激光加工

1. 激光加工 指导教师：沈幸平

2. 1.激光的产生及其特点 激光的四个特性 1.定向发光： 普通光源是向四面八方发光。要让发射的光朝一个方向传播，需要给光源装上一定的聚光装置。激光器发射的激光，天生就是朝一个方向射出，光束的发散度极小，大约只有0.001弧度，接近平行。1962年，人类第一次使用激光照射月球，地球离月球的距离约38万公里，但激光在月球表面的光斑不到两公里。

3. 1.激光的产生及其特点 2.单色性： 光是一种电磁波。光的颜色由光的波长（或频率）决定。一定的波长对应一定的颜色。太阳光的波长分布范围约在0.76微米至0.4微米之间，对应的颜色从红色到紫色共7种颜色，所以太阳光谈不上单色性。激光器输出的光，波长分布范围非常窄，因此颜色极纯。以输出红光的氦氖激光器为例，其光的波长分布范围可以窄到2×10^-9纳米。

4. 1.激光的产生及其特点 3.亮度极高： 在激光发明前，人工光源中高压脉冲氙灯亮度最高，与太阳的亮度不相上下，而红宝石激光器的激光亮度，能超过氙灯的几百亿倍。因为激光的亮度极高，所以能够照亮远距离的物体。激光亮度极高的主要原因是定向发光。大量光子集中在一个极小的空间范围内射出，能量密度自然极高。 4.相干性好： 激光的频率、振动方向、相位高度一致，使激光光波在空间重叠时，重叠区的光强分布会出现稳定的强弱相间现象。这种现象叫做光的干涉，所以激光是相干光。而普通光源发出的光，其频率、振动方向、相位不一致，称为非相干光。

5. 2.激光在当代加工中的应用 激光加工的优点 • 适应性强:激光加工的功率密度高。几乎能加工任何材料(如各种金属、 陶瓷、石英、金刚石、橡胶等)。 • 加工精度高:激光束可聚焦成微米级的光斑（理论上直径可小于1um）适合精密微细加工。 • 加工质量好:激光加工能量密度高,热作用时间很短, 工件热变形极小，故可加工对热冲击敏感的材料。 • 加工速度快、效率高:激光打孔只需0.01s，切割比常规方法提高效率8-20倍，激光焊接可提高效率30倍，提高精度1-2数量级。 • 容易实现自化加工:激光束传输方便，易于控制，便于与机器人、自动检测、计算机数字控制等先进技术相结合。

6. 2.激光在当代加工中的应用 • 激光加工技术的原理是利用激光束与物质相互作用的特性对材料(包括金属与非金属)进行加工(如切割、焊接、表面处理、打孔、微加工)以及做为光源，识别物体等的一门技术。激光技术是涉及到光、机、电、材料及检测等多门学科的一门综合技术，传统上看，它的研究范围一般可分： 1.激光加工系统。包括激光器、导光系统、加工机床、控制系统及检测系统。 2.激光加工工艺。包括切割、焊接、表面处理、打孔、打标、划线、微调等各种加工工艺。

7. 2.激光在当代加工中的应用 激光焊接：汽车车身厚薄板、汽车零件、锂电池、心脏起搏器、密封继电器等密封器件以及各种不允许焊接污染和变形的器件。 激光切割：汽车行业、计算机、电气机壳、木刀模业、各种金属零件和特殊材料的切割、圆形锯片、压克力、弹簧垫片、2mm以下的电子机件用铜板、一些金属网板、钢管、镀锡铁板、镀亚铅钢板、磷青铜、电木板、薄铝合金、硅橡胶、1mm以下氧化铝陶瓷片、航天工 业使用的钛合金等等。

8. 2.激光在当代加工中的应用 激光打孔：激光打孔主要应用在航空航天、汽车制造、电子仪表等行业。国内目前比较成熟的激光打孔的应用是在人造金刚石和天然金刚石拉丝模的生产及钟表和仪表的宝石轴承、飞机叶片等行业的生产中。

