激光加工范文

时间:2023-03-19 08:12:10

激光加工

激光加工范文第1篇

目前,激光加工技术受到研究学者和工程师的广泛重视。在工程师的眼中,激光加工技术不但为制造业提供了一种全新的方式,而且具有高效、清洁、加工质量高、成本低的优势。研究人员更加关注激光加工过程中激光和材料之间相互作用的机理。目前应用最广泛的激光加工技术有激光切割、打孔、焊接和激光表面硬化、退火和合金化。以激光诱导刻蚀、材料沉积为代表的激光化学加工技术在微型机械、光电集成、半导体制造、传感器技术和化学工程等领域有着潜在的应用前景。并且,激光技术也越来越多地应用到生物技术、医疗、艺术品保存与修复等领域之中。本书主要介绍了激光物质相互作用的各方面的物理机制,其中,对激光诱导化学反应和激光材料之间在气-固、液-固、固-固界面之间的非稳态过程有着更为详尽的讨论。

全书共32章,分为7部分:第一部分,基础理论与综述,含第1-5章:1.简介;2.热、光物理、光化学过程;3.反应动力学和传质过程;4.成核和集群形成过程;5.激光类型、实验装置和激光能量分布。第二部分,温度场分布与表面熔化,含第6-10章:6.热力方程的一般解法;7.半无限大基底;8.无限大平板;9.非均匀介质;10.表面熔化。第三部分,材料去除类的激光加工,含第11-15章:11.气化和等离子体的形成;12.纳秒激光烧蚀;13.超短激光脉冲烧蚀;14.金属与绝缘体刻蚀;15.半导体刻蚀。第四部分,材料沉积类激光加工,含第16-22章:16.激光化学气相沉积;17.纤维的生长;18.激光直写技术;19.激光化学气相沉积薄膜制备技术;20.激光分子束外延薄膜制备技术;21.液相沉积与电镀;22.脉冲激光制备薄膜。第五部分,材料相变与结构形成,含第23-28章:23.激光清洗;24.扩散现象;25.激光熔覆、合金化;26.氧化和氮化;27.有机物质的加工;28.不稳定性和结构的形成。第六部分,等离子体和诊断技术,含第29-30章:29.诊断技术;30.材料分析与等离子体。第七部分,含第31-32章:31.激光技术在医药和生物领域的应用,32.艺术品的保存与修复。

本书向读者展示了激光技术在各领域的最新发展、研究前沿和发展方向,以及各种激光加工方式的应用及其局限性,适合和激光制造有关领域的研究生、教授和工程技术人员阅读。

刘昊,博士生

(中国科学院力学研究所)

激光加工范文第2篇

【关键词】钣金工艺;激光;应用

剪板、冲裁、折弯都是传统的钣金工艺方法,使用这些方法加工时都离不开模具,往往在一个产品的生产过程中需要配备的模具有几十套上百套。大量使用模具,不仅增加了产品的时间成本和资金成本,而且模具本身的回弹效应,还会降低产品加工的精确度,影响产品的重复性,还不利于生产工艺的变更,不利于生产效率的提高。随着市场竞争压力的增大,传统钣金工艺已不能够满足市场的需求,急需一种新型的加工方法来改变这种局面。激光加工技术是一种全新的无模具加工技术,将激光加工技术应用到钣金工艺中,能够节省大量模具,缩短生产时间,减少生产成本,增加产品的精确度,是适应市场发展需要的新型工艺技术。

1.激光加工技术的特点

激光是一种相干光源,具有单色性、平行性和相干性的特点,能量密度高,方向性好。激光束聚焦在被加工材料表面的某一点时,激光的光能会瞬间转化为热能,产生上万摄氏度的高温,再坚硬的材料都会在瞬间达到熔点温度迅速熔化,温度再继续升高达到沸点,材料发生汽化,使得被切除的地方形成了一个小孔洞,被切除的余料在汽化过程中被蒸发掉,没有残余。激光加工材料的过程实际上是待加工材料局部因温度急剧迅速升高持续发生液化和汽化现象的过程[1]。

激光加工技术可以实现传统的钣金加工方法难以完成的零件加工。当要在一个箱体较大的钢件上钻许多大小不一的孔时,传统钣金工艺方法无法做到,但激光加工技术就能够轻松完成。而且,在连续加工同样的零件时,激光加工技术比传统工艺技术的准确度更高,速度更快,市场竞争力更强。

在二维平面中,激光加工更有柔性。例如在使用激光切割机切割时,工件是固定的,切割机的割头是可移动的,这样不仅可以避免加工出现死角,提高加工材料的利用率,还能够简化加工设备。激光加工设备不是靠控制零件、设置模具或改变加工路线来进行加工的,而是由计算机系统整体控制来完成的,因此,激光加工工艺中不存在刀具的磨损、变形等问题,过程可以能够通过数控来完成,而且完成精度高,质量好。

2.钣金工艺中的激光加工技术

2.1 激光切割技术

近年来,激光切割技术的应用十分广泛,据相关技术研究分析表明,激光切割技术占激光加工技术的近70%。激光切割机主要由激光器、机床主体和控制系统三大部分组成,常用于激光切割的有CO2激光器和YAG激光器,其特点是切割精度高。根据切割要求不同,激光光源的功率从5W到90KW不等,切割钣金工件所采用的激光光源功率一般是在100W到1500W之间。当切口宽度要求在0.15mm至0.2mm之间时,激光光源的输出功率应该小于1500W,此时激光光源的振荡模式为单模振荡,切割面也会相对比较平整;当切口宽度在1mm左右时,激光光源的输出功率应选择大于1500KW,此时激光光源的振荡模式为多模振荡,切割面会留下少许污物。当在使用激光技术切割厚板时,则需要采用空气、氧气、氮气等辅助气体来配合完成,氮气是一种惰性气体,用它来辅助切割,能够有效避免切面发生氧化;在对厚度较大的板进行切割的时候,使用氧气作为辅助气体,能够加快切割的速度。

激光切割工艺中可使用CAD技术结合CAM技术来提供加工工件所需要的工艺参数和加工信息,高效、连续地完成自动化切割和生产。激光切割不需要大量更换模具,工艺参数变更简单,可广泛应用于各种高硬度、高熔点、硬质、脆性、粘性、柔性材料及薄壁管件的切割,而且还具有切缝窄、速度快、热变形小、切口平整的优良特性。

2.2 激光打孔技术

激光打孔技术是最早大规模运用到实际生产中的激光加工技术。和电子束打孔、超声波打孔、电化学打孔、射流打孔、电火花打孔、机械打孔等方法相比,激光打孔技术明显表现出了通用性强、效率高、成本低、效果好的优良特性,孔的平均精度为±0.02mm,表面粗糙度Ra约为1.6μm,若是采用数控激光打孔,孔的精度能够达到5μm,精确度极好。

在钣金工艺中,激光打孔所采用的激光是功率密度为104至105KW/cm2的脉冲激光,作用时间只有0.01至1μs,能够加工出直径为1μm的小孔。激光打孔技术不仅能够精准地打出与表面成各种不同角度的孔,而且对薄壁材料、复合材料、脆性材料、粘性材料等各种不同性质材料的工件都能够打深小孔和微小孔。

在用激光技术对钣金工件打孔时,孔直径的大小主要取决于激光聚焦光斑的大小,通常可以通过激光的功率密度和钣金工件的热系数计算得到固体激光打孔的最大孔深。不是所有的工件都适合采用激光打孔。对于那些激光反射能力强、导热性能好、熔点高蒸汽压力低的工件,采用激光打孔效率很低;激光打孔的孔径一般都在1μm至1.524mm之间,当孔径大于1.524mm时,应该采用激光套料法打孔;在加工大孔和台阶孔时,不能采用激光打孔。

