項(xiàng)目任務(wù)七激光切割加工

1、項(xiàng)目任務(wù)七激光切割加工項(xiàng)目任 務(wù)七、激光切割加工授課安排授課 時(shí)數(shù)8教具需要大功率激光切割機(jī)、電 腦、加工材料、設(shè)備使用說(shuō)明 書(shū)電子版和紙介質(zhì)版、多媒體 設(shè)備課前 準(zhǔn)備大功率激光 切割機(jī)生產(chǎn) 廠家現(xiàn)場(chǎng)教 學(xué)聯(lián)系、電子資料的收集教學(xué) 目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)知識(shí)上掌握切割設(shè)備的結(jié)構(gòu)和切割工藝參數(shù)對(duì)激光切 割的影響。能力目標(biāo)技能上要求利用激光切割機(jī)進(jìn)行編程切割加工。情感目標(biāo)通過(guò)激光切割增加學(xué)生學(xué)習(xí)課程的興趣、自信心和成就 感，提高學(xué)生的分析處理問(wèn)題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì) 精神。教學(xué) 方法教法項(xiàng)目教學(xué)法。先用4學(xué)時(shí)介紹大功率激光切割設(shè)備和切 割工藝，再用4學(xué)時(shí)組織學(xué)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)參觀教學(xué)。學(xué)法直觀分析法，模擬訓(xùn)練法，現(xiàn)

2、場(chǎng)參觀法、學(xué)練結(jié)合法， 討論歸納法。教學(xué) 重點(diǎn)1大功率激光切割設(shè)備。2激光切割編程加工。教學(xué) 難點(diǎn)大功率激光編程切割加工。教學(xué)過(guò)程一、項(xiàng)目提出圖8-1各種激光切割鈑金材料圖大功率激光切割在鈑金加工行業(yè)應(yīng)用廣泛， 發(fā)展前景好，操作大型數(shù)控激光切割機(jī)進(jìn)行鈑金 加工是一項(xiàng)技術(shù)含量較高的工作，做到熟練掌握 其加工技術(shù)，需要熟練掌握有關(guān)設(shè)備知識(shí)和加工 工藝方法，學(xué)會(huì)進(jìn)行工藝流程整體設(shè)計(jì)。二、項(xiàng)目分析要熟練進(jìn)行大功率激光切割，必須具備相關(guān) 知識(shí)技能如下：1. 了解大功率激光切割機(jī)種類、結(jié)構(gòu)和操作 方法；2. 掌握影響激光切割效果的因素；3. 學(xué)會(huì)調(diào)整激光切割工藝參數(shù)進(jìn)行激光切 割加工；4. 學(xué)會(huì)整體設(shè)計(jì)規(guī)

3、劃激光切割工藝試驗(yàn)。三、項(xiàng)目計(jì)劃決策1. 利用有關(guān)圖片和現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)了解大功率激光切割機(jī)的種類、結(jié)構(gòu)及操作方法；2. 利用多媒體設(shè)備介紹影響激光切割效果 的因素；3. 現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)，調(diào)整激光切割工藝參數(shù)進(jìn)行激 光切割加工。四、項(xiàng)目實(shí)施準(zhǔn)備各種多媒體課件制作，相關(guān)網(wǎng)站資料收集， 生產(chǎn)性實(shí)訓(xùn)基地影響。五、項(xiàng)目實(shí)施及檢查1. 大功率激光切割機(jī)種類及結(jié)構(gòu)大功率激光 切割機(jī)定光路型混合光路型飛行光路型圖8-2按數(shù)控系統(tǒng)區(qū)別分類圖圖&3大型激光切割機(jī)實(shí)物圖圖8-4大型激光切割機(jī)模型圖主電趣|一漁卻水裝丟吉一激光m離a-空吧于規(guī)鶴5-HfiMi農(nóng)一損祚直7-fflW電功啊8-y）S0工作苦9制便10畀焦迓按II-世