9. 2.激光在当代加工中的应用 激光打标：可标记条形码、数字符号图案，用于标记和防伪。 激光雕刻：适用于多种金属/非金属材料，复杂平面艺术图形。

10. 3.激光器 • 简介: 激光器是能发射激光的装置。1954年制成了第一台微波量子放大器，获得了高度相干的微波束。1958年A.L.肖洛和C.H.汤斯把微波量子放大器原理推广应用到光频范围，1960年T.H.梅曼等人制成了第一台红宝石激光器。1961年A.贾文等人制成了氦氖激光器。1962年R.N.霍耳等人创制了砷化镓半导体激光器。以后，激光器的种类就越来越多。按工作介质分，激光器可分为气体激光器、固体激光器、半导体激光器和染料激光器4大类。近来还发展了自由电子激光器，大功率激光器通常都是脉冲式输出。

11. 3.激光器 二氧化碳激光器 • 原理: 二氧化碳激光器是以CO2气体作为工作物质的气体激光器。放电管通常是由玻璃或石英材料制成，里面充以CO2气体和其他辅助气体（CO2、N2 、He比例为6%、28%、66%）；电极一般是镍制空心圆筒；谐振腔的一端是镀金的全反射镜，另一端是用锗或砷化镓磨制的部分反射镜。当在电极上加高电压（一般是直流的或低频交流的），放电管中产生辉光放电，锗镜一端就有激光输出，其波长为10.6微米附近的中红外波段；一般较好的管子。一米长左右的放电区可得到连续输出功率40～60瓦。

12. 激光器 第一反射镜 位置1 位置4 横梁 小车 第二反射镜 位置2 工作台 位置3 4.R60B激光雕刻机特点及结构 • 组成： 1.激光系统：二氧化碳激光器、光路系统、激光电源 作用：产生激光并且把激光导向到所需要加工的表面。 光路系统：包括三个反射镜和一个聚焦镜。激光器产生的光通过反射镜反射后打到聚焦镜上，再通过聚焦镜聚光，成为可用光束。 激光电源：激光电源安装在雕刻机机箱后面，抽风口的下端。它把220V的交流电转换成激光器所需的高压。 根据激光器的功率分别配置相应的电源。

13. 4.R60B激光雕刻机特点及结构 • 2.控制系统:主板、控制面板 ①主板 主板安装在电源的旁边。它是激光雕刻机的主要控制部件，它从计算机得到数据以后，对这些数据进行分析运算和数据转换，然后再传输数据给激光雕刻机，从而根据软件中编辑的内容完成加工。 ②控制面板 控制面板位于机器的右前方，负责电流的调节和手动控制雕刻机X向、Y向的运动及台面板的升降。

14. 4.R60B激光雕刻机特点及结构 控制面板上的各个部件功能如下： 高压开关：按下此开关后，激光电源会根据指令向激光器提供高压。每次雕刻之前，请确定已按下高压开关，否则激光器不会出光。 手动出光：按下“高压开关”后，再按下此开关，激光器将根据“输出电流”所指示的电流大小连续出光。这时应注意不要探入光路内。 电流表：电流表上的示数为切割机实际输出电流，这与激光器的输出功率有关。切割机的电流可调。 电流调节旋钮：利用此旋钮可调节输出电流，右旋增大，左旋减小。同时按下“高压开关”和“手动出光”，能够从电流表上看到输出电流的大小。 RST键：复位键，按下此键后，小车重新自检，回到最右上角后停止，完成复位。 OK键：将数据存入内存以后，按此键可以重复输出内存里所存的数据。 Esc键：删除已存入内存的文件，清除内存中所存的数据。

15. 4.R60B激光雕刻机特点及结构 3.工作区域 工作区域是一块可自动控制升降的台面平板。大小为440X600MM，这也标志机器加工范围。加工过程中，把待加工材料直接放在台面板上，通过调节台面板的高度，使放在台面板上的材料的待加工表面位于聚焦平面上。在加工比较轻的材料或是会受热卷曲变形的材料时，可用重物压住边缘，或是用双面胶粘在台面板上，也可根据自身情况自配夹具。

