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輔助氣電控激光氧化熔化切割機(jī)的制作方法

文檔序號(hào):3069634閱讀:119來源:國知局
專利名稱:輔助氣電控激光氧化熔化切割機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種激光切割機(jī),尤其是一種激光成型機(jī)。
背景技術(shù)
愛因斯坦在玻爾工作的基礎(chǔ)上于1916年發(fā)表《關(guān)于輻射的量子理論》。文章提出了激光輻射理論,而這正是激光理論的核心基礎(chǔ)。因此愛因斯坦被認(rèn)為是激光理論之父。 在這篇論文中,愛因斯坦區(qū)分了三種過程受激吸收、自發(fā)輻射、受激輻射。前兩個(gè)概念是已為人所知的。受激吸收就是處于低能態(tài)的原子吸收外界輻射而躍遷到高能態(tài);自發(fā)輻射是指高能態(tài)的原子自發(fā)地輻射出光子并遷移至低能態(tài)。這種輻射的特點(diǎn)是每一個(gè)原子的躍遷是自發(fā)的、獨(dú)立進(jìn)行的,其過程全無外界的影響,彼此之間也沒有關(guān)系。因此它們發(fā)出的光子的狀態(tài)是各不相同的。這樣的光相干性差,方向散亂而受激輻射則相反。它是指處于高能級(jí)的原子在光子的“刺激”或者“感應(yīng)”下,躍遷到低能級(jí),并輻射出一個(gè)和入射光子同樣頻率的光子。這好比清晨公雞打鳴,一個(gè)公雞叫起來,其他的公雞受到“刺激”也會(huì)發(fā)出同樣的聲音。受激輻射的最大特點(diǎn)是由受激輻射產(chǎn)生的光子與引起受激輻射的原來的光子具有完全相同的狀態(tài)。它們具有相同的頻率,相同的方向,完全無法區(qū)分出兩者的差異。這樣,通過一次受激輻射,一個(gè)光子變?yōu)閮蓚€(gè)相同的光子。這意味著光被加強(qiáng)了,或者說光被放大了。這正是產(chǎn)生激光的基本過程。激光切割是利用高功率密度的激光束掃描過材料表面,在極短時(shí)間內(nèi)將材料加熱到幾千至上萬攝氏度,使材料熔化或氣化,再用高壓氣體將熔化或氣化物質(zhì)從切縫中吹走,達(dá)到切割材料的目的。激光切割技術(shù)在傳統(tǒng)工業(yè)的應(yīng)用還是不能夠滿足發(fā)展的要求,在傳統(tǒng)工業(yè)的物料切割成型方面還是一個(gè)空缺。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服激光切割技術(shù)在傳統(tǒng)工業(yè)的物料切割成型方面的缺點(diǎn)和弊端,本發(fā)明的目的在于提供一種可以應(yīng)用在傳統(tǒng)工業(yè)物料切割成型方面上的激光切割機(jī)。輔助氣電控激光氧化熔化切割機(jī),有激光發(fā)生器和輔助氣、控制器,其特征在于輔助氣電控激光氧化熔化切割機(jī)的控制單元采用交流電加載電氣信號(hào)驅(qū)動(dòng)激光束的在被切割物料上的運(yùn)行軌道、輔助氣單元采用壓縮機(jī)制造的強(qiáng)氣流,采用氧氣或者其它活性氣體代替惰性氣體進(jìn)行熔化切割,被切割物料在激光束的照射下被點(diǎn)燃,與氧氣發(fā)生激烈的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生更大的熱源,輔助氣電控激光氧化熔化切割機(jī)由激光發(fā)生單元、廢料隔斷單元和控制單元組成,其中激光發(fā)生單元由激光發(fā)生單元、聚焦器和反射鏡組成,廢料隔斷單元由壓縮機(jī)、風(fēng)管通道和風(fēng)槍組成,控制單元由控制面板、I/O 口組成,激光發(fā)生器產(chǎn)生激光經(jīng)由聚光器聚光變?yōu)楦吣芰可渚€照射到反射鏡之上,反射鏡調(diào)整角度以完成不同形狀的物料切割,采用氧氣或者其它活性氣體代替惰性氣體進(jìn)行熔化切割,被切割物料在激光束的照射下被點(diǎn)燃,與氧氣發(fā)生激烈的化學(xué)反應(yīng),熔化的物料被壓縮機(jī)制造的強(qiáng)氣流回吸,風(fēng)道用以連接壓縮機(jī)和風(fēng)槍,風(fēng)槍之間作用在汽化的物料,在本發(fā)明的I/O 口輸入用戶所需數(shù)據(jù),把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為電氣信號(hào)加載在控制各部分運(yùn)行特別是反射鏡控制的激光束的運(yùn)行軌道,以完成不同類型、不同形狀的物料切割。