4、肝1L反射直213as托克辰曲踐巧一能左謚鬲蓿比一滋電源17閆眼電呦切和割距晅動(dòng)蛙圖8-5大型激光切割機(jī)結(jié)構(gòu)圖激光切割設(shè)備各結(jié)構(gòu)的作用如下。（1）激光電源：供給激光振蕩用的高壓電 源。（2）激光振蕩器：產(chǎn)生激光的主要設(shè)備。（3）折射反射鏡：用于將激光導(dǎo)向所需要 的方向。為使光束通路不發(fā)生故障，所有反射鏡 都要用保護(hù)罩加以保護(hù)。（4）割炬：主要包括槍體、聚焦透鏡和輔 助氣體噴嘴等零件。（5）切割工作平臺(tái)：用于安放被切割工件， 并能按控制程序正確而精確地進(jìn)行移動(dòng)， 通常由 伺機(jī)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。（6）割炬驅(qū)動(dòng)裝置：用于按照程序驅(qū)動(dòng)割 炬沿X軸和Z軸方向運(yùn)動(dòng)，由伺服電動(dòng)機(jī)和絲 桿等傳動(dòng)件組成。（7）數(shù)控裝置

5、：對(duì)切割平臺(tái)和割炬的運(yùn)動(dòng) 進(jìn)行控制，同時(shí)也控制激光器的輸出功率。（8）操作盤(pán)：用于控制整個(gè)切割裝置的工 作過(guò)程。（9）氣瓶：包括激光工作介質(zhì)氣瓶和輔助 氣瓶，用于補(bǔ)充激光振蕩器的工作氣體和供給切 割用輔助氣體。（10）冷卻水循環(huán)裝置：用于冷卻激光振蕩 器。激光器是利用電能轉(zhuǎn)換成光能的裝置，女口 CO2氣體激光器的轉(zhuǎn)換效率一般為 20%，剩余 的80%能量就變換為熱量。冷卻水把多余的熱 量帶走以保持振蕩器的正常工作。（11）空氣干燥器：用于向激光振蕩器和光 束通路供給潔凈的干燥空氣，以保持通路和反射鏡的正常工作類型構(gòu)成簡(jiǎn)圖實(shí)用輸岀功率/W優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)氣體封閉式100結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單功率小， 實(shí)用性差低速軸流

6、式高速軸流式10003000橫流式高壓電源-=3牛氣體15000可獲得穩(wěn)定 的基模激光外形尺寸較大，維護(hù)保養(yǎng)較難可在體積不大的情況下獲得較大的輸岀功率，維護(hù)保養(yǎng)方便輸岀功率的穩(wěn)定性取決于風(fēng)機(jī)的可靠性可獲得很高 的輸岀功率光束能量分布為復(fù)式，效率較低1工件 15割噴嘴3氤氣進(jìn)吒管4氧氣|壓力表勺一透鶴冷卻水基46聚焦透鏡7樹(shù)光東&一反對(duì)鏡冷卻水査9一反射饒如一同服電動(dòng)柳411 一滾體緩桿舊一放大控制反駁動(dòng)電器MT亞看伐駭需p圖8-6大型激光切割機(jī)割矩結(jié)構(gòu)圖 表&1幾種CO激光器的主要特性風(fēng)機(jī)熱交換2.影響激光切割效果的因素（1）激光切割質(zhì)量評(píng)價(jià)體系圖8-7大型激光切割機(jī)切割質(zhì)量評(píng)價(jià)體系圖（2）切

7、割效果影響因素透鏡憩距 透鏡材料漑光種類 漑光複式 漑光功率光斑半徑 光東偏拆性 I模式稍定性工作臺(tái)孫堿度圭虔調(diào)節(jié)腿倒聚焦透瞬加工系圻性就和激光束品質(zhì)的m工材料因素和工蕪參數(shù)的影響切割速度I輸出功率* 焦點(diǎn)位置*脈沖頻率和占空比 離鶯量 輔助氣體噴嘴苴徑噴墻與工伴距離 外光站圖8-8大型激光切割機(jī)切割影響因素圖3.到企業(yè)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)。六、項(xiàng)目評(píng)價(jià)及討論課堂請(qǐng)同學(xué)歸納總結(jié)并布置課下作業(yè)如下: 1簡(jiǎn)述影響激光切割效果的工藝參數(shù)。2. 簡(jiǎn)述激光切割設(shè)備基本構(gòu)造。3激光切割工藝實(shí)驗(yàn)報(bào)告。七、項(xiàng)目必備理論知識(shí)或其它參考資料（一）工藝參數(shù)對(duì)切割質(zhì)量的影響1. 激光輸出功率激光輸出功率是與熔融被加工材料能力