2.3 激光焊接技术

激光焊接技术近年来迅速发展并广泛应用于航天、航空、汽车工业中,可以焊接各种金属、合金、复合材料和陶瓷材料。与传统的焊接方法相比,激光焊接方法可使单位长度的焊缝在瞬间迅速获得更大密度的能量,焊接速度更快,焊缝受到热量和形变的影响更小,焊接头的物理力学性能不会因焊接而变差。

当功率密度为100至1000KW/cm2的激光作用在金属材料上,进行激光焊接的过程为:金属熔化产生液态熔池形成空洞金属汽化蒸汽压力扩张形成焊缝。激光焊接的焊缝深度及形状受金属材料的热力学性能影响。一般情况下,激光束与液态熔池外表面张角在70°左右时能量密度最大,焊缝深度也最大,此时连续激光焊接速度V与焊接深度H形成正比例关系。当激光焊接的输出功率在0.1至5KW之间时,焊机速度V与输出功率P呈线性关系。

2.4 激光成形技术

激光成形技术作为一种无模具成形的新技术近年来已有所发展。传统的钣金工艺成形方法有冲裁、弯曲和挤压等,但这些方法对模具的依赖性很强,而激光成形技术让钣金工艺实现了无模具生产的可能,目前常用的激光成形技术有激光冲击成形技术和激光弯曲成形技术。

激光冲击成形技术是指利用激光对钣金工件的覆盖层进行照射,通过覆盖层受热蒸发产生冲击波而达到使工件发生塑性形变目的的技术[2]。在对工件进行激光冲击成形操作之前,需要做以下准备工作:首先,在工件表面涂一层不透明的材料,如黑漆,形成覆盖层;然后,在覆盖层上方覆盖一层透明物质,比如水,形成透明层。然后使用激光照射,激光透过透明层照射在覆盖层上,覆盖层吸收了激光的能量,一部分覆盖层材料受热蒸发后,仍然吸收着激光的能量,激光的能量转化为蒸汽的内能,蒸汽立即变成了高压气体。由于透明层的限制,高压气体形成冲击应力波,一部分作用在工件上,使工件发生形变,另一部分穿透透明层作用在工件表面,使得表层产生残余压应力,使工件表面得到强化。虽然在这个过程中会有大量的热量产生,但是一般工件表面温度只有150摄氏度左右,而且持续的时间也只有零点几秒,材料的微观结构没有改变,激光冲击成形技术是一种冷加工工艺技术,适合用于自动化生产中。

激光弯曲成形技术是指钣金工件的局部表面在激光光束的照射下受热,再使用冷却水等冷却介质将工件迅速冷却,使局部产生温度应力而产生形变的技术[3]。激光弯曲成形所需要的时间长短取决于工件的材料特性和工艺参数,零件的形变方式和形变程度是由计算机程序来控制的,故激光弯曲成形工艺中,要注意及时维护计算机数据库和物理影响因素库,确保信息的准确性和完整性。

2.5 激光刻蚀技术

由于激光刻蚀技术具有高效、节能、环保、无接触、无磨损、灵活性高、标记永久的特点,激光刻蚀技术已广泛应用于材料加工、制造、测绘、科研等众多领域。在钣金工艺中,若是要用激光刻蚀出理想的标记或符号,只需要在控制系统中设置好程序和参数即可达到目的,产品完全由设计思路来控制,可做到成本可控,产品可控,经济效益显著,而且全过程无污染,也符合绿色环保的要求。

3.结论

激光加工技术产品具有优质、高效、节能的优点,激光加工技术已逐渐使用到钣金工艺生产中,但激光技术的全面推广仍受技术理论和加工设备等因素的制约,许多方面的应用还有待进一步深入。

参考文献

[1]刘淑敏,椽度仁.激光加工技术的地位、特点和发展趋势[J].国外激光,2011(3):18-19.

[2]李建锋.激光在钣金工艺中的应用[J].航空工艺技术,2004(5):26-29.

激光加工范文第3篇

关键词:激光加工;机械制造;应用;优势

工业生产加工技术是国家科技发展水平的代表,机械制造业的良好发展能给各行各业带来积极的促进作用,而如今科学水平和技术水平仍然是我国工业发展的主要制约因素,而我国的工业想要发展就需要制造业开发和引进更多新的先进技术,激光加工技术作为新型加工手段应用于制造业,有利于提高机械制造行业整体的技术水平,给我国的机械设计、制造工艺以及加工观念带来巨大的改变,激光加工可以以独特的方式完成普通机械加工难以完成的成型及精密加工作业,为工业中关键精密部件的生产提供了有力支持,将成为未来工业加工技术发展不可或缺的方式。

1使用激光加工机械零件的优势

在机械加工行业中最常见的加工材料即为钢材,无论是型材还是板材,采用先进的激光加工技术进行加工都比传统的机械加工方式有更明显的优势,其主要表现如下:(1)采用激光加工所获得的零件尺寸精度更高,相对于等离子加工或手工加工而言,激光加工能够快速的获得需要的零件形状及尺寸,其尺寸精度能控制在0.1mm以内,且采用激光加工的零件断面效果好,表面光滑,方便拼接及较精密的配合,而且不需要打磨及其他处理即可进行焊接作业。(2)从长久效益来看,激光加工相对于传统的机械加工成本更低,尽管购置激光加工机的成本较高,但在后期的使用过程中,激光加工机就会体现出加工速度快、能耗低、零件合格率高,且寿命长、维修成本低的特点,这都是等离子切割机及其他机械加工所难以达到的。(3)激光加工不仅能用于零件的成型加工,其在金属表面热处理、金属激光焊接、金属表面精加工等众多方面都发挥着重要且高效的作用,为提高生产效率和生产质量、开发新工艺、提升机械设计能力及创新能力提供了有力保证。

2机械制造中激光加工的形式与种类

激光加工在机械行业中的作用很多,下面主要介绍常见的激光加工及处理方式。

2.1激光切割加工技术

激光切割加工技术是利用聚焦后的高功率密度光束来照射工件,被照射的工件大量的吸收了激光的能量,导致局部温度快速升高,当材料表面出现了熔化及气化现象时,将氧气吹入以起到助燃的作用,此时激光束与工件产生一定速度的相对运动,工件上也就形成了切缝。此外吹气还能将熔渣除走以起到保护和冷却镜头的作用。为提高工件材料对激光的吸收系数,在激光加工之前应对工件表面涂黑色墨汁进行黑化处理。通过激光切割制作的零件具有切割断面光洁、表面应力小、热影响范围小、加工速度快、易于加工复杂的平面形状等优点,且能够切割特脆、特硬以及特软的材料。

2.2激光热处理技术

采用激光对零件的表面进行淬火处理,主要是利用激光能够快速的对需要热处理的零件表面进行扫描,导致零件表面一定范围内的极薄厚度层因吸收激光的能量而温度快速上升,再利用金属对热能传导快的优良特性,表面所吸收的大量热量会快速的传导至零件的其他部位,进而在极短的时间内完成零件的自冷淬火,进而达到零件表面硬化处理的目的。此技术在我国主要应用于汽车发动机缸体修复领域,近年来很多激光淬火生产线纷纷建立,但应用的范围还比较局限,没有大范围的发展起来。

2.3激光焊接技术

激光焊接以激光束为焊接能源,光束直接打在焊接接缝处,是熔融焊接的一种。在激光焊接过程中,激光束可以通过镜子等光学元件进行引导,完成指定路径后再通过聚焦镜头将光束投射到焊缝上。激光焊接属于非接触性焊接,在焊接过程中不需要对焊接件施加额外的压力,但在焊接过程中应使用惰性气体以防止熔化金属氧化。激光焊接的特点是能够将焊接所需要的能量降低到最小值,对被焊接件的金相变化范围产生的热影响小,不易产生焊接变形,整个过程对焊接机具的损耗很小。激光束由于可被光学元件引导路径,因此可将其放置在与工件适当距离之处,通过路径引导完成一些普通焊接空间上难以完成的任务,激光焊接可加工的材质范围很大,可以对两种不同材质的材料进行焊接。

