础 上 ， 有 必 要 提 高 技 术 的 重要性，加强对该技术的研究。1.3.3 国 外 现 状现如今， 欧洲、 美国和 德国等很多发达国家的激光加工早已经形成了一个新 的高科技产业 链， 激光加工的应用领域的规模也不断扩大 。 由于激光切割技术的 飞 速 发 展 ， 在 世 界 范 围 内 激 光 加 工 生 产 和 销 售 的 激 光 器 占 40以上。日本作为第一个将激光切割技术引入汽车生产领域的国家， 主要用于激光切 割大型面板的切割边缘和挡风玻璃。 许多汽车公司通常使用激光切割技术来加 工 汽 车 3。42 激 光 切 割 的 特 性 分 析在实际生产过程中， 切割加工是不可缺少的一道工序， 而且由于材料不同以 及不同零件的要求不同， 由此而产生了很多不同的切割方法 。 本章则重点对激光 切割的基本特性进行分析。2.1 相 关 切 割 技 术2.1.1 常用切割方法的分类切割是焊接生产备料工序的重要加工方法。现代材料的切割方法有很多种， 大致可分为冷切割和热切割两种。 冷切割是指在常温下通过机械方法使材料分离， 例如剪切，锯切 （条锯、圆片锯、砂片锯） ，铣切等，也包括近年来发展的水射 流切割。热切割是通过热能使材料分离，最常见的有气体火焰切割、氧气切割、 等离子弧切割和激光切割。现代焊接生产中钢材的切割主要采用热切割 4。热切割按照物理现象可分为燃烧切割、 熔化切割和升华切割三类； 按所用能 源 的 不 同 ， 热 切 割 方 法 可 分 为 气 割 、 氧 气 割 、 氧 -熔 剂 切 割 、 电 弧 -氧 切 割 、 电 弧-压缩空气气刨、等离子弧切割、激光切割、电子束切割 5。2.1.2 三种常见热切割方法的特性比较表 2-1 三 种 热 切 切 割 方 法 的 比 较切 割 方 法 切 割 条 件 温 度 上 升 平 均 值 （ ） 测 定 的 吸 热 值（kj） 单 位 系 吸 量（ J/mm）氧 气 切 割 气 体 流 量 3.4L/min， 切 割速度 420mm/min 183.0 85.3 22.53等 离 子 弧 切 割 切 割 电 流 150A， 切 割 速 度 2150mm/min 75.0 28.2 7.33激 光 切 割 连续激 光， 功率 3000kv， 切 割 速 度 900mm/min 56.8 15.3 4.09由表 2.1.2 可知， 氧气切割时材料的受热量最多， 而激光切割时 受热量最少。 通 常 来 说 ， 材 料 所 吸 收 的 热 量 越 多 ， 热 影 响 区 的 宽 度 越 大 ， 这 就 预 示 着 材 料 的 变 形也越大。5表 2-2 三 种 热 切 割 法 的 热 影 响 区 宽 度切 割 方 法热 影 响 区 宽 度 （ mm ）板厚 10mm 板厚 6mm 板厚 3mm氧 气 切 割 0.8 0.6 0.5等 离 子 弧 切 割 0.5 0.4 0.3激 光 切 割 0.075 0.06 0.05由表 2-2 可知， 氧气切割的热影响区宽度约为激光切割的 10 倍左右。 另外， 随着板厚的增大， 热影响区也随着扩大。 在工业的加工成产过程中 ， 为了使零件 变形更小， 就要减少热影响度的宽度。 分析比较可知， 激光切割主要适合中、 薄 板的高精度、高速度的切割场合。2.2 激光切割的原理、类型及特点激光切割是利用通过聚焦的高功率的密度激光束照射工件， 使被照射处的材 料迅速融化、 气化、 烧 烛或到达燃点， 同时借助于光束同轴的高速气流吹除熔融 物 质 ， 从 而 实 现 割 开 工 件 的 一 种 热 切 割 方 法 6。根据工件的热物理特性和辅助气体的性状， 激光切割主要有以下的几种类型 。 激光融化切割： 利用激光加热工件使其熔化， 同时借助非氧化性辅助气体排除熔融物质，形成割缝。 激光气化切割： 当高功率密度的激光照射到工件表面时， 材料便在很 短的时间内被加热到气化点，并以气体形态溢出，形成