文档介绍：激光加工
激光的概念与产生
激光的特点
激光加工技术
激光加工技术的特点
激光加工技术的应用
激光的概念与产生
激光是20世纪以来,继原子能、计算机、半导体之后,人类的又一重大发明,被称为“最快的刀”、“最准的尺”、“最亮的光”和“奇异的激光”。
物质处于受激辐射便要发光,输出大量的光能,这就是激光,因此激光也是一种光。普通光源的发光是以自发辐射为主,基本上是无次序地、相互独立地产生光发射的,发光的光波无论方向、相位或者偏振状态都是不同的。而激光则不同,它的光发射是以受辐射为主,因而发光物质中基本上是有组织地、相互关联地产生光发射的,发出的光波具有相同的频率、方向、偏振态和严格的位相关系。
激光的特点
高单***由于激光的单***极高,从而保证了光束能精确地聚焦到焦点上,得到很高的功率密度。
高相干性相干性主要描述光波各个部分的相位关系。正是激光具有如上所述的奇异特性因此在工业加工中得到了广泛地应用
高方向性激光的高方向性使其能在有效地传递较长的距离的同时,还能保证聚焦得到极高的功率密度,这两点都是激光加工的重要条件
高亮度固体激光器的亮度更可高达1011W/cm2Sr。不仅如此,具有高亮度的激光束经透镜聚焦后,能在焦点附近产生数千度乃至上万度的高温,这就使其可能可加工几乎所有的材料。
激光加工技术
激光加工是利用能量密度极高的激光束照射工件的被加工部位,使其材料瞬间熔化或蒸发,并在冲击波作用下,将熔融物质喷射出去,从而对工件进行穿孔、蚀刻、切割,或采用较小能量密度,使加工区域材料熔融黏合或改性,对工件进行焊接或热处理的一种新技术。
激光不需要加工工具和特殊的环境,加工速度快,可控性好,对加工对象的材质、形状、尺寸等要求小,特别适用于自动化加工。其诸多优点使其广泛应用于电气与电子、***、化工、轻工等工业部门。从激光加工的兴起到广泛应用,其加工技术也不断地发展,发挥着越来越重要的作用。
激光加工技术的特点
光点小,能量集中,热影响区小
不接触加工工件,对工件无污染不受电磁干扰
切割面光滑:激光切割的切割面无毛刺
激光束易于聚焦、导向
范围广泛
安全可靠
精确细致
效果一致
节省材料
高速快捷
成本低廉
切割缝细小
热变形小
适合大件产品的加工
激光加工机器人
机器人是高度柔性加工系统,所以要求激光器必须具有高度的柔性,目前都选择可光纤传输的激光器。智能化激光加工机器人主要由以下几大部分组成:1)高功率可光纤传输激光器;2)光纤耦合和传输系统;3)激光光束变换光学系统;4)六自由度机器人本体;5)机器人数字控制系统(控制器、示教盒);6)计算机离线编程系统(计算机、软件);7)机器视觉系统;8)激光加工头;9)材料进给系统(高压气体、送丝机、送粉器);10)激光加工工作台。
图1为一种激光熔覆机器人的示意图,图中给出了其主要组成部分
(送粉装置)(高压气体)
激光加工机器人工作原理
从高功率激光器发出的激光,经光纤耦合传输到激光光束变换光学系统,光束经过整形聚焦后进入激光加工头。根据用途不同(切割、焊接、熔覆)选择不同的激光加工头,配用不同的材料进给系统(高压气体、送丝机、送粉器)。激光加工头装于六自由度机器人本体手臂末端。激光加工头的运动轨迹和激光加工参数是由机器人数字控制系统提供指令进行的。先由激光加工操作人员在机器人示教盒上进行示教编程或在计算机上进行离线编程。材料进给系统将材料(高压气体、金属丝、金属粉末)与激光同步输入到激光加工头,高功率激光与进给材料同步作用完成加工任务。机器视觉系统对加工区检测,检测信号反馈至机器人控制系统,从而实现加工过程的适时控制。
激光加工技术的应用
激光切割是利用经聚焦的高功率密度激光束照射工件,使其照射处的材料迅速即熔化、汽化、烧蚀,并形成孔洞,同时借助与光束同轴的高速气流吹除熔融物质,随着
光束和工件的相对运动,
最终使工件形成切缝,
从而实现割开工件的一
种热切割方法。
激光切割与等离子切割的对比
项目
激光加工
等离子加工
投入
前期投入较大
前期投入略小,生产消耗大
切割材质
低碳钢/不锈钢
低碳钢/不锈钢
切割气体
低碳钢:氧气;不锈钢:氮气
低碳钢:氧气+空气;不锈钢:亚氢气+氮气
切割速度
不锈钢:10mm800mm/min
不锈钢:10mm:1800mm/min
切割厚度
不锈钢:12mm 以下
不锈钢:32mm
割缝宽度
~