2.4激光珩磨技术

激光珩磨技术主要是应用到汽缸缸体加工领域的一项新技术,它主要是利用高能量的激光束,在汽缸内壁上进行微观几何的加工,以达到汽缸内壁性能的要求,以保证在有油的工作情况下,能够稳定的形成具有一定厚度的动态油膜。激光珩磨技术对零件内壁的加工时间段,工件所产生的热应力小,且采用非接触式加工,避免了传统加工过程中刀具损耗及断裂等问题,且激光珩磨可以在表面的微观结构上形成与性能相匹配规则的储油沟槽,能够很大程度的延长零件的使用寿命。

3结束语

近年来,随着我国工业技术的不断发展,激光加工技术在我国工业领域也得到了较为广泛的应用,其能耗低、精确度高、对加工工件热影响低以及效率高等优点,得到了业内界的广泛认可。随着激光加工技术及工艺的不断进步,对我国机械加工领域的帮助也会越来越大,发展前景及实际意义不可估量。

激光加工范文第4篇

【关键词】激光;机械手;加工机械

随着激光器技术和机器人技术的不断发展,激光加工机器人技术发展迅速,形成激光标刻、激光切割、激光焊接、激光表面处理、激光快速成型、激光微纳制造等种类繁多的激光加工应用技术,成为先进制造领域最为活跃的技术分支之一。本课题即是在激光加工平台多自由度机械人装置中进行实训流程再造,通过现代化的管理手段对实训学生、实训成绩、实训设备、实训师资、实训时间等进行有效的、现代化的机电控制管理。

温州光机电产业集群的建立,温州光机电企业如雨后春笋一般飞速发展,产品多样化产业链也在不断的扩张。浙江工贸职业技术学院为服务地方经济为目标,了解企业生产需求解决企业实际产品的研发与改进。经过调研温州各大光机电企业发先激光加工平台对多自由度机械人的需求很高,尤其是对使用多功能激光加工平台度机械设备人才更是紧缺。当前中国的用工形式很难,温州的企业用工更是严峻现在的工人工资高、技术含量低、生产产品次品率高等实际问题。温州的企业迫切需求自动化程度高的效率高的生产平台来取代以前的人工操作的模式,适应现在社会的发展需求。

激光加工平台多自由度机械手是集激光加工技术、数控技术、电子机器人技术于一身的新型加工技术。激光加工是利用高强度的激光束,经光学系统聚焦,并将加工工件置于激光束焦点附近,通过激光束与加工工件的相对运动来实现对加工工件的热加工。而普通的激光加工往往只能对一个普通平面进行加工,而且激光的行迹比较单一,无法满足生产需求。而现今的数控加工已经可以对一些复杂曲面,广泛使用三维立体精密加工工艺。但是数控加工的效率和精度有限。建立激光加工平台可以将两者有机结合,使其即具有激光加工特性,又有数控加工的特性,达到日常的生产和生活要求。本项目研究目的是将激光器装在多自由度的机械手上,并通过计算机程序进行整体的控制,对一些复杂的平面进行柔性加工,满足工业生产需求。

激光加工技术融汇了激光技术、机器人技术、计算机集成控制技术、CAD\CAM、材料学及材料加工工程等多学科领域前沿技术成果,它以高能量激光束为加工工具,以多自由度工业机器人柔性运动机构实现激光束运动传输,使聚焦激光束在工件表面按系统预先编程设计的2D或3D加工轨迹精确运动,实现点、线、面多种方式激光加工。激光加工机器人系统由激光器系统、机器人运动机构、导光系统和、控制系统和辅助系统五部分组成。激光器输出高能量激光束通过安装在机器人运动关节关节臂上的导光系统反射镜组空间反射镜飞行组传输光路或光纤传输光路聚焦到加工工件表面进行加工,加工过程中聚焦激光束在工件表面的运动是激光束的移动定位由通过控制机器人关节柔性运动来完成机构控制。辅助系统完成加工过程的吹气、送粉、状态监测以及换工件等协同工作。

激光加工系统的核心技术包括三个部分:激光器、激光加工系统集成以及激光加工工艺。2005年全球激光材料加工系统销售额达到48亿欧元,其中17亿欧元为集成在系统中的激光器销售额,系统集成的价值则高达31亿欧元。激光器中CO2激光器和固体激光器、YAG、光纤激光器和盘形激光器总销售额的40%,准分子激光器和二极管激光器、二极管激光器模块)平分剩下的20%销售额。而据《激光世界》报道,2008年全球用于材料加工的激光器总体市场份额为24亿欧元,其中CO2激光器和固体激光器占据约72%的市场份额,光纤激光器占据了大约7%的市场份额。国际上激光先进制造技术快速的发展和应用推广反映出其重要的研究价值和在高技术领域的战略意义,中国政府在“国家中长期科学和技术发展规划纲要”中将激光技术列为代表世界高技术前沿的发展方向的前沿技术,高档数控机床与基础制造技术则被列为十六个重大专项之一。加强先进激光器技术为代表基础研究和激光加工机器人技术为代表系统集成应用研究,对我国从制造大国向制造强国的转变具有重要意义。随着激光加工技术和机器人技术的发展,激光加工机器人将会朝着一下几个方向发展:

1.高精度、提高加工精度,满足工业生产需求。

2.发展更广的加工材料范围,能够对更多种类的材料进行加工。

3.融合数控加工技术,使激光加工技术更加成熟。能进行更高难度的柔性加工,加工更为复杂的的平面或者立体面。

目前,我国关于激光加工平台多自由度机械设备产品正朝着高效率、智能化、模块化、集成化等方向不断发展,许多包装产品可以根据产品特点、不同的功能进行不同的组态,可移植性能不断提高。浙江工贸职业技术学院材料系机电一体化(光机电方向)正在研发激光加工平台的相关设备,但现在应用教学的实训设备还没有,而且市场上的教义公司也没有在研发相关的产品。所以根据浙江工贸职业技术学院材料实际需求,本项目研发一套激光加工平台多自由度机械人设备应用于现在的光机电专业的学生教学与研究。

图1 激光加工机械手的控制器设计流程图

激光加工机械手的设计要通过机构的运动学和动力学仿真及分析来实现。激光加工机械手控制器通过此模块能够设置机械手各关节的运动约束和运动参数,能够直观地观察机械手的运动状况,为机械手的实际应用提供依据。使用Pro/ENGINEER强大的测量和分析功能,研究机械手的各项性能指标,测量机械手各关节和末端执行器的运动学的参数变化情况。激光加工机械手的控制器设计流程图如图1所示。

机械手直线驱动方式采用电动控制方式。电动控制方式的特点为辅助设备使用少、伺服电机动作迅速、适用于连续轨迹控制方式的特点。依据加工作业工艺要求可知加工过程中直接移动,整个机械手主要的受力包括机械手本身的重力、运行时的动载荷、辅助设备连接的管线的弯折力等。同时加工作业需要精确的连续的手臂位姿控制,所以本项目选用电动驱动作为机械手的关节动力。电机一般输出的是旋转和转矩,而移动关节的驱动需要把电机的旋转运动转换为直线运动,为了使机械手小型化,便于维护。机械手三个相互垂直的移动轴选用直线导轨和直线滑块作为滑动支撑和导向,其中直线滑块能够承载四个方向的转矩,如图2所示。因此能够保证四个移动轴的空间布局。四个移动轴通过步进电机带动滚珠丝杠来提供推力,同等载荷时滚珠丝杠驱动力矩约为滑动丝杠副驱动力矩的1/3,使机械手具有高精度、高速度、高效率的特点。

