激光切割工艺实验课件
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介质。利用不同染料可获得不同波长激光。液体 激光器工作原理比较复杂。输出波长连续可调， 且覆盖面宽是它的优点，主要应用于分光光谱、 光化学、医疗和农业。
实验原理
几种CO2激光器的主要特性
类型 气体封闭式
构成简图
实用输出 功率/W
优点
100 结构简单
缺点 功率小，实用性差
低速轴流式 高速轴流式
1000
实验原理
• 柔性好：无需刀具和模具，结合计算机控制技术，可切割 任意形状、尺寸的板材，尤其适合多品种、小批量、形状 复杂零件的切割；非常适合新产品的开发，缩短研发周期 ，一旦产品图纸形成后，马上可以进行激光加工，你可以 在最短的时间内得到新产品的实物。
• 范围广：激光可以对高密度板、中密度板、胶合板、有机 玻璃板、钢板、不锈钢、铝合金板、硬质合金等进行加工 ；特别适合大件产品的加工，大件产品的模具制造费用很 高，激光加工不需任何模具制造，而且激光加工完全避免 材料冲剪时形成的塌边，可以大幅度地降低企业的生产成 本提高产品的档次。
实验目的
• 了解CO2激光加工设备的组成及其工作原理 • 熟悉CO2激光与材料的交互作用 • 了解CO2激光切割数控技术相关硬件 • 掌握用New CAM切割软件编制切割程序
实验内容
• 用New CAM切割软件绘制零件，并操作TLV510 CO2激 光切割机床切割该零件
• 观察CO2激光切割中碳钢过程中的各种现象 • 改变切割速度、切割功率、出光方式（连续、脉冲）
实验原理
半导体激光器 是以半导体材料作为工作介质的。目前较成
熟的是砷化镓激光器，发射840nm的激光。另有掺 铝的砷化镓、硫化铬硫化锌等激光器。激励方式 有光泵浦、电激励等。这种激光器体积小、质量 轻、寿命长、结构简单而坚固，特别适于在飞机 、车辆、宇宙飞船上用。
实验原理
液体激光器 常用的是染料激光器，采用有机染料为工作
实验原理
CO2激光切割设备，主要由激光器、导光系统、机床本体、 数控系统等组成。典型的CO2激光切割设备的基本构成如下图 所示。
1－冷却水装置；2－激光气瓶；
3－辅助气体瓶；4－空气干燥器；
5－数控装置； 6－数控系统；
7－伺服电动机；8－切割工作台；
9－割炬；
10－聚焦透镜；
11－丝杆； 12－反射镜；
实验原理
激光器 对激光器有不同的分类方法，一般按工作介质
的不同来分类，在可以分为固体激光器、气体激 光器、半导体激光器和液体激光器。
实验原理
固体激光器 一般讲，固体激光器具有器件小、坚固、使用
方便、输出功率大的特点。广泛应用于电子、轴 承、钟表、眼镜、通讯产品、电器产品、汽车配 件、塑胶按健、五金工具、医疗器械等行业。
实验原理
德国Rofin生产的CO2激光器实物照片。
实验原理
CO2激光器控制系统。
实验原理
• 导光系统
导光系统导光系统是激光切割机的关键技术 ，它是将激光引导到热处理的工件表面的装置。 该系统由功率监控、光闸、可见光同轴瞄准、发 射式或透镜式聚焦、吹风水冷等系统组成，一般 可分为通用型和专用型两大类，它根据被处理工 件的形状尺寸、技术要求来选定。
实验原理
与传统的板材加工方法相比，激光切割具有诸多优点： • 精度高：激光切割切口一般在0.10～0.20mm且表面粗糙度
一般控制在Ra：12.5以上；热影响区、热应力及热变形均 小。 • 速度快：用1200WCO2激光切割2mm厚的低碳钢板切割速 度可达5m/min～6m/min，切割5mm厚的有机玻璃速度可达 12m/min。 • 效率高：无机械冲裁时的冲击力，不存在刀具、模具的磨 损现象，无需机械冲裁下料时的塔边，工件紧密排列，可 节省20%～30%的材料，切割一次成型，无需后续加工。
实验原理
• 机床本体 加工机床是用于固定工件和保证其在加工过
程中的位移、旋转运动的装置。工作机床品种繁 多，有专用和通用两大类，一般采用步进电机或 伺服电机驱动。
实验原理
• 数控系统 在激光加工系统中数控系统用来控制机床本体的