本發(fā)明的有益效果是,激光切割的切割縫細(xì)激光切割的割縫一般在0. 10 0. 20mm,切割面光滑,激光切割的切割面無毛刺,表面粗糙度一般控制在Ra :12. 5以上。速度快,激光切割的速度與線切割的速度相比要快很多。熱變形小,激光加工的激光割縫細(xì)、 速度快、能量集中,因此傳到被切割材料上的熱量小,引起材料的變形也非常小。激光切割不會(huì)與材料表面相接觸,保證產(chǎn)品不會(huì)被劃傷,適合大件產(chǎn)品的加工大件產(chǎn)品的模具制造費(fèi)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沖剪時(shí)形成的塌邊,可以大幅度地降低企業(yè)的生產(chǎn)成本提高產(chǎn)品的檔次。非常適合新產(chǎn)品的開發(fā)。一旦產(chǎn)品圖紙形成后,馬上可以進(jìn)行激光加工,你可以在最短的時(shí)間內(nèi)得到新產(chǎn)品的實(shí)物。節(jié)省材料激光加工采用電腦編程,可以把不同形狀的產(chǎn)品進(jìn)行材料的套裁,最大限度地提高材料的利用率。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施案例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。激光發(fā)生器產(chǎn)生激光經(jīng)由聚光器聚光變?yōu)楦吣芰可渚€照射到反射鏡之上,反射鏡調(diào)整角度以完成不同形狀的物料切割,高功率的激光束加熱物料,激光發(fā)生單元的激光發(fā)生器產(chǎn)生激光,經(jīng)由透鏡匯聚到很小的一個(gè)點(diǎn),在單位空間內(nèi)激光的能量被集中到很小的范圍內(nèi),使其具有非常大的能量,激光經(jīng)由發(fā)射鏡反射到物料/被切割工件之上,在高功率密度激光束的加熱下,采用氧氣或者其它活性氣體代替惰性氣體進(jìn)行熔化切割,被切割物料在激光束的照射下被點(diǎn)燃,與氧氣發(fā)生激烈的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生更大的熱源,材料表面溫度升至沸點(diǎn)溫度的速度快足以避免熱傳導(dǎo)造成的融化,部分材料汽化成蒸汽消失,部分熔融材料作為噴出物從切縫底部被輔助氣流回吸收。熔化的物料被壓縮機(jī)制造的強(qiáng)氣流回吸,風(fēng)道用以連接壓縮機(jī)和風(fēng)槍,風(fēng)槍之間作用在汽化的物料,壓縮機(jī)制造壓縮氣流,通過風(fēng)管通道反應(yīng)給風(fēng)槍,風(fēng)槍的運(yùn)行和方位與激光在物料/被切割工件上的入射點(diǎn)保持同步,在激光汽化物料的下一瞬間回吸汽化廢料阻止其因熱傳導(dǎo)造成的融化帶給良品物料損失,風(fēng)管通道用以連接壓縮機(jī)和風(fēng)槍。當(dāng)使用本發(fā)明對(duì)金屬材料進(jìn)行切割成型的時(shí)候,雖然金屬材料在室溫對(duì)紅外能量有很高的反射率,但發(fā)射處于遠(yuǎn)紅外弊端10. 6um激光束的其實(shí)吸收率只有0. 5% 10%, 但是,當(dāng)具有功率密度超過106w/cm2的聚焦激光束照射到金屬表面時(shí),卻能在微秒級(jí)的時(shí)間內(nèi)很快使表面開始熔化。處于熔融狀態(tài)的大多數(shù)金屬的吸收率急劇上升,一般可提高 66% 80%。當(dāng)使用本發(fā)明對(duì)非金屬材料進(jìn)行切割成型的時(shí)候,10. 