图2 关节坐标多自由度示意图

图3 系统总体方案示意图

本项目是为了更好的使用现有的激光加工平台满足激光加工毛坯工序和工艺的要求,激光加工使用机械手的设计除了符合工业机械手的基本原则外,还要符合自动机器手整体结构要求。激光加工机械手采用模块化设计,四台伺服电机之间快速串联,多台自动喷涂机器手臂之间可以根据需要串联配套的设备快速组成不同的活动生产线,机械手控制采用运动控制卡实现:适应多种工艺的需求;激光加工机械手各个零部件的连接尽量采用自定位结构,减少装配和调试难度,提高定位精度;安全防护方面,除操作工位预留取放产品通道外,其它部位采用全封闭结构,通过机器顶端抽风装置保持喷涂仓为负压,减少有害气体从取放产品通道逸出。过激光器和多自由度机械手合理配合实现对工件的高精度柔性加工,该装置的性能的实现借助激光器多自由度的机械手工作。最后设计激光加工机械手的方案图如图3所示。

总结:本文针对激光加工机械手的相关技术进行了深入的研究,依托浙江工贸职业技术学院材料研发中心和电子工程系的技术支持,采用低成本、高速的激光器加以改造浙江工贸职业技术学院的现有的数控加工平台研发多自由度机械手,通过实际运行试验,性能良好。本文研究了机械手的总体结构分析了目前加工车床上采用伺服电机装卸机械手存在的冗余,指出了利用机械手代替伺服电机机械手存在的技术难题,并考虑了解决的技术方案。最后设计了激光加工机械手的总体结构。采用了模块化的设计方法,把整个激光加工机械手分为四个模块,即横臂模块、直臂模块、腕部模块和手部模块,分析了各个模块的组成及功能,设计了各个模块的结构及其相互的联接方式,并对模块中的进行了承载分析,保证气缸工作在允许的负载范围内。激光加工平台多自由度机械手系统中采用了阀岛的先进技术,提高了激光加工平台多自由度机械手系统的整体性能。

参考文献

[1]周鸿杰.高速工业机械手定位控制研究[D].中国科技大学硕士论文,2010:4-6.

[2]林勇强,王勇,冯屹朝.开放式运动控制器技术现状与发展趋势[J].信息技术,2010(5):184-186.

[3]工业机械手编写设计基础编写组.工业机械手设计基础[M].天津:天津科学技术出版社,1979:49-51.

激光加工范文第5篇

一、引言

激光切割加工是通过激光束聚焦成很小的光点,使焦点处获得高密度的光束能量,当照射到工件表面的时候,使工件材料在瞬间熔化甚至气化,随着光束与材料间的相对移动,形成宽度很窄的切缝,并通过辅助气体将残渣吹走的一种加工方法。激光加工具有精度高、切缝窄、切割面光滑、速度快、切割表面质量好、切割变形极小甚至可以达到无变形的优点。

与普通零件相比,钣金件属于一种比较特别的零件,它的主要工艺流程包括成型、冲压和机械加工等,而机械加工又是影响钣金件生产效率的重要工艺过程,采用传统的生产方法不仅生产周期长、效率低,而且由于在加工过程中工件极易变形,因此产品质量也无法保证。根本无法适应市场竞争。因此,必须为钣金件的加工引入一些先进的生产技术,如等离子弧切割加工、线切割加工、高压水切割以及激光切割等。

二、零件简介

1.整流罩材料及机械加工性能分析

整流罩零件的材料为NC22Fe,相当于国内的材料牌号GH536,属于镍基高温合金。其主要化学成分如表1所示。

镍基高温合金由于在加工过程中,工件表面变硬,加工过程会产生很大的应力,使零件极易产生变形。因此在车削过程中,车刀必须具有正前角,避免发生挤压过程,刀具材料推荐选择硬质合金刀具。在普通切割状态下一般选择硫化油作为切削液来提高、防止粘刀;而在高速车削、铣削状态下则选用水基切削液来提高冷却效率。在铣削过程中,刀具材料推荐选择高速钢刀具,选择刚性较好的夹具、机床。在开始铣削时应避免采用顺铣的铣削方式。在钻削过程中,刀具材料推荐选择高速钢钻头,并选择短钻头,尽可能使用钻模进行加工,装夹要保证具有一定的刚性,加工时使用固定的速率。

总之,镍基高温合金属于较难加工的材料,采用传统的车削、铣削和钻削都会使零件产生变形,为保证加工精度通常采用先进行粗加工,在进行去应力热处理后再进行精加工。而对于本文研究的大型薄壁钣金件来说,这些传统的加工方法均会给加工带来很大的难度。

2.整流罩结构特点分析

整流罩属于大直径薄壁钣金零件,零件壁厚为1.5mm,最大外径达654mm,零件精度高,零件侧壁16处空间槽口面轮廓度要求严格,端面分布有97个大小不一的孔,且孔的大小与位置度的要求也很严格。

其零件图,如图1所示。

由图1可以看出,该零件加工后的刚性极差,零件仅靠底部连接筋进行连接,使得零件在加工后强度很低,极易产生变形,在不受限制的状态下根本不能保证零件的自身形状。

三、整流罩加工夹具的确定

进行激光加工时,激光束切割完零件后剩余能量还很大,夹具应考虑到在加工时对其的避让。由于本机床的工作台为圆形,因此找正带可在夹具上制造一光滑圆周壁,找正时只需打表检查该圆周壁与转台同轴即可,为了减轻夹具的自重和节约制造成本,选用较为便宜的铝作为夹具的制造材料。现已可使用一套夹具进行切割高度、切割槽口和切割孔。

夹具设计,如图2所示。

四、整流罩激光加工参数实验及优化选择

激光切割参数主要包括频率、脉宽、电压和平均功率等,而平均功率的大小直接影响切割质量,同时平均功率的大小又受频率、脉宽和电压的影响,因此如何找到切割质量较好的功率值及相应的参数设置成为了切割加工中的难点问题。通过试验的方法,得出以下结论。

(1)在频率、脉宽不变的前提下,平均功率随电压的增大而增大,但是增大到540V以上时,平均功率就随着电压的增大出现了下降趋势。为了保护泵浦灯,一般不选择极限状态进行切割,因此确定平均功率的变化范围为0.1~180W,取中间值90W进行试验,相应电压值初步选择为440V。

(2)在电压、脉宽不变的前提下,平均功率随频率的增大而增大,但是增大到135Hz以上时,平均功率就随着频率的增大出现了下降趋势。为了保护泵浦灯,一般不选择极限状态进行切割,因此确定平均功率的变化范围为0~158W,取中间值80W进行试验,相应频率值初步选择为70Hz。

(3)在电压、频率不变的前提下,平均功率随脉宽的增大而增大,但是增大到0.45ms以上时,平均功率就随着脉宽的增大出现了下降趋势。为了保护泵浦灯,一般不选择极限状态进行切割,因此确定平均功率的变化范围为0~180W,取中间值90W进行试验,相应脉宽值初步选择为0.3ms。

综上所述,激光切割参数初始值暂定为:电压440V,频率70Hz,脉宽0.3ms。

根据以上选定的初始值,并选择临近数值共3组数据,进行三因素三位级的正交实验,通过切割试片检测表面质量确定切割的平均功率值。

选择L9(3 4)正交实验表进行实验,绘制表格如表2所示。

将以上数据在机床上进行试片切割实验,其中实验号为1的数据输出功率只有63.6W,无法切透工件;而实验号为3的数据输出功率处在下降的不稳定区域,不能进行切割(为了保护泵浦灯,一般不选择极限状态进行切割)。将剩余实验数据分为4组(取平均功率值相近的数据作为一组),实验号2与实验号6为一组,实验号4与实验号8为一组,实验号7与实验号9为一组,实验号5单独成组。在气体压力为4bar、切割速度为210mm/min的基础上进行切割。

