光机电一体化论文

论激光焊接机在光机电一体化技术中的应用前言光机电一体化技术是由机械技术与激光一微电子等技术揉合融汇在一起的新兴技术。光机电一体化是一个总的技术指导思想，它不仅体现在一些机电一体化的单机产品之中，而且贯穿于工程系统设计之中。从简单的单台光机电一体化产品，到现代工业中的柔性加工系统；从简单的单参数显示，到复杂的多参数、多级控制；从机械零部件连续自动热处理生产线，到各种现代高速重型机械自动化生产线等，光机电一体化技术都有不同层次、覆盖面很广的应用领域。对于工程系统，需成套地进行开发和制造。对于光机电一体化单机产品（设备），应采用简繁并举、高低级并存的多层次发展途径。可发展功能附加型的低级产品；也可发展功能替代型的中级产品；还可发展机电融合型的咼级产品，成为前所未有的新一代产品。AA光机电一体化主要学的还是机械方面的知识：比如机械设计，机械原理，还有就是物理，主要是力学（理论力学、材料力学、流体力学），还有就是电子方面的知识：比如电工电子、机电等学科。自动化主要是一些编程或者单片机等控制课程。但其中的主要的还是机械原理、机械设计等专业课；A机电一体化，主要偏重于一体化，故它的电工电子等方面要主要一些。AA其实现在这两专业,很相似的。现在机械已经不是多年前的纯机械了，现在机械跟电子和自动控制联系的相当紧密。这些知识都会在这俩专业里面大量出现。机械设计制造及其自动化的基本情况机械设计制造及其自动化的基本属性机械设计制造及其自动化属于机械工程，本专业设有计算机辅助设计与制造、设备工程和汽车服务三个专业方向。学生入学不分专业方向，前两年学习本专业的平台课程，从三年级开始，根据学生自己的兴趣和学习成绩，可选择计算机辅助设计与制造、设备工程和汽车服务三个专业方向之一学习。学制学位：学制四年，授予工学学士学位。机械设计制造及其自动化的地位、研究对象及要解决的问题机械工业是国民经济的支柱产业，它为国民经济的其他部门提供机器装备。机械工程科学与材料科学、电子信息技术和管理科学相结合，形成光、机、电、材料科学、信息管理等一体化技术。本专业在二年级后设四个专业方向，分别是机械制造自动化专业方向（简称机制方向）、机械电子工程方向（简称机电方向）、计算机辅助工程与设计专业方向（简称机械设计方向）、车辆工程专业方向。该专业主要培养具有机械学、电工电子学、材料工程、控制工程、计算机技术和信息处理技术以及管理工程等学科基本理论。掌握现代机械产品和设备的设计、制造及管理。具有本专业所必需的制图、运算、实验、检测、表达以及基本机械、电工和计算机操作技能。具有较强的自学能力；具有分析和解决工程实际问题的能力；具有工程的质量和效益观念；具有初步的科研能力、开发和组织管理能力。机械设计制造及其自动化在光机电一体化技术的应用情况随着计算机技术的迅猛发展和广泛应用，机电一体化技术获得前所未有的发展，成为一门综合计算机与信息技术、自动控制技术、传感检测技术、伺服传动技术和机械技术等交叉的系统技术，目前正向光机电一体化技术方向发展，应用范围愈来愈广。机械技术是机电一体化的基础，机械技术的着眼点在于如何与机电一体化技术相适应，利用其它高、新技术来更新概念，实现结构上、材料上、性能上的变更，满足减小重量、缩小体积、提高精度、提高刚度及改善性能的要求。在机电一体化系统制造过程中，经典的机械理论与工艺应借助于计算机辅助技术，同时采用人工智能与专家系统等，形成新一代的机械制造技术。光机电一体化技术是由机械技术与激光一微电子等技术揉合融汇在一起的新兴技术。