6um波長的co2激光束很容易被非金屬材料吸收,導(dǎo)熱性不好和低的蒸發(fā)溫度又使吸收的光束幾乎整個(gè)輸入材料內(nèi)部,并在光斑的照射處瞬間汽化,形成起始孔洞,進(jìn)入切割過程的良性循環(huán)。其中,控制單元的通訊交流電采用交流電加載電氣信號(hào)的方法,把所需的用戶數(shù)據(jù)同過I/O 口輸入到機(jī)器控制端,再把用戶數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為機(jī)器可以識(shí)別的電氣信號(hào),電能在驅(qū)動(dòng)機(jī)器運(yùn)行的基礎(chǔ)上還可以實(shí)現(xiàn)識(shí)別、連接和控制負(fù)載電器的功能。廢料隔斷單元的輔助氣的壓縮機(jī)采用離心式高壓壓縮機(jī),離心式壓縮機(jī)的氣量大,結(jié)構(gòu)簡單緊湊,重量輕,機(jī)組尺寸小,占地面積小,運(yùn)轉(zhuǎn)平衡,操作可靠,運(yùn)轉(zhuǎn)率高,摩擦件少,因之備件需用量少,維護(hù)費(fèi)用及人員少,在本發(fā)明的輔助氣流單元,利用壓縮機(jī)壓縮氣體產(chǎn)生氣壓差制造回吸氣流,把高功率激光束汽化或熔化掉的廢料進(jìn)行回吸隔斷,避免因其熱傳導(dǎo)造成其他部位的形變損失。激光發(fā)生單元的聚焦器采用雙凸聚光透鏡,雙凸聚光透鏡在原本激光束高能量的基礎(chǔ)上再次將激光束聚集,使其在很小的一個(gè)質(zhì)點(diǎn)上釋放能量,可以根據(jù)不同情況來調(diào)節(jié)透鏡的角度和激光束距離以調(diào)整激光束在物料上的切縫大小,以及切割溫度。風(fēng)槍采用大頭離子風(fēng)槍,其用強(qiáng)離子風(fēng)清除物體表面的靜電及異物、塵埃,其內(nèi)施加壓縮機(jī)高功率回吸氣壓,與激光束在被切割物料表面上的移動(dòng)同步,有效距離在30mm 90mml50mm,離子中和時(shí)間正0. ls、0. 4s,0. 7s,負(fù) 0. ls、0. 3s,0. 8s,工作電壓 4. 6KV消耗電流、200uA、操作溫度-10 50°C、重量0. 5^(g、高壓電纜長度3Meters、空氣壓力5 7Kg、 空氣速率> 10m/s。反光鏡內(nèi)設(shè)感光器件,以保證激光束的能量能夠很好的被控制在一定范圍內(nèi),PLC 可編程控制器內(nèi)寫入用戶所需的反射鏡的移動(dòng)軌道在接收合反射激光束的同時(shí)時(shí)刻調(diào)整反射角度,按要求完成所需的圖形切割。
權(quán)利要求
1.輔助氣電控激光氧化熔化切割機(jī),有激光發(fā)生器和輔助氣、控制器,其特征在于輔助氣電控激光氧化熔化切割機(jī)的控制單元采用交流電加載電氣信號(hào)驅(qū)動(dòng)激光束的在被切割物料上的運(yùn)行軌道、輔助氣單元采用壓縮機(jī)制造的強(qiáng)氣流,采用氧氣或者其它活性氣體代替惰性氣體進(jìn)行熔化切割,被切割物料在激光束的照射下被點(diǎn)燃,與氧氣發(fā)生激烈的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生更大的熱源,輔助氣電控激光氧化熔化切割機(jī)由激光發(fā)生單元、廢料隔斷單元和控制單元組成,其中激光發(fā)生單元由激光發(fā)生單元、聚焦器和反射鏡組成,廢料隔斷單元由壓縮機(jī)、風(fēng)管通道和風(fēng)槍組成,控制單元由控制面板、I/O 口組成,激光發(fā)生器產(chǎn)生激光經(jīng)由聚光器聚光變?yōu)楦吣芰可渚€照射到反射鏡之上,反射鏡調(diào)整角度以完成不同形狀的物料切割,采用氧氣或者其它活性氣體代替惰性氣體進(jìn)行熔化切割,被切割物料在激光束的照射下被點(diǎn)燃,與氧氣發(fā)生激烈的化學(xué)反應(yīng),熔化的物料被壓縮機(jī)制造的強(qiáng)氣流回吸,風(fēng)道用以連接壓縮機(jī)和風(fēng)槍,風(fēng)槍之間作用在汽化的物料,在本發(fā)明的I/O 口輸入用戶所需數(shù)據(jù),把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為電氣信號(hào)加載在控制各部分運(yùn)行特別是反射鏡控制的激光束的運(yùn)行軌道,以完成不同類型、不同形狀的物料切割。