切割试片,如图3所示。

其中,试片a为实验号5切割的试片;试片b为实验号9切割的试片;试片c为实验号2切割的试片;试片d为实验号4切割的试片。

将以上4个试片送理化实验室检查,4个试片均无显著裂纹、重铸、氧化层,重熔层和热影响区的厚度之和未超过0.2mm,其大小顺序为d>c>b>a。

由此可见,试片a所对应的实验号为5的切割效果最好,因此确定相应的电压值为440V,功率值为90W,脉宽值为0.3ms。

对此正交实验的结果进行分析,见表3得出以下结论:因素脉宽的极差 R值最大,其次是电压,因素频率的极差 R值最小,因此可知脉宽在此实验条件下对平均功率的影响最大。

由于平均功率值在机床上显示的数值是个动态变化的数值,因此在工艺中给出的是一个范围值,具体各项参数通过试验选择确定,如表4所示。

五、整流罩激光加工过程中常见问题及解决方法

首件加工合格后,根据订单数量,又投产了3批零件,并对激光切割过程进行了跟踪,发现在激光加工过程中有以下常见问题。

(1)零件产生切不透现象的解决方法:检查喷嘴是否有异物或激光飞溅物并进行清理;在工艺规定参数范围内适当增大辅助气体的压力或降低切割速度;检查、找正喷嘴中心,使其位于摄像头十字线交叉位置;检查泵浦灯是否老化需要更换。

(2)切割时产生反喷现象正面有挂渣现象。

产生原因:喷嘴锥体中心与光束中心不同轴,气体在喷嘴中流动不均匀。

解决方法:调整喷嘴中心与光束中心重合。

(3)零件与夹具贴合不紧,产生晃动。

产生原因:零件成型后大小不一致,部分零件直径较大。

解决方法:在夹具内表面均匀的贴上纸胶布或布胶布。

(4)零件切割后超差。

产生原因:设备精度降低。

解决方法:校轴调整设备精度,在无法提高设备精度的前提下,可更改程序进行补偿。

(5)零件切割后表面产生裂纹。

产生原因:在规定的切割参数下,主要原因是气体纯度不够,气体含水或含油。

解决方法:更换纯度大的气体。

六、结语

(1)镍基高温合金薄壁板金件结构复杂,极易变形,易于采用固体激光进行加工,并设计了可通过一次装夹完成所有加工的夹具。

(2)对切割参数包括电压、频率、脉宽、辅助气体、气体压力、切割速度以及平均功率等进行试验,选择合理的加工参数,保证了零件切割表面要求。

激光加工范文第6篇

【关键词】激光加工技术 相关理论 发展 应用

一、前言

近年来重大的发明之一是激光技术。随着社会经济的快速发展,把激光器当成基础的激光加工的技术得到了快速发展。目前其正在被广泛应用在生产、通讯、医疗、军事及科研等多种领域。并且在这些领域都取得了非常好的经济与社会的效益,是我国未来经济的发展的关键。

二、激光加工技术相关理论

笔者认为,了解与应用激光加工技术需要对其相关理论深入的研究。以下笔者从其原理和特点来介绍激光加工技术。

(一)原理

激光加工能够获得极高的能量密度与极高的温度是因为采用的光学系统能够让激光聚焦成为一个非常小的光斑,在这样的高温下,每种坚硬的材料都会被瞬间熔化与气化,然后熔化物被气化而产生的蒸汽压力推动,以很高的速度喷射出来,从而实现了对工件加工的特种加工方法。

(二)特点

激光加工的技术对于加工工具与特殊环境没有要求,不会造成工具的磨损,易于使用自动控制来进行连续加工,且加工效率极高;同时激光的强度极高,聚焦后差不多能够熔化和气化全部的材料,所以能够加工所有硬度的金属与非金属的材料;加上激光加工是属于非接触的加工,及加工速度非常的快,工件没有受力与受热而产生变形;其还能聚焦成为极小的光斑(微米级),能够调节输出的功率,所以可进行精密且细微的加工。这些均是激光加工优点。但由于其设备的投资比较大,及操作和维护技术要求比较高;且在精微加工的时候,重复的精度与表面的粗糙度难以保证等。这些缺点尽管在一定的程度上缩小了其应用规模,也限制了其发展,但是由于进一步的研究,越来越成熟的技术,激光加工技术有着非常广阔的发展前景。

三、激光加工技术的发展及应用

近年来,由于激光加工技术的快速发展,其被应用于许多的领域。以下是笔者从激光器与激光加工技术领域来介绍激光加工技术的发展,同时介绍目前激光加工技术的具体应用。

(一)激光加工技术的发展

了解激光加工技术的发展,就要研究激光器以及其应用的领域的变化。只有这样才能从根本上了解其发展。

迅速发展的激光器。我国研制出的第一台激光器是在1961年。通过几十年的努力,我国的激光器技术快速的发展起来了,从固体的激光器到气体的激光器,再到如今光纤的激光器、半导体的激光器与飞秒的激光器。光纤的激光器与传统激光器来比较,其优势是功率输出大,光束的质量较好,转换的效率较高,良好的柔性传输等。其在使用激光加工技术加工材料中有着极大的吸引力。现在应用于使用激光来打标、切割以及焊接。而飞秒的激光器则能够使超精微的加工可以实现。其在高技术的领域如微电子、光子学等应用的前景极宽广。同时半导体的激光器正在被直接用在焊接、热处理等方面。总之激光器的迅速发展导致了激光加工技术的快速发展。

广泛的应用领域。激光加工是在机械加工、力加工、火焰加工与电加工之后新产生的一种的加工技术,是借助激光束和物质相互作用的特性,对材料进行切割、焊接、表面处理、打孔以及微加工的综合性技术。激光焊接广泛应用在汽车的零件、密封的器件等多种要求焊接无污染与无变形的器件。激光切割主要应用在汽车的行业、航天的工业等领域。而激光打孔则应用在汽车的制造、化工等产业。广泛的应用领域也使得激光加工技术快速发展。

(二)激光加工技术的应用

激光加工技术在我国的许多领域里占据着重要的位置,以下是笔者简单的介绍一些具体的应用,如打孔、切割以及焊接等。

(1)激光来打孔的应用。激光打孔借助了激光的功率密度极高的特性,使得加工的材料瞬间被熔化与气化,熔化的物质被蒸汽巨大的压力推出来,形成了孔洞。激光打孔正在被广泛应用在钟表与仪表有关工件的加工。其应用的领域广泛,包括衣服与鞋子的制作、工艺品与礼品的制作、机械设备与零件的制作等。

(2)激光切割的应用。激光切割则利用了激光束,由于其能够聚焦而形成极高的功率密度光斑,因此能够将材料迅速加温到气化室的温度,形成了小孔洞后,再借助光束和材料的相对运动,从而产生细小以及连续的切缝,达到了切割的目的。激光切割被广泛用来切割非金属材料。此外,激光切割也应用在服装行业如对皮革和布料的切割。

(3)激光焊接的应用。激光焊接把符合功率密度要求的激光束照射到需要焊接的材料表面,将其局部的温度升高到熔点,使得材料的结合部位熔化为液体,然后进行冷却凝固,从而使得两种材料熔接在一起,达到了焊接的目的。激光焊接被广泛应用于航天行业、船舶制造业等各种领域。尤其是珠宝首饰业利用激光焊接的技术改变了人们首饰设计的传统思维。利用激光焊接能够制作具有特殊结构的首饰。此外,激光焊接还广泛应用在钢铁行业。

四、结语

激光加工技术是一种21世纪发展迅速的新技术,各国的政府与工业部门都要积极的发展视激光器与激光加工技术的设备。随着激光加工技术应用市场的日益扩大与国际竞争新格局的产生,我国的激光加工技术一定有巨大的发展,具有极其广阔的市场前景,而且在社会经济与工业的发展中起到非常重要的作用。

参考文献:

[1]贾燕.激光加工技术及其应用[J]_中国科技投资,2012,(08).

[2]朱萍.激光加工技术发展现状及展望[J].安徽科技,2013,(01).