它与传统的机械产品比较，有很大的不同。光机电一体化是一门跨学科的边缘科学，它是激光技术、微电子技术、计算机技术、信息技术与机械技术结合而成的综合性高技术。其各个组成部分如机械技术、微电子技术、自动控制技术、信息技术、传感技术、电力电子技术、接口技术、模拟量与数字量交换技术以及软件技术等在综合成一个完整的系统中相互配合有严格的要求，这就需要取长补短，不断向理想化方向发展。激光焊接机的结构及工作原理概述激光焊接是激光材料加工用的机器，又常称为激光焊机、镭射焊机，按其工作方式常可分为激光模具烧焊机（手动焊接机）、自动激光焊接机、激光点焊机、光纤传输激光焊接机，光焊接是利用高能量的激光脉冲对材料进行微小区域内的局部加热，激光辐射的能量通过热传导向材料的内部扩散，将材料熔化后形成特定熔池以达到焊接的目的。结构激光焊接机主要由激光器系统、电源系统、振镜扫描系统、计算机控制系统及冷却系统五部分组成。1•激光器系统激光器系统主要由激光工作物质、泵浦氙灯、聚光腔及谐振腔组成。振镜式激光焊接机激光工作物质为YAG棒。电源系统电源系统主要由主电源、触发电路、控制电路和保护电路等组成，具有过压、过流保护装置，其电源、脉宽和频率均可调，可以根据需要设置输出波形，以便于焊接不同材料。该电源操作面板具有电流、脉宽频率。表2电源系统技术指标光路及振镜扫描系统（1）光学系统：选用1064nm基于振镜的高精度反射、聚光系统。扩束镜：选用光束反射前多倍扩束组合透镜。激光校正：选用0.6328um的He-Ne激光准直系统指示光轴位置，指示光与激光同轴，在加工时可达到寻迹指示的功能，并及时进行精确对位。高速扫描振镜：是使激光按照预定轨迹运行的执行机构，它主要由高精度电机、电机驱动板、反射镜、F-0透镜及直流供给电源组成。其中F-0透镜为进口配件，焦距f=100mm(或160mm),工作幅面70mmX70mm(标准)或110mmX110mm(可选配)。计算机控制系统计算机控制系统采用专用工业计算机，配置InterP4处理器，抗干扰的工业主板，中文Windows2000操作系统。同时，我公司还精心开发了基于Windows界面的专业激光焊接软件，具备PHOTOSHOP、COREDRAW、AUTOCAD等多种绘图功能，系统采用标准工业控制卡对激光器和扫描头进行数据传输，速度较传统方式提高近1倍；且具有个性化的Windows用户界面设定。冷却系统。激光专用冷却系统是固体激光器中必不可少的辅助装置。在固体激光器中，输入脉冲灯中的能量只有很少一部分转化为激光能量，其余均转化为热的形式损耗掉了。经综合考虑本冷却系统采用一体化的3P水冷机，温差在土0.1°C范围内。工作原理激光焊接是将高强度的激光束辐射至金属表面，通过激光与金属的相互作用，金属吸收激光转化为热能使金属熔化后冷却结晶形成焊接。图1显示在不同的辐射功率密度下熔化过程的演变阶段，激光焊接机原理有两种：第一种，热传导焊接。当激光照射在材料表面时，一部分激光被反射，一部分被材料吸收，将光能转化为热能而加热熔化，材料表面层的热以热传导的方式继续向材料深处传递，最后将两焊件熔接在一起。第二种，激光深熔焊当功率密度比较大的激光束照射到材料表面时，材料吸收光能转化为热能，材料被加热熔化至汽化，产生大量的金属蒸汽，在蒸汽退出表面时产生的反作用力下，使熔化的金属液体向四周排挤，形成凹坑，随着激光的继续照射，凹坑穿人更深，当激光停止照射后，凹坑周边的熔液回流，冷却凝固后将两焊件焊接在—起。