16. 4.R60B激光雕刻机特点及结构 4.其他附件：水循环系统、除尘通风系统、旋转轴 ①水循环系统：水循环系统包括进、出水管和潜水泵。玻璃管激光器工作时会发热，如不能及时冷却，激光器会破裂损坏，同时冷却水还会影响激光器的出光。如果配置的是射频激光器则不需要水循环系统。 ②除尘通风系统：除尘通风系统包括气泵、吹气管、排气扇和排气管。通过吹气不仅可以快速冷却加工表面，还可以吹开加工过程中产生的粉尘废物同时保护镜片，保证加工质量。同时在激光加工过程中，很多非金属材料会产生刺鼻气体，这就需要在排气管的另一端接空气净化器把气体排出去。 ③旋转轴：用于加工圆柱状工作表面，此为选配件。 安装时应先关闭机床电源,否则会导致主板烧毁。

17. 4.R60B激光雕刻机特点及结构 优点： 1、应用范围广 三种运动方式：矢量（切割）、雕刻、扫描。 切割功能：可将多种材料沿某一图形或文字的内外轮廓切割下来，使其具有和该图形或文字同样的形状。利用开天艺术雕刻软件编辑的所有图形或文字都可以进行切割，外部导入的文件有.plt文件文件才可以进行切割。 扫描功能：可将一幅图片以点阵形式表现出来.外部导入的文件有.bmp格式才可以进行扫描。描方式可以制作半色调图，即以点的疏密表现颜色的深浅，成品具有黑白照片的效果。 雕刻功能：可实现阴刻和阳刻效果。利用开天艺术雕刻软件编辑的所有图形或文字都可以进行雕刻，外部导入的文件只有.bmp格式可以进行雕刻.

18. 4.R60B激光雕刻机特点及结构 2.高度的灵活性：可加工任何几何形状,均可实现加工并实现套料批量加工。 3.加工精度高：小工件,最低的热输入,卓越的重复生产性,定位精度小于0.02mm。 4.高速快捷：加工时无需装夹拆卸零件；全自动化的高效率加工。 5.自动化程度高：无接触式加工，易于自动化控制,集成加工。

19. 5.图形绘制

20. 5.图形绘制 CAD 二维平面图的绘制

21. 5.图形绘制 • 图形绘制注意事项： 1.每人设计1-2个零件图,工件总数最好不要超过10件。 2.切割最窄的地方要大于2mm。 3.不要留加工余量 。 4.一个零件一张图,零件图方向要一致。 5.一样的零件画一张图纸就可以做几个.

22. 6.机床操作 1.接通冷却水和除尘通风系统 2.接电源线和打印线 3.图文编辑 进入开天ACE雕刻软件，利用软件的各项功能编排切割的内容 4.加工定位 排版完成后，把工件放在加工位置上. 5.输出数据加工 放好加工材料后，关上雕刻机上盖，生成数据，输出数据至雕刻机就可进行加工了。 注意：输出数据前应确定已按下“高压开关”，但不能按下“手动出光”。 6.加工完成 注意：在加工过程中，若是打开上盖，加工停止，直到合上上盖后加工才继续进行。

23. 6.机床操作 • 操作步骤： 导入菜单--单色位图--选中自己图形--打开--在界面上单击左键. (将自己小组的图形全部导入,统一处理.) 右侧工具条—绘制一条直线作为参照—角度为O或90度. (将配合尺寸做为参照尺寸) 对象浏览器—改宽或者高—加工方式—矢量. 绘制100mm和150mm的两条直线并且相交垂直—把修改好的图片排版在两条直线内（删除所有辅助线） 多对象选择框—选进所有的图形—按回车 鼠标左键点住图片并随意拖动一下—看见小车移动一下，将工件放在工作平台上（红点应照在工件中心上）—关上上盖板 操作菜单--预览定位框--对话框确定(四条边全都照在工件上). 操作菜单--生成数据--图片黑色的边框被红线勾勒出. 操作菜单--输出数据--对话框按“开始输出”按钮(注意鼠标左键单击)--看见输出完毕--关闭对话框--删除图形.

24. 6.机床操作 • 操作注意事项： 操作时注意身体不要靠在机床上，上盖板轻轻盖上，机床显示屏无“设备正在工作中”则为完成，直接打开盖板拿出工件. 操作遇到问题直接打开盖板可以暂停(恢复后可继续)，问题严重或不能做下去时按操作面板上的“RET”键(机床重启，不可继续).

25. 谢 谢