激光加工范文第7篇

摘 要:激光加工产业作为国家重点发展的高端装备制造业,国家一直给予了较大的政策支持,其相关技术是政府重点扶植的高新技术。《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》明确将激光技术列为重点发展的高新技术。结合专业建设需求,对市场进行调研,为了培养与社会主义现代化建设要求相适应,具备激光加工设备装配、调试、使用、维护及激光加工设备操作能力的高素质应用型专门人才,同时使激光加工技术的专业建设及课程设置能更好的体现高职教育的特点。

关键词:激光加工技术;专业建设;职业院校

为了培养服务激光加工设备制造和激光加工行业,培养与社会主义现代化建设要求相适应的德、智、体、美全面发展,适应生产、建设、管理和服务第一线需要,具备激光加工设备装配、调试、使用、维护及激光加工设备操作能力的高素质应用型专门人才。同时使职业院校培养的学生更能符合企业对人才的需求。笔者特将企业对学生的基本技能等方面进行了调研。

1 情况说明

针对位于武汉・中国光谷东湖高新技术开发区的等十多家大型激光公司进行调研。调研主要采用了随机抽样的方式,发放问卷共50份,共计收回问卷43份,有效问卷40份,这次调研得到了公司的大力支持,报告内容丰富,结果客观公正。

2 调研结果及分析

2.1 企业对院校岗位的设置要求以及岗位对职工性别的要求

从激光加工技术专业的岗位设置情况来看,激光控制板焊接工、激光腔体装配工、激光机械构件装配工、激光器光学构件装配及调试工、激光器售后服务人员等为主要岗位,不同的岗位对职工性别的要求有很大的差异。每个岗位的具体要求如表1。

2.2 企业要求学生所需要掌握的基础知识

由于激光加工技术是国家重点支持和推广的一项高新技术,应用市场相当广泛,在汽车制造、半导体、航天航空等领域应用较多,在其它领域还有较大的发展空间。因此,要求学生所要掌握的基本知识也有较高的要求。学生所需要掌握知识的基本情况如表2。

2.3 企业要求学生所需要掌握的基本技能

高等教育的技能培养目标,除了考虑具体行业和职业岗位的需求外,还必须考虑学生日后会遇到的职业变更、技术更新及个人发展的需要。既要重视“专业技能”,又要重视“通用技能”的培养,以适应未来社会生活中知识更新的需要,为学生今后的发展和接受继续教育奠定一个较为宽厚的基础。从调研的结果来看,企业对学生的专业技能和通用技能的要求都比较高,几乎要求每位学生必须掌握电工基本技能、激光加工工艺技能、常见光学仪器的使用调试等基本技能。学生所要掌握的基本技能具体情况如图1。

学生所需掌握的基本技能2.4 企业要求学生具有的基本素质

由于基本的工作能力、良好的职业道德、职业意识和职业精神,是大学生作为社会人、单位人应该具备的基本素质。在这些方面,很多大学毕业生缺乏对岗位应有的热爱与理解,思想素质和心理素质都有待提高,适应职业岗位需要的时间较长,明显缺乏应有的基本工作能力。因此,在校期间应该培养学生具备吃苦耐劳、团结协作、诚实守信的精神,要让学生明白先做人后做事的哲理。

3 结论

激光设备种类向技术含量更高的高端设备(光纤激光器、半导体激光器等)发展,大功率激光设备所占市场份额越来越大。激光加工应用领域向航空、轮船、高速铁路等高端制造业、太阳能等新能源利用、集成芯片制造精密加工行业发展。通过调研发现,激光加工技术专业具有良好的发展局面,企业对学生的要求也越来越高,高职教育人才的培养模式得到了企业的充分肯定,同时还有许多地方还需要进一步完善。主要体现以下几个方面:

(1)应该加强学生对专业基础知识和基本理论的学习,如:工程光学、机械制图与CAD、单片机原理与应用、机械加工技术、光电探测与处理技术、激光设备调试维护与加工工艺训练、精密机械基础、工业控制技术、光学零件加工等基础课程。可以尝试实行“教考分离”等措施,以进一步提高教育教学的质量,以适应未来社会生活中知识更新的需要,为学生今后的发展和接受继续教育奠定一个较为宽厚的基础。

(2)学院可以轮流安排教师到企业为期半年或者一年的实践,这样可以使教师知识不断更新;同时也可以安排在校学生要尽量多的到企业顶岗实习,通过实习,可以使学生更加清楚在校期间应该怎样去学习,使学生从被动的接受学习转化为主动的去钻研,从而提高学生的专业技能。

(3)为了得到企业的认可,学校应该和企业联合对学生进行职业资格认定,以进一步深化和推广“激光订单班”、“激光定岗班”、“激光医疗班”等办学模式。

(4)综合素质有待提高。信息收集与处理能力、准确定位能力、抓住机遇的能力、表达沟通能力、自我推销能力、自我保护能力等,是决定大学生能否实现劳动者和生产资料的结合,达到人职匹配的重要因素。

(5)进一步加强学生具备良好的道德品质和团队合作精神的教育。

参考文献

[1]王中林,李建新.基于订单班的产学研结合人才培养模式[J].职业教育研究,2008,(4):2729.

[2]肖坤.高职院校人才培养方案的制订探析[J].教育与职业,2008(33):1719.

[3]李建新,王绍理.激光加工工艺与设备[M].武汉:湖北科学技术出版社,2008.

激光加工范文第8篇

关键词:激光;手机;打标;焊接

中图分类号:TN24 文献标识码:A引言

激光加工是利用高能量强度的激光束,经过光学系统聚焦,聚焦后的功率密度可达104-1011W/cm2,对工件加工部位施加高温的热加工技术。由于激光加工热影响区域小,加工精细,加工速度快,可以使常规方法无法实现的工艺轻松实现。如今,激光加工技术已经广泛应用于“打标、焊接、切割、打孔、热处理、熔覆、精密调阻、精密配重”等领域,本文将主要介绍手机制造行业比较常用的激光打标技术与激光焊接技术。

图1 激光加工应用分类

1 手机制造中的激光打标技术

激光打标技术作为激光加工最大的应用领域,以其无可替代的优势迅速取代了传统的“气动打标、化学腐蚀标记、丝网印刷标记、铸造标记”等方式,成为工业制造领域主流的标记方式。

所谓激光是指单向性极好、单色性极强、高亮度、相干性好的电磁波。激光的产生是在受激辐射光无限放大所产生的。当激光电源激励连续氪弧灯,发出的光经过聚光腔集中到Nd:YAG激光晶体上,受激光辐射的光经过激光谐振腔共振放大后产生连续激光。该激光束通过声光Q开关调制后,变为千瓦的高峰值功率、高重复频的脉冲激光。该脉冲激光束经过扩束镜扩束后,顺序投射到X轴、Y轴两只振镜扫苗器的反射镜上。振镜扫描器在计算机软件控制下产生按程序编排的快速摆动,使激光束在平面X、Y两维方上进行扫描。再通过“F-0”光学聚焦透镜组使激光束聚焦在加工物体的表面形成一个个微细的、高能量密度的光斑。每一个高能量的激光脉冲瞬间就在物体表面烧蚀并且溅射出一个极小的凹坑。经计算机控制的连续不断的这一过程,预先编排好的字符、图形等标记内容就永久地被蚀刻在物体表面上。

常见激光打标的三种工作方式:1氧化,激光对工件的表层加热,使工件表层受热氧化而呈现出不同的特性;2蚀刻,激光对工件的表层加热,使工件表层受热升华而呈现出凹陷的特性;3凸起,激光对工件的表层加热,使工件表层受热膨胀而呈现出凸起的特性。

图2 激光打标的三种工作方式

一套完整的激光打标设备一般由主机-激光发生装置、激光头-激光输出装置、计算机控制部分、Q开关、电控箱、冷却系统、抽风系统与工作平台等组成。

图3 激光打标设备的组成

激光打标机因其特殊的工作原理,与传统标记方式(移印、喷码、电腐蚀等)相比,具有许多优越性:1.非接触加工;2.材料适用面广;3.可与生产线上的其他设备集成,提高生产线的自动化程度;4.标记清晰、持久、美观,并可有效防伪;5.使用寿命长、无污染; 6.运行成本低打标速度快;7.加工效率高;8.开发速度快;9.加工精度高;10.维护成本低;11.具有环保性。