这两种焊接机理根据实际的材料性质和焊接需要来选择，通过调节激光的各焊接工艺参数得到不同的焊接机理。这两种方式最基本的区别在于：前者熔池表面保持封闭，而后者熔池则被激光束穿透成孔。传导焊对系统的扰动较小，因为激光束的辐射没有穿透被焊材料，所以，在传导焊过程中焊缝不易被气体侵入；而深熔焊时，小孔的不断关闭能导致气孔。传导焊和深熔焊方式也可以在同一焊接过程中相互转换，由传导方式向小孔方式的转变取决于施加于工件的峰值激光能量密度和激光脉冲持续时间。激光脉冲能量密度的时间依赖性能够使激光焊接在激光与材料相互作用期间由一种焊接方式向另一种方式转变，即在相互作用过程中焊缝可以先在传导方式下形成，然后再转变为小孔方式。1、 激光焊接的焊缝形状对于大功率深熔焊由于在焊缝熔池处的熔化金属，由于材料的瞬时汽化而形成深穿型的圆孔空腔，随着激光束与工件的相对运动使小孔周边金属不断熔化、流动、封闭、凝固而形成连续焊缝，其焊缝形状深而窄，即具有较大的熔深熔宽比，在咼功率器件焊接时，深宽比可达5：1，最咼可达10：1[2]。图2显示四种焊法在316不锈钢及DUC0LW30钢上的焊缝截面形状的比较，对比的结论有以下几点：1）激光焊和电子束焊比TIG和等离子焊的主要优点相似：焊缝窄、穿透深、焊缝两边平行、热影响区小；2）TIG和等离子焊投资少，广泛应用了许多年，经验比较多；3）激光焊和电子束焊在高生产率方面优势大得多。但电子束焊须在真空室或局部真空中进行。也可在空气中，但熔透能力比激光焊差；4）激光焊和电子束焊，焊缝窄且热影响区小，因而变形最小。2、 激光焊接焊缝的组织性能采用大功率激光光束焊接时，因其能量密度极高，被焊工件经受快速加热和冷却的热循环作用，使得焊缝和热影响区区域极窄，其硬度远远高于母材。因此，该区域的塑性相对较低。为了降低接头区域的硬度，应采取焊接前预热和焊后回火等相应的工艺措施。激光回火是一种在激光焊后随即采用非聚焦的低能量密度光束对焊道进行多道扫描从而降低焊缝硬度的新工艺。激光焊接金属及热影响区的组织和硬度是由化学成分和冷却速度决定的。在激光焊接中，现行焊接工艺一般不需要填充金属。在这种情况下，焊缝的组织和硬度主要由钢板的化学成分和激光照射条件来决定。采用填充焊丝的激光焊接由于可以选择任意合金成分的焊丝作为最佳的焊缝过渡合金，因而可以保证两侧母材的联结具有最佳性能。可以对高熔点、高热导率、物理性质差异较大的异种或同种金属材料进行焊接。可以得到无污染、杂质少的焊缝。激光焊接加热速度快，焊接熔池迅速冷却，与普通的常规焊接在金相组织上有着很大的区别。预测与展望21世纪的经济特征之一是经济全球化。制造业全球化是经济全球化的重要部分，也是中国制造业面临的最大挑战。从制造业劳动力价值方面看，根据UnitedTechnolo2gy的统计，各国劳动力的价格（美元/小时）为：印度一1,中国一2,东欧、中东一3,南美一4,西欧、日本一24,美国一30。所以,我国在劳动力价格方面还是有很大竞争力的。问题在于我国自主创新能力比较薄弱，许多创新技术和专利都为外国公司所掌握，我们单纯仿制人家的产品，必须支付高额的专利费。因此，为了迎接全球经济挑战，由创新技术驱动的高附加值的先进制造,就成为21世纪提升我国国家和企业竞争力的关键。当前在先进制造技术中,应特别重视下列几方面的制造技术：1）绿色制造（又称环境友好制造或和谐制造）；2）精密制造；3）微电子制造；4）生物制造；5）微/纳制造；6）能源设备制造；7）重大型装备制造；8）制造自动化与数字制造；9）智能制造。感想与体会通过对光