运动、激光器运行以及其它辅助系统的运行。本激光 切割系统所用的数控系统为FANUC Series 16i-L。
可获得稳定的基模式 外形尺寸大，维护保
激光
养较难
3000
可在体积不大的条件
下获得较高的输出功 率，维护保养方便
输出功率的稳定性取 决Hale Waihona Puke Baidu风机的可靠性
横流式
1500
可获得很高的输出功 光束能量分布为复式
率
，效率较低
实验原理
本机床所采用的激光器为德国Rofin生产的CO2激光器，其 结构原理如下所示。
1-激光光束；2-光束修正单元；3-输出镜片；4-冷却水出口； 5-射频激励；6-冷却水进口；7-后镜片；8-射频激励电子；9-电极
加工一字符零件 • 比较在不同切割条件下所加工零件的质量差异
仪器设备
• TLV510 CO2激光切割机床 • 空气压缩机组及后处设备 • 20KW水冷机组 • New CAM切割软件 • 200 mm×200mm×1mm的Q235钢板1块 • 高纯度氮气和氧气若干
实验原理
激光加工技术是近十几年发展起来的一项高新技 术，适用于金属材料、无机非金属材料、高分子材料 和复合材料的激光表面强化与改性处理、激光PVD、 激光CVD、激光非晶材料和纳米粉体和纳米薄膜制 备、激光熔炼、激光焊接和切割、激光成形与快速原 型制造等。在材料、机械、冶金、汽车、石油、化工、 电力、纺织及航空航天等行业有巨大的推广应用价值。 激光切割是目前最为广泛的一种方式应用，它占激光 应用的60%左右。
13－激光束； 14－反射镜；
15－激光器； 16－激光电源；
17－伺服电动机和割炬驱动装置
CO2激光加工系统组成图
实验原理
激光器 激光形成原理：当一个激活物质受到外界作用
产生辐射时，在光学谐振腔内其传播方向与腔体轴 向方向相同的光子将引起其它激发态的激活媒质产 生感应跃进（即受激辐射），并得到迅速的增强而 获得增益（其它方向的光子很快的离开边界消失掉 ）。若这种增益能补偿由其他原因（如界面透过、 吸收、散射、衍射等）造成的损失，则这种传播就 会持续地进行下去，形成光谐振，并由输出端输出 ，形成相位一致、波长一定、方向性极强的电磁波 ，即形成激光。
实验原理
几种CO2激光器的主要特性
类型 气体封闭式
构成简图
实用输出 功率/W
优点
100 结构简单
缺点 功率小，实用性差
低速轴流式 高速轴流式
1000
实验原理
• 柔性好：无需刀具和模具，结合计算机控制技术，可切割 任意形状、尺寸的板材，尤其适合多品种、小批量、形状 复杂零件的切割；非常适合新产品的开发，缩短研发周期 ，一旦产品图纸形成后，马上可以进行激光加工，你可以 在最短的时间内得到新产品的实物。
• 范围广：激光可以对高密度板、中密度板、胶合板、有机 玻璃板、钢板、不锈钢、铝合金板、硬质合金等进行加工 ；特别适合大件产品的加工，大件产品的模具制造费用很 高，激光加工不需任何模具制造，而且激光加工完全避免 材料冲剪时形成的塌边，可以大幅度地降低企业的生产成 本提高产品的档次。
实验目的
• 了解CO2激光加工设备的组成及其工作原理 • 熟悉CO2激光与材料的交互作用 • 了解CO2激光切割数控技术相关硬件 • 掌握用New CAM切割软件编制切割程序
实验内容
• 用New CAM切割软件绘制零件，并操作TLV510 CO2激 光切割机床切割该零件
• 观察CO2激光切割中碳钢过程中的各种现象 • 改变切割速度、切割功率、出光方式（连续、脉冲）
实验原理
半导体激光器 是以半导体材料作为工作介质的。目前较成
熟的是砷化镓激光器，发射840nm的激光。另有掺 铝的砷化镓、硫化铬硫化锌等激光器。激励方式 有光泵浦、电激励等。这种激光器体积小、质量 轻、寿命长、结构简单而坚固，特别适于在飞机 、车辆、宇宙飞船上用。
实验原理
液体激光器 常用的是染料激光器，采用有机染料为工作
实验原理
CO2激光切割设备，主要由激光器、导光系统、机床本体、 数控系统等组成。典型的CO2激光切割设备的基本构成如下图 所示。
1－冷却水装置；2－激光气瓶；