在手机零部件制造领域,激光标记技术已经完全可以应用到任何需要标记的地方,金属零部件,非金属零部件,甚至手机的LCD显示屏,都能够实现激光标记。手机品牌厂商的LOGO打标、系列号、二维码和条形码、装饰性图案2D与3D面打标、彩色个性图案等都已经在手机零部件的制造中应用。

图4 激光打标在手机制造中的应用

2 手机制造中的激光焊接技术

激光焊接是将具有优异的方向性、高亮度、高强度、高单色性、高相干性等特点的激光束辐射至加工工件表面区域内,激光束经过光学系统聚焦后,通过激光与被焊物的相互作用,在极短的时间内使被焊处形成一个能高度集中的热源区,热能使被焊物区域熔化后冷却结晶形成牢固的焊点和焊缝。根据所用激光器及其工作方式的不同,常用的激光焊接方式有两种,一种是脉冲激光焊,主要用于单点固定连续和簿件材料的焊接,焊接时形成一个个圆形焊点;另一种为连续激光焊,主要用于大厚件的焊接和切割,焊接过程中形成一条连续焊缝。

激光焊接时通过激光输入的能量只有部分作用于焊接,由于金属对激光的反射与金属的散热性损失一部分能量,特别是在工件表面形成等离子体“云”时损失的能量更大。当高功率的激光对工件加热时,工件表面的空气被电离成等离子体,等离子体与金属蒸气混合就成了等离子体“云”,这朵等离子体“云”会大大削减激光的能量,影响工件的焊接质量。为了减少等离子体“云”的影响,一般都采用侧面吹保护气体的方法去除等离子体"云",同时保护焊缝金属不被氧化。

由于焊接金属具有不同的热性能,根据其热性能可将激光焊接分为热传导型与锁眼型两种焊接方法。热传导型激光焊接原理为:激光辐射加热待加工表面,表面热量通过热传导向内部扩散,通过控制激光脉冲的宽度、能量、峰值功率和重复频率等激光参数,使工件表层熔化,形成熔宽大熔深小的熔池。这种焊缝的深宽比只有1:3,但焊缝平滑、圆润无明显的凸起现象,可以得到非常好的表面效果,常用于手机前后盖、医疗器械、珠宝首饰、电池等表面质量要求较高的产品。

图5 a.热传导型原理示意图 b.304不锈钢热传导点焊

锁眼型激光焊接原理为:当激光功率密度达到10^6~10^7W/cm^2时,功率输入远大于热传导、对流及辐射散热的速率,材料表面发生汽化而形成小孔,孔内金属蒸汽压力与四周液体的静力和表面张力形成动态平衡,激光可以通过孔中直射到孔底。这种现象称为小孔效应(Keyhole Effect)。小孔的作用和黑体一样,能将射入的激光能量完全吸收,使包围着这个孔腔的金属熔化。孔壁外液体的流动和壁层的表面张力与孔腔内连续产生的蒸汽压力相持并保持动态平衡。光束携带着大量的光能不断地进入小孔,小孔外材料在连续流动。随着光束向前移动,小孔始终处于流动的稳定状态。小孔随着前导光束向前移动后,熔融的金属填充小孔移开后所留下的空腔并随之冷凝成焊缝,完成焊接过程。这种焊缝的深宽比可达8:1,激光束通过小孔的侧壁不断反射直通孔底,使工件对激光的吸收率从3%提升到96%,但在焊缝表面会有凸起,常应用于手机天线、手机支架、需受力的结构件的焊接。

图6 a.锁眼型原理示意图 b.304不锈钢锁眼型点焊

相对于传统的焊接方式,激光焊接有如下一些特点:1.焊接速度快2.焊接热影响区小3.热输入量小4.容易实现自动化5.单面焊接6.一致性好与可重复定位精度高7.焊接后几乎不需要后处理加工

随着手机行业的快速发展,激光焊接的高效率与低成本在手机制造中的优势已越来越明。Iphone、Ipad、NOKIA、Sumsang、Motolora、HTC等手机的主框架、LCD支架、前后盖、SIM卡槽等部件都通过激光焊接而成,焊后的部件不仅结合牢固外观也非常漂亮,基本不需要做后处理加工,节约了制造成本。

图7 激光焊接在手机制造中的应用

结束语

本文介绍了激光打标与激光焊接的原理、特性及在手机制造中的典型应用,通过激光打标技术可以使得手机的外观设计更加美观,可以实现个性化图案的打标,让消费者得到一个全球独一无二的、真正只属于自己的个性手机。激光焊接应用到手机中,大大简化了冲压模具的设计,优化生产工艺流程,扩大生产能力,降低了生产成本。激光加工快速高效的生产效率与精密加工的性质决定着其在手机制造中的地位已经越来越重要,在手机的整个生产制造过程中发挥着巨大的作用,为整机厂商带来了巨大的经济效益。

参考文献

[1]陈彦宾.现代激光焊接技术[M].北京:科学出版社.2006.

[2]吴明清,尹占顺.激光焊接技术在工程车辆生产中的应用[J].现代焊接.2008(08).

激光加工范文第9篇

关键词:激光内雕,图案设计,SolidWorks,AutoCAD,激光切割

激光雕刻是涉及光学、机械、电子、自动控制及计算机等多门学科的激光加工技术。激光束的能量和位置均可以通过电脑进行精确地控制,因此在雕刻过程中可以获得很高的精度和一些细小的或者是复杂的图形。这就使其成为一种先进的雕刻方法而大受欢迎,在一些工艺品的制作上就大量采用了激光内雕和外雕技术,从而大大提升了纪念品的观赏性同时降低了加工成本。

一、内雕图案设计

内雕的主题图案选用河南科技学院新科学院新大门。此外加以想象和艺术化,为了图案按对称,增加了一个钟楼,两个路灯,以及一对刻字的石头,上面写着校训,同时为了图案的美观,取消了大门内的自动伸缩门,只保留三个拱门造型。两侧的寝室楼也改为两面对称的形状,窗户由原来的正常样式与窄闯结合改为了统一的长方形样式,楼层依旧是六层楼形式。

二、图案绘制

1.大门主体左侧寝室楼造型绘制

(1)双击桌面的SolidWorks2008图标,这时就会出现SolidWorks2008的操作界面。打开SolidWorks2008软件以后,找到新建SolidWorks文件的对话框 ,这时点击零件图标,进入零件绘制界面。选择上视基准面,选中后点击右键,选中草图绘制点击进入草图绘制页面。

(2)首先绘制的是大门左侧的宿舍楼,具体的步骤为:①首先画出宿舍楼的主体;②然后画出前面和后面所有的窗户;③做出屋顶的形状以及钟楼。

2.大门主体的绘制

具体的步骤为,第一步先画出单排的柱子,第二部画出拱门,第三部开始画拱门上部的门楼,第四步画出房顶。其中单排的柱子存为一个零件,拱门以及拱门门楼同下方单面柱子为一个零件,最后的楼顶为一个零件,最后组合成装配体。

3.大门底座以及门口路灯以及刻字石头的绘制

具体步骤为,首先画出大门的底座,以上视基准面为基准绘制一个矩形,然后对其进行拉伸,得到大门以及两侧宿舍楼的底座。接下来绘制门口道路,选中底座侧面,以底座边线中点为中心做一个矩形,退出草图然后进行拉伸,得到门口的道路。路灯绘制:选中道路表面为基准面,在道路的中段首先选中道路边线的中点,然后画出一个圆,对其进行拉伸得到路灯柱,然后选中路灯顶面作为基准点做一个矩形并对其进行拉伸,得到路灯的支架。在支架上画出一个圆柱作为路灯的接线。然后添加一个基准面,在草图绘制中画出一个半圆,然后添加一个中心轴,点击“旋转凸台/基体”,对其进行旋转,得到球形路灯。最后在路灯柱顶端画出一个短圆柱作为顶部的圆柱路灯。最后是门口的刻字石,首先选中路面作为草图基准面进行草图绘制,然后在路的末端画出两个矩形,然后对其进行拉伸,得到石头的实体。接下来分别选中两个石头的表面进行草图绘制,左侧为“崇德尚能”,右侧为“知行合一”,然后进行拉伸操作,由于“崇德尚能”中的崇字的一点跟上面的山字连着不能进行拉伸操作,故需要对其进行字体解散,然后对点进行修改,添加一条曲线最后剪切,退出草图进行拉伸操作得到阳体字。最后对零件进行保存。

