激光切割基礎(chǔ)知識(shí)分析解析

BasicStudyReport(激光切割基礎(chǔ)知識(shí)學(xué)習(xí))DATE:2011.4-2012.3Preparedby:楊富斗1第一頁(yè)，共28頁(yè)。目錄(Chapter)第1章：背景(Background)與學(xué)習(xí)目標(biāo)(Target)(請(qǐng)列出學(xué)習(xí)此題目的原因）

1.1泡沫銅的加工現(xiàn)狀1.2學(xué)習(xí)目標(biāo)第2章：原理(Theory)（請(qǐng)列出學(xué)習(xí)到的實(shí)際理論知識(shí)）

2.1激光切割的原理2.2粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的概念2.3光與物質(zhì)相互作用的3個(gè)過程2.4普通光源屬于自發(fā)輻射2.5激光的產(chǎn)生是受激輻射2.6激光切割原理圖2.7激光光譜圖2.8固體激光切割機(jī)器人的結(jié)構(gòu)2.9氣體激光器原理圖2第二頁(yè)，共28頁(yè)。目錄(Chapter)2.10氣體激光切割機(jī)的結(jié)構(gòu)2.11激光切割機(jī)的組成部分第3章：如何應(yīng)用到實(shí)際工作中(Howtoapplyinmywork)(請(qǐng)列出第2章所學(xué)到的理論知識(shí)中有哪些可以運(yùn)用到你的實(shí)際工作中，打算怎么去運(yùn)用）3.1激光在我們工作中的應(yīng)用第4章：實(shí)際行動(dòng)(Actiontaken)（請(qǐng)列出你實(shí)際在工作中采取了什么行動(dòng)）4.1激光切割機(jī)供應(yīng)商匯集4.2泡沫銅激光切割第5章：結(jié)果與討論(Result&Discussion)（請(qǐng)列出你采取行動(dòng)后的結(jié)果是什么）5.1結(jié)果對(duì)比5.2切割機(jī)選用

5.3切割機(jī)供應(yīng)商推薦第6章:下一步行動(dòng)計(jì)劃(Recommendationforfurtherstudyandaction)3第三頁(yè)，共28頁(yè)。（第一章：背景與學(xué)習(xí)目標(biāo)）背景1.1:泡沫銅的加工現(xiàn)狀

需用泡沫銅，而泡沫銅軟而薄，易變性，圓環(huán)型的泡沫銅目前沒有成熟的加工辦法，使用目前常規(guī)的機(jī)加工方法如用鉆頭切割與模具沖裁等，泡沫銅切邊會(huì)被壓扁，用線割則會(huì)被切削液氧化，所以想尋找一種沒有加工力作用于產(chǎn)品上的加工方法，故考慮用激光切割機(jī)來加工獲得。1.2:學(xué)習(xí)目標(biāo)1、尋找圓環(huán)型的泡沫銅的加工辦法。2、學(xué)習(xí)了解有關(guān)激光切割的基礎(chǔ)知識(shí)，以備后續(xù)相關(guān)開發(fā)需要。

1、鉆頭切割（毛邊、彎曲）

2、模具沖裁（壓扁、彎曲）

3、線切割（氧化、變黑）4第四頁(yè)，共28頁(yè)。（第二章：原理）2.1激光切割的原理2.1:激光切割的原理激光切割是利用經(jīng)聚焦的高功率密度激光束照射工件，使被照射的材料迅速熔化、汽化、燒蝕或達(dá)到燃點(diǎn)，同時(shí)借助與光束同軸的高速氣流吹除熔融物質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)將工件割開。激光切割屬于熱切割方法之一。激光產(chǎn)生的原理見下圖。

5第五頁(yè)，共28頁(yè)。（第二章：原理）2.1激光切割的原理2.1.1一般激光器的三個(gè)基本部分是：工作物質(zhì)(如圖紅寶石)、激勵(lì)能源（如圖閃光燈）、光學(xué)諧振腔（如圖前后反射鏡）。工作物質(zhì)是產(chǎn)生激光的介質(zhì)；激勵(lì)能源使介質(zhì)出現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)、光學(xué)諧振腔是使激光在介質(zhì)中來回振蕩誘發(fā)新的受激輻射來放大激光。按工作介質(zhì)的不同來分類，可以是固體、氣體、液體、半導(dǎo)體激光器。光學(xué)諧振腔是產(chǎn)生激光的關(guān)鍵部分2.1.2光學(xué)諧振腔是產(chǎn)生激光的關(guān)鍵部分其后端全反鏡的反射率大于99%，而部分反射鏡的反射率約為80%，20%透射出來用于切割。6第六頁(yè)，共28頁(yè)。（第二章：原理）2.1激光切割的原理2.1.3激光產(chǎn)生的具體過程就是：光泵使工作物質(zhì)實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)翻轉(zhuǎn)-->工作物質(zhì)受激發(fā)射輻射<-->諧振腔收集輻射-->諧振腔發(fā)射輻射-->光泵再次實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)翻轉(zhuǎn)7第七頁(yè)，共28頁(yè)。（第二章：原理）2.2粒子數(shù)反轉(zhuǎn)2.2:粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的概念粒子數(shù)反轉(zhuǎn)是激光產(chǎn)生的前提。在通常情況下，處于低能級(jí)E1的原子數(shù)大于處于高能級(jí)E2的原子數(shù)，這種情況得不到激光。為了得到激光，就必須使高能級(jí)E2上的原子數(shù)目大于低能級(jí)E1上的原子數(shù)目，因?yàn)镋2上的原子多，發(fā)生受激輻射，使光增強(qiáng)。為了達(dá)到這個(gè)目的，必須設(shè)法把處于基態(tài)的原子大量激發(fā)到亞穩(wěn)態(tài)E2，處于高能級(jí)E2的原子數(shù)就可以大大超過處于低能級(jí)E1的原子數(shù)。這樣就在能級(jí)E2和E1之間實(shí)現(xiàn)了粒子數(shù)的反轉(zhuǎn)。