3－辅助气体瓶；4－空气干燥器；
5－数控装置； 6－数控系统；
7－伺服电动机；8－切割工作台；
9－割炬；
10－聚焦透镜；
11－丝杆； 12－反射镜；
实验原理
激光器 对激光器有不同的分类方法，一般按工作介质
的不同来分类，在可以分为固体激光器、气体激 光器、半导体激光器和液体激光器。
实验原理
固体激光器 一般讲，固体激光器具有器件小、坚固、使用
方便、输出功率大的特点。广泛应用于电子、轴 承、钟表、眼镜、通讯产品、电器产品、汽车配 件、塑胶按健、五金工具、医疗器械等行业。
实验原理
德国Rofin生产的CO2激光器实物照片。
实验原理
CO2激光器控制系统。
实验原理
• 导光系统
导光系统导光系统是激光切割机的关键技术 ，它是将激光引导到热处理的工件表面的装置。 该系统由功率监控、光闸、可见光同轴瞄准、发 射式或透镜式聚焦、吹风水冷等系统组成，一般 可分为通用型和专用型两大类，它根据被处理工 件的形状尺寸、技术要求来选定。
实验原理
与传统的板材加工方法相比，激光切割具有诸多优点： • 精度高：激光切割切口一般在0.10～0.20mm且表面粗糙度
一般控制在Ra：12.5以上；热影响区、热应力及热变形均 小。 • 速度快：用1200WCO2激光切割2mm厚的低碳钢板切割速 度可达5m/min～6m/min，切割5mm厚的有机玻璃速度可达 12m/min。 • 效率高：无机械冲裁时的冲击力，不存在刀具、模具的磨 损现象，无需机械冲裁下料时的塔边，工件紧密排列，可 节省20%～30%的材料，切割一次成型，无需后续加工。
实验原理
• 机床本体 加工机床是用于固定工件和保证其在加工过
程中的位移、旋转运动的装置。工作机床品种繁 多，有专用和通用两大类，一般采用步进电机或 伺服电机驱动。
实验原理
• 数控系统 在激光加工系统中数控系统用来控制机床本体的
运动、激光器运行以及其它辅助系统的运行。本激光 切割系统所用的数控系统为FANUC Series 16i-L。
可获得稳定的基模式 外形尺寸大，维护保
激光
养较难
3000
可在体积不大的条件
下获得较高的输出功 率，维护保养方便
输出功率的稳定性取 决Hale Waihona Puke Baidu风机的可靠性
横流式
1500
可获得很高的输出功 光束能量分布为复式
率
，效率较低
实验原理
本机床所采用的激光器为德国Rofin生产的CO2激光器，其 结构原理如下所示。
1-激光光束；2-光束修正单元；3-输出镜片；4-冷却水出口； 5-射频激励；6-冷却水进口；7-后镜片；8-射频激励电子；9-电极
加工一字符零件 • 比较在不同切割条件下所加工零件的质量差异
仪器设备
• TLV510 CO2激光切割机床 • 空气压缩机组及后处设备 • 20KW水冷机组 • New CAM切割软件 • 200 mm×200mm×1mm的Q235钢板1块 • 高纯度氮气和氧气若干
实验原理
激光加工技术是近十几年发展起来的一项高新技 术，适用于金属材料、无机非金属材料、高分子材料 和复合材料的激光表面强化与改性处理、激光PVD、 激光CVD、激光非晶材料和纳米粉体和纳米薄膜制 备、激光熔炼、激光焊接和切割、激光成形与快速原 型制造等。在材料、机械、冶金、汽车、石油、化工、 电力、纺织及航空航天等行业有巨大的推广应用价值。 激光切割是目前最为广泛的一种方式应用，它占激光 应用的60%左右。
13－激光束； 14－反射镜；
15－激光器； 16－激光电源；
17－伺服电动机和割炬驱动装置
CO2激光加工系统组成图
实验原理
激光器 激光形成原理：当一个激活物质受到外界作用
产生辐射时，在光学谐振腔内其传播方向与腔体轴 向方向相同的光子将引起其它激发态的激活媒质产 生感应跃进（即受激辐射），并得到迅速的增强而 获得增益（其它方向的光子很快的离开边界消失掉 ）。若这种增益能补偿由其他原因（如界面透过、 吸收、散射、衍射等）造成的损失，则这种传播就 会持续地进行下去，形成光谐振，并由输出端输出 ，形成相位一致、波长一定、方向性极强的电磁波 ，即形成激光。