2.根據(jù)權(quán)利1要求所述的輔助氣電控激光氧化熔化切割機(jī),其特征在于廢料隔斷單元的輔助氣的壓縮機(jī)采用離心式高壓壓縮機(jī),離心式壓縮機(jī)的氣量大,結(jié)構(gòu)簡單緊湊,重量輕,機(jī)組尺寸小,占地面積小,運(yùn)轉(zhuǎn)平衡,操作可靠,運(yùn)轉(zhuǎn)率高,摩擦件少,因之備件需用量少,維護(hù)費(fèi)用及人員少,在本發(fā)明的輔助氣流單元,利用壓縮機(jī)壓縮氣體產(chǎn)生氣壓差制造回吸氣流,把高功率激光束汽化或熔化掉的廢料進(jìn)行回吸隔斷,避免因其熱傳導(dǎo)造成其他部位的形變損失。
3.根據(jù)權(quán)利1要求所述的輔助氣電控激光氧化熔化切割機(jī),其特征在于激光發(fā)生單元的聚焦器采用雙凸聚光透鏡,雙凸聚光透鏡在原本激光束高能量的基礎(chǔ)上再次將激光束聚集,使其在很小的一個(gè)質(zhì)點(diǎn)上釋放能量,可以根據(jù)不同情況來調(diào)節(jié)透鏡的角度和激光束距離以調(diào)整激光束在物料上的切縫大小,以及切割溫度。
4.根據(jù)權(quán)利1要求所述的輔助氣電控激光氧化熔化切割機(jī),其特征在于風(fēng)槍采用大頭離子風(fēng)槍,其用強(qiáng)離子風(fēng)清除物體表面的靜電及異物、塵埃,其內(nèi)施加壓縮機(jī)高功率回吸氣壓,與激光束在被切割物料表面上的移動(dòng)同步,有效距離在30mm 90mm 150mm,離子中和時(shí)間正0. ls、0. 4s,0. 7s,負(fù)0. ls、0. 3s,0. 8s,工作電壓4. 6KV消耗電流、200uA、操作溫度-10 50°C、重量0. 55Kg、高壓電纜長度3Meters、空氣壓力5 7Kg、空氣速率> 10m/s。
5.根據(jù)權(quán)利1要求所述的輔助氣電控激光氧化熔化切割機(jī),其特征在于反光鏡內(nèi)設(shè)感光器件,以保證激光束的能量能夠很好的被控制在一定范圍內(nèi),PLC可編程控制器內(nèi)寫入用戶所需的反射鏡的移動(dòng)軌道在接收合反射激光束的同時(shí)時(shí)刻調(diào)整反射角度,按要求完成所需的圖形切割。
全文摘要
輔助氣電控激光氧化熔化切割機(jī),控制單元采用交流電加載電氣實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載電器的連接、識(shí)別和控制功能,采用氧氣或者其它活性氣體代替惰性氣體進(jìn)行熔化切割,輔助氣采用壓縮機(jī)制造的強(qiáng)氣流,在高功率密度激光束的加熱下,材料表面溫度升至沸點(diǎn)溫度的速度快足以避免熱傳導(dǎo)造成的融化,被切割物料在激光束的照射下被點(diǎn)燃,與氧氣發(fā)生激烈的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生更大的熱源,部分材料汽化成蒸汽消失,部分材料作為噴出物從切縫底部被輔助氣流回吸收,激光切割的切割縫細(xì)切割面光滑、速度快、熱變形小、激光切割不會(huì)與材料表面相接觸、適合大件產(chǎn)品的加工、節(jié)省材料,應(yīng)用于重、輕工業(yè)、醫(yī)療等相關(guān)行業(yè)的鈑金加工,以及轉(zhuǎn)子、定子、葉片的切割成型,各類鏈條和汽車制造業(yè)零件的制造,廣告裝潢及工藝品制造業(yè)等。
文檔編號(hào)B23K26/38GK102310284SQ20111017427
公開日2012年1月11日 申請(qǐng)日期2011年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月27日
發(fā)明者胡忠 申請(qǐng)人:胡忠
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