8第八頁(yè)，共28頁(yè)。（第二章：原理）2.3光與物質(zhì)的相互作用2.3:光與物質(zhì)相互作用的3個(gè)過程

9第九頁(yè)，共28頁(yè)。（第二章：原理）2.4普通光源2.4:普通光源屬于自發(fā)輻射特點(diǎn)是：多波長(zhǎng)、多方向、不相干。

10第十頁(yè)，共28頁(yè)。（第二章：原理）2.5激光的產(chǎn)生2.5:激光的產(chǎn)生是受激輻射激光的特點(diǎn)：?jiǎn)紊院?、方向性好、相干性好、亮度高?/p>

11第十一頁(yè)，共28頁(yè)。（第二章：原理）2.6激光切割原理圖2.6:激光切割原理圖激光切割是由激光器所發(fā)出的水平激光束經(jīng)45°全反射鏡變?yōu)榇怪毕蛳碌募す馐?，后?jīng)透鏡聚焦，在焦點(diǎn)處聚成一極小的光斑，在光斑處會(huì)焦的激光功率密度高達(dá)10^6~10^9W/cm^2。處于其焦點(diǎn)處的工件受到高功率密度的激光光斑照射，會(huì)產(chǎn)生10000°C以上的局部高溫，使工件瞬間融化或汽化，再配合輔助切割氣體將融化的金屬吹走，從而將工件切穿成一個(gè)很小的孔，隨著數(shù)控機(jī)床的移動(dòng)，無數(shù)個(gè)小孔連接起來就成了要切的外形。由于激光切割的頻率非常高，所以每個(gè)小孔連接處非常光滑，切割出來的產(chǎn)品光潔度很高。

12第十二頁(yè)，共28頁(yè)。（第二章：原理）2.7激光光譜圖2.7:激光光譜圖

如圖：1、固體激光是波長(zhǎng)為1064nm的光子，即1.064um。2、CO2激光是波長(zhǎng)為10.6um的光子，是固體激光的10倍。

3、（而微波爐用的標(biāo)準(zhǔn)頻率是915MHz或2450MHz，對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)約為0.122m和0.327m，屬于右端的電磁波范圍。）13第十三頁(yè)，共28頁(yè)。（第二章：原理）2.8固體激光切割機(jī)器人2.8:固體激光切割機(jī)器人的結(jié)構(gòu)

14第十四頁(yè)，共28頁(yè)。（第二章：原理）2.9氣體激光器原理圖2.9:氣體激光器原理圖

15第十五頁(yè)，共28頁(yè)。（第二章：原理）2.10氣體激光切割機(jī)2.10:氣體激光切割機(jī)的結(jié)構(gòu)

16第十六頁(yè)，共28頁(yè)。（第二章：原理）2.11激光切割機(jī)總結(jié)2.11:激光切割機(jī)的組成部分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，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，用于控制整個(gè)切割裝置的工作過程。