三、作品的激光内雕加工

首先,要将装配体另存为可以在Pro-ENGINEER可以打开的ProE Assembly(*.asm)格式。然后在Pro-ENGINEER中打开,这时点击Pro-E的文件菜单,选中保存副本,然后将装配体保存为“图片渲染(*igs)”格式。最后在3Dmax软件中将上步保存的igs文件导入,最后文件导出为AutoCAD(*DXF)格式,这时就可以在软件Cryslove上打开,将线点距设置为0.1mm,两点距设置为0.1mm,规则侧距为0.18mm,加工方式为“线面加点”,点型选择“随机点”,基层设置中,面层数设置为1,面层距为0.3mm,线层数为1,线层距为0.3mm。这时点击确认修改,然后点击生成点云,将生成的点云文件储存下来就可以进行加工了。

需要加工的水晶玻璃的尺寸为70*70*100mm,首先要将水晶玻璃放在垫板上,各边定好位置,然后放入激光内雕机中,将盖子盖上,操作过程中不能打开,以免激光对人体造成伤害。将点云文件复制到和激光内雕机连接的PC机上,将点云文件导入加工程序Cryslovepoint-C2.0中,并将激光功率调到85%,点击开始加工,进入加工环节。雕刻过程采用的是振镜片扫描的方式,具体内容是:物体分块雕刻,每块都有各自的中心,每一块选用自下而上逐层扫描雕刻的方式。

总之,随着科技的发展,新的加工技术不断出现以及完善,激光加工技术无疑属于其中一种先进的加工技术,在机械、医疗、商业、军事等方面都有广泛的应用。

参考文献:

[1]张国顺.现代激光制造技术[M].北京:化学工业出版社,2005(10)

[2]张永康.激光加工技术[M].北京:化学工业出版社,2004(7)

[3]杨月英、刘敏杰.Pro/ENGINEER Wildfire 4.0三维机械设计[M].北京:中国建材工业出版社,2009(9)

作者简介:

激光加工范文第10篇

关键词:大功率固体激光器 光纤耦合 加工系统的控制

在新世纪的工业领域中,激光加工技术得到了迅速的发展。由于激光具有很好的方向性、相干性和单色性,激光加工使传统的加工业得到了改善。在机械制造领域广泛被用于打孔、焊接、切削加工等,逐步成为目前工业加工领域技术的主导。

1、固体激光加工系统的组成

工业所用的大功率固体激光加工系统主要由光纤耦合、大功率的Nd:YAG激光器、激光加工工作头及加工机械手组成。其中加工机械手为运动系统,光纤耦合作为光纤传输系统,目前Nd:YAG激光器的应用已大大超过了二氧化碳激光器,它有很多优点例如金属的吸收率高、易于光纤传输、储存的能量高等。激光加工头主要有切割头和焊接头组成,一般切割头上都有水冷的装置,同时又是该大功率激光加工的水冷系统。

2、大功率固体激光加工光纤耦合技术的激光聚焦系统设计

大功率的激光光纤传出系统具有一定的特异性,在光纤耦合技术中传输效率的高低是该设计是否成功的一个重要取向。因此通常我们用三透镜来取代单透镜,这样可以降低激光的功率损失。为了满足激光光纤的耦合条件,光束聚焦后其束宽和发散角

必须满足以下关系:

W

其中w为光束的束宽,d为光纤芯径,θ为激光的远扬发散角

大功率激光光纤耦合技术所用的光纤基本上是大芯径多模光纤,根据数学的计算结果表明光纤耦合器的光纤端面处激光光斑直径小于光纤纤芯直径2/3是非常合适的。在大功率固体激光加工系统的激光光纤耦合过程中,我们也不能为了追求小的聚焦束腰半径,而忽视了光束发散角增,因为在束腰半径减小的过程中光束的发散角在不断地增大,当光束的发散角超过光纤数值最大孔径的时候,这样就会增大激光的功率损失,从而造成一定的浪费。因此应该同时考虑光束发散角和束腰半径的关系,将两者进行综合全面的考虑,准确的衡量两者的关系,不能因为单纯追求其中一个参数的变小而忽视了另一个参数条件,而是在两者之间找到一个合适的焦距使束腰发散角和束腰半径都达到最佳,从而使两者都能够满足相应的条件。为了提高激光的耦合效率我们一般从一下三方面入手:(1)用大功率Nd:YAG激光束进行聚焦。深入研究大功率Nd:YAG激光束的聚焦特点,根据激光的光束特性再根据激光光纤的耦合条件设计出最佳的耦合方案,比如在激光耦合器前增加一个激光扩束准直系统,使之能够更好地满足相应的耦合条件,从而提高耦合器的稳定性。(2)通过改善耦合器的机械够造或者提高透镜的的精度从而保证光纤端面和聚焦光纤能够同轴对准。(3)由于该系统在工作的过程中将会产生大量的热,所以应该在系统中增加一个水冷的装置,从而保证能够及时带走产生的大量热,使原件能够得到很好的保护。

3、加工系统安全可靠的控制

大功率的固体加工系统在系统的安全运行方面应该得到有力的保障,因此我们要对系统有特殊的规定,对构成加工系统的关键部位如激光器的操作模式、水冷系统的检测控制、人机界面的操作控制、与机器手的外接设备连接等。选用可靠性强并且抗干扰能力高的编程控制器来控制系统的主控部件。为了能够使操作者能更灵活的操作,更加了解该系统的运行状态,我们通常采用触屏式人机操作界面保证是操作者看到的信息更加准确便于工作。通过手动操作和自动操作来对激光器的焊接及切割进行有效的控制,进而使激光的加工质量得到有力的保障。再利用激光控制器对该系统的水冷系统、人工操作系统进行有力的控制从而保证各部件系统的有序进行,大大提高该部件的安全性能。

4、国内外大功率固体激光器的发展状况

随着科技的迅速发展,大功率固体激光加工技术已成为工业生产中的一个重要组成部分,激光加工系统已经和一些重要的生产线联系在一起,目前已从中小规模的生产到大规模的投入利用,逐步实现了工业的自动化。我国也开始学习国外的先进技术,采用激光进行工业生产不但成本廉价而且加工速度快易于焊接和生产,大大缩短了生产的周期。国外的新技术柔性制造系统是一项自动化水平极其高的生产系统,它具有较强的对外部环境的适应能力克服了传统的刚性自动生产的局限性。顺应时代的潮流人们更加青睐于产品的多样化,不断追求工业的高效率生产和低成本投入。因为在激光生产中柔性制造生产技术的备用时间短并且可以连续进行无人的操控,因此它必将成为工业领域中焊接、切割领域的核心技术.在一些科技比较先进的国家,计算机的应用在固体激光器的控制领域中起到了举足轻重的作用,利用计算机程序对激光加工进行自动编程,这样解决了人工工作效率低的问题,同时也实现了对复杂的机械构件自动化生产。

5、结语

自从20世纪60年代人们利用激光在钻石上打洞到现在人们将激光用于现代化的工业生产,激光的应用得到了迅速的发展,在机械制造业和电子工业领域中显示出了它的独特地位和优势。大功率固体激光加工系统不但节能而且具有极强的加工能力,在工业的加工制造领域实现了切割与焊接的一体化。要想使激光系统得到更大的应用,激光加工系统必然要与计算机完美的结合,利用机器人操作迅速敏捷、精度高的特性,必然将大功率固体激光加工系统推向一个新的里程碑。

参考文献

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