8、有 直接關(guān)系的參數(shù)，而影響的程度則依被加工材料 對(duì)激光的反射率、熔點(diǎn)、耐氧化性的不同而有所 不同。對(duì)特定材料，激光輸出功率越大，所能切 割的材料厚度也越厚。激光功率增加，切割速度變大時(shí)切割質(zhì)量仍 然很好，切割速度的變化范圍也隨之?dāng)U大， 這樣 也就提高了切割的質(zhì)量穩(wěn)定性和效率。激光輸出功率變化，在其他條件不變時(shí)，激 光功率密度變化。激光功率密度 Po與切割面粗 糙度Rz的關(guān)系如圖8-9所示，隨著激光功率密 度的提高，粗糙度降低。當(dāng)功率密度 Po達(dá)到某 一值后，粗糙度Rz值不再減小。m後度糙粗圖8-9激光功率密度與切割面粗糙度的關(guān)系上邊緣切割面粗糙度測(cè)定區(qū)我們可以根據(jù)加工過(guò)程中火花和加工后的 切割

9、面的情況，來(lái)判斷使用的激光功率是否合 適。如圖& 10所示，激光輸出功率遠(yuǎn)大于標(biāo)準(zhǔn) 值時(shí)，切縫周圍的熱影響區(qū)（燒痕）增大，轉(zhuǎn)角 部位出現(xiàn)熔損，切割面條痕變粗，且從上部垂直 延伸至下部。(a損光束行進(jìn)方向圖8-10輸出功率對(duì)加工的影響（a）輸出功率過(guò)大的情況（b）輸出功率不適當(dāng)?shù)那闆r（條痕粗糙并且垂直）如果激光輸出功率遠(yuǎn)小于標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，切縫下 部就顯著變粗，成為凹進(jìn)去的狀態(tài)。而且，沾渣 的附著量增多并很難去除。切割過(guò)程中的火星明 顯滯后于切口前端。合適的加工激光功率存在于一定的范圍內(nèi)， 被加工板材越薄，功率調(diào)節(jié)范圍就越寬。在適當(dāng) 的激光功率條件下的加工，切割面的條痕細(xì)，下 部相對(duì)于光束部位稍有滯后

10、。2. 切割速度激光輸出功率和切割速度一起決定被加工 件的熱輸入量，激光切割速度直接與有效功率密 度成正比。而激光功率密度與又激光輸出功率、 光束模式和光斑尺寸有關(guān)。除此之外，切割速度 還與材料密度、材料起始蒸發(fā)能和材料厚度有 關(guān)。對(duì)金屬材料，在特定工藝條件下，切割速度 存在一個(gè)合理的調(diào)節(jié)范圍，如圖 8-11所示。曲 線上限表示允許的最高切割速度，下限表示防止 材料切割時(shí)發(fā)生過(guò)燒的最低切割速度。如圖&12所示為鋼在某一功率條件下，材料厚度和切割速度的關(guān)系曲線材料厚度/mm圖8-11切割速度與材料厚度關(guān)系度速割切圖8-12鋼板切割速度與材料厚度關(guān)系0 I357板厚t/mmnlm .m/v切割速度

11、對(duì)切逢寬度、熱影響區(qū)大小和切口 粗糙度有較大影響。如圖 &13所示，隨著切割 速度增加，切縫頂部寬度和熱影響區(qū)大小都單一 減小，而切縫底部則都存在最小值。切割速度與 切口粗糙度關(guān)系如圖8-14所示，速度過(guò)低時(shí)， 切口寬度增大，切口波浪形比較嚴(yán)重，切割面變 得粗糙。隨著切割速度的加快，切口逐漸變窄， 直至上部的切口寬度相當(dāng)于光斑直徑。 此時(shí)切口呈上寬下窄的V形。繼續(xù)增加切割速度，上部 切口寬度仍然減小，但下部相對(duì)變寬而形成倒 V 形。度 寬 縫 切12Qo（a）切割速度對(duì)切縫寬度的影響（b）切割速度對(duì)熱影響大小的影響SPIC.、功率 400W(TEMo)焦點(diǎn)距離63.5mmAB切割速度/m. m