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，如CO2氣體激光器的轉(zhuǎn)換效率一般為

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。17第十七頁(yè)，共28頁(yè)。（第三章：如何應(yīng)用到實(shí)際工作中）3.1激光應(yīng)用3.1:激光應(yīng)用技術(shù)3.1.1信息技術(shù)方面的應(yīng)用：光通訊，光存儲(chǔ)，光放大，光計(jì)算，光隔離器3.1.2檢測(cè)技術(shù)方面的應(yīng)用：測(cè)長(zhǎng)，測(cè)距，測(cè)速，測(cè)角，測(cè)三維形狀3.1.3激光加工：焊接，打孔，切割，熱處理，快速成型3.1.4醫(yī)學(xué)應(yīng)用：外科手術(shù)，激光幅照（皮膚科、婦產(chǎn)科），眼科手術(shù)，激光血照儀，視光學(xué)測(cè)量3.1.5科學(xué)研究方面的應(yīng)用：激光核聚變，重力場(chǎng)測(cè)量，激光光譜，激光對(duì)生物組織的作用，激光制冷，激光誘導(dǎo)化學(xué)過程等等18第十八頁(yè)，共28頁(yè)。（第三章：如何應(yīng)用到實(shí)際工作中）3.2YAG激光切割3.2:YAG激光切割YAG激光切割工作中應(yīng)用的好處：1、精度高：適用于精密配件的切割和各種工藝字、畫的精細(xì)切割。2、速度快：是線切割的100倍以上。3、熱影響區(qū)小，不易變形。切縫平整、美觀，無需后序處理。4、性價(jià)比極高：價(jià)格只有同類性能CO2激光切割機(jī)的1/3，與同等功效數(shù)控沖床的2/5。5、使用成本很低：僅為同類CO2激光激光切割機(jī)的1/8-1/10，每小時(shí)成本僅為18元左右，CO2激光切割機(jī)每小時(shí)成本為150-180元左右。6、后續(xù)維護(hù)費(fèi)用很低：僅為同類CO2激光切割機(jī)的1/10～1/15，與同等功效數(shù)控沖床的1/3～1/4。7、性能穩(wěn)定，保證持續(xù)生產(chǎn)。固體YAG激光器是激光領(lǐng)域最穩(wěn)定最成熟產(chǎn)品之一。8、和數(shù)控沖床比較，YAG激光切割機(jī)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）能完成各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)的加工，只要能在電腦上畫出任何圖像，該機(jī)都能完成加工。

（2）不需要開模，只在電腦上將圖作出，產(chǎn)品馬上就可以出來，即能快速開發(fā)新產(chǎn)品，又能節(jié)約成本。

（3）YAG切割機(jī)有自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)，所以即能完成平面切割，也能完成各種高低不平的曲面切割。

（4）復(fù)雜的工藝要求數(shù)控沖床難以完成，激光切割都能做到。

（5）表面非常光滑，產(chǎn)品檔次很高，數(shù)控沖床難以做到。

（6）成型的箱體（厚0.5米以內(nèi)）需增加孔槽等處理，數(shù)控沖床無法處理，YAG數(shù)控金屬激光切割機(jī)能解決。

19第十九頁(yè)，共28頁(yè)。（第三章：如何應(yīng)用到實(shí)際工作中）3.3各種激光切割機(jī)對(duì)比3.3:

各種激光切割機(jī)對(duì)比20第二十頁(yè)，共28頁(yè)。（第三章：如何應(yīng)用到實(shí)際工作中）3.4YAG激光切割3.4:

激光切割希望應(yīng)用于泡沫銅切割激光切割能切割各種各樣的金屬與非金屬，加工精度高，無切割力作用于工件表面，滿足我們石墨碟泡沫銅的切割要求，故希望學(xué)習(xí)了解該技術(shù)后應(yīng)用其來進(jìn)行泡沫銅的切割加工。21第二十一頁(yè)，共28頁(yè)。（第四章：實(shí)際行動(dòng)）4.2:

泡沫銅切割由于600#泡沫銅石墨碟的開發(fā)需要，我們帶樣品到光大激光有限公司試驗(yàn)了泡沫銅的切割，切割效果很好，達(dá)到我們石墨碟的使用要求。采用YAG激光切割機(jī)試驗(yàn)，兩個(gè)產(chǎn)品排列的最小間隙可達(dá)0.5mm，切割速度為15S/PCS(包括內(nèi)圓和外圓)，精度可達(dá)±0.05mm，產(chǎn)品表面與切割面平整無變形。

2、激光切割的泡沫銅圓環(huán)1、泡沫銅原料板22第二十二頁(yè)，共28頁(yè)。（第四章：實(shí)際行動(dòng)）4.3:

供應(yīng)商匯集

23第二十三頁(yè)，共28頁(yè)。（第五章：結(jié)果與討論）5.1結(jié)果對(duì)比5.1:

結(jié)果對(duì)比

1、鉆頭切割（毛邊、彎曲）

2、模具沖裁（壓扁、彎曲）

3、線切割（氧化、變黑）

4、激光切割（平整、無變形無變色）24第二十四頁(yè)，共28頁(yè)。（第五章：結(jié)果與討論）5.2切割機(jī)選用5.2:

泡沫銅切割選用何種切割機(jī)1，切割我們的金屬泡沫銅最合適的是“YAG激光切割機(jī)”，價(jià)格最便宜，約10多萬人民幣；2，“光纖激光切割機(jī)”亦可切割，但設(shè)備要上百萬；3，CO2氣體切割機(jī)一般是切割非金屬的，只有上千瓦的才能切割金屬，且設(shè)備價(jià)格約200萬；4，打標(biāo)機(jī)與雕刻機(jī)也能打金屬，一般功率較小，用于切割金屬用亦可，但一般作用深度只有0.05mm，功率大點(diǎn)最多也只能割0.3mm，設(shè)備價(jià)格也要約二三十萬；5，400W的一般能切割5mm左右的鋼板，但銅為高反金屬，對(duì)激光吸收能力較差，一般能切割10mm厚鋼板的激光器只能切割3mm厚的銅板；6，“YAG激光切割機(jī)”使用成本是最低的，約為“CO2激光切割機(jī)”的1/8~1/10，約為18元/時(shí)（CO2為150~180）；7，“YAG激光切割機(jī)