12、in圖8-14切割速圖8-13切割速度對(duì)切縫寬度和熱影響區(qū)的大小的影 響總之，切割速度取決于激光的功率密度及被 切割材料的性質(zhì)和厚度等。在一定的切割條件 下，存在最佳的切割速度范圍。切割速度過(guò)高， 切口清渣不凈；切割速度過(guò)低，則材料過(guò)燒，切 口寬度和熱影響區(qū)過(guò)大。要獲得最佳切割效果， 就要保持恒定的最佳切割速度。 實(shí)際切割中，激 光切割頭有一定的慣量，在啟動(dòng)、停止，或加工 到軌跡圖形的拐角處時(shí)存在一個(gè)加速和減速的 過(guò)程。對(duì)于質(zhì)量要求較高的切割，必須調(diào)整其他 參數(shù)（如減小激光功率或轉(zhuǎn)換成脈沖輸出），或 者在程序設(shè)計(jì)時(shí)設(shè)置輔助切割路徑，把加速或減 速段放到工件以外（如圖8-15所示），避免被加 工

13、件尖角部位因熱集中而燒蝕，從而保證加工的 質(zhì)量。3. 焦點(diǎn)位置在透鏡的焦長(zhǎng)確定后，焦點(diǎn)與工件表面的相 對(duì)位置對(duì)激光切割的質(zhì)量產(chǎn)生很大影響。 對(duì)于金 屬薄板（板厚6mm以內(nèi)）的切割，焦點(diǎn)在材料 表面上下一定范圍內(nèi)都可獲得不沾渣的切割面。大多數(shù)情況下，焦點(diǎn)位置設(shè)置在工件表面， 或稍微在工件表面以下。對(duì)于不同的激光切割機(jī) 以及不同的切縫寬度和質(zhì)量要求，具體的焦點(diǎn)位 置應(yīng)由實(shí)驗(yàn)確定。有時(shí)，在切割過(guò)程中透鏡因冷 卻不良而產(chǎn)生熱形變從而引起焦長(zhǎng)的變化， 或切 割進(jìn)行中的氣流密度梯度場(chǎng)造成的再聚焦作用， 都會(huì)導(dǎo)致焦點(diǎn)位置的變化，因而帶來(lái)切割質(zhì)量的 變化，這就需要在及時(shí)調(diào)整焦點(diǎn)位置。4. 輔助氣體一般情況下，

14、激光切割都需要使用輔助氣 體。輔助氣體對(duì)激光切割質(zhì)量的影響來(lái)自兩個(gè)方 面，一是輔助氣體的種類，一是輔助氣體的壓力。 在激光切割加工中，輔助氣體的主要作用是驅(qū)除 熔渣、保護(hù)透鏡不受污染、冷卻切縫鄰近區(qū)域以 減小熱影響區(qū)。如果是非活性氣體，還起到排開(kāi) 空氣中氧氣以保護(hù)被切割材料不被氧化或過(guò)度 燃燒的作用；如果是活性氣體，還起到與金屬產(chǎn) 生放熱化學(xué)反應(yīng)，增加切割能量的作用。一般來(lái) 說(shuō)，輔助氣體與激光束同軸噴出。如何確定輔助氣體的種類，牽涉到有多少熱 量附加到切割區(qū)的問(wèn)題。如分別使用氧和氬作為 輔助氣體切割金屬時(shí)，熱效果就會(huì)出現(xiàn)很大的不 同。對(duì)大多數(shù)金屬一般采用氧助熔化切割， 即使 用活性氣體（主要為氧氣）。據(jù)估計(jì)，氧助切割 鋼材時(shí)，來(lái)自激光的能量?jī)H占切割總能量的 30%，而70%能量來(lái)自于鐵與氧氣產(chǎn)生的放熱 化學(xué)反應(yīng)。附加能量能將激光切割速度提高 1/31/2。但對(duì)活潑金屬的氧助熔化切割，由于 化學(xué)反應(yīng)太激烈，引起切割面粗糙，宜用低氧濃 度輔助氣體，或直接使用空氣。如果要獲得高的 切邊質(zhì)量，如切割鈦，也可使用惰性氣體。非金屬激光切割對(duì)輔助氣體密度和化學(xué)活 性沒(méi)有金屬那樣敏感，一般使用壓縮空氣