[科普中國(guó)]-數(shù)控激光加工機(jī)床

激光束加工是基于激光系統(tǒng)的紅外輻射與材料固有熱作用而將材料加熱、熔化、燒蝕甚至汽化來(lái)進(jìn)行打孔、切割、焊接以及表面熱處理的一種加工方法。激光器將電能轉(zhuǎn)換為光能，產(chǎn)生所需的激光束，通過(guò)透鏡將激光聚集成一個(gè)極小的光斑照射到被加工表面，能在千分之幾秒，甚至更短時(shí)間內(nèi)使某種物質(zhì)熔化和汽化，達(dá)到蝕除加工的目的。

原理1)當(dāng)能量密度極高的激光照射在被加工表面時(shí)，光能被加工表面吸收并轉(zhuǎn)換成熱能，使照射斑點(diǎn)的局部區(qū)城溫度迅速升高，瞬時(shí)急劇熔化和蒸發(fā)，并形成小凹坑。

2)同時(shí)開(kāi)始熱擴(kuò)散，使斑點(diǎn)周?chē)牟牧先刍?，隨著激光能量連續(xù)吸收，凹坑中金屬蒸汽迅速膨脹、壓力驟增、熔融物質(zhì)高速外噴。

3)熔融物的高速?lài)娚渌a(chǎn)生的反沖壓力，又在工件內(nèi)部形成一個(gè)方向性很強(qiáng)的沖擊被，使熔化物質(zhì)爆炸式的噴射去除。1

組成激光加工機(jī)主要由激光器、光學(xué)系統(tǒng)、電源及數(shù)控系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)及輔助系統(tǒng)組成，是典型的光、機(jī)、電一體化設(shè)備。激光器是影響激光加工能力和質(zhì)量的主要部件，它的任務(wù)是把電能轉(zhuǎn)變成光能，產(chǎn)生所需光束；光學(xué)系統(tǒng)將光束聚焦并調(diào)焦，將激光器輸出的激光束引導(dǎo)到工件上；數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)加工工藝要求，進(jìn)行電壓控制、時(shí)間控制等；機(jī)械系統(tǒng)包括床身、工作臺(tái)及輔助系統(tǒng)等。1

分類(lèi)激光加工中，多數(shù)采取固體激光器和氣體激光器。固體激光材料有紅寶石，銨玻璃和摻釔釹鋁石榴石(YAG)；氣體激光材料有CO2、氦-氖和氬離子等。激光加工常用YAG (只達(dá)600W )和CO2(可達(dá)25kW)激光器。

由于激光加工的功率密度高，可用于加工金屬、有機(jī)和無(wú)機(jī)材料等幾乎所有的材料，但是對(duì)于透明材料需要采取一些色化和打毛措施，才利于加工；對(duì)于銅、鋁及其合金等制成的熱導(dǎo)率和反射率高的工件，激光加工的效果變差，但YAG激光波長(zhǎng)較短，在金屬表面上引起反射要比CO2激光少。2

特點(diǎn)1 )激光束位置不變，工作臺(tái)作X、Y方向移動(dòng)，這樣光路調(diào)整方便，導(dǎo)光系統(tǒng)能量損失少。

2 )各傳遞光束部件均設(shè)置調(diào)整環(huán)節(jié)，能迅速、準(zhǔn)確而方便地調(diào)整光束。

3)各坐標(biāo)驅(qū)動(dòng)采用直流伺服電動(dòng)機(jī)和滾珠絲杠副，并且各導(dǎo)軌分別采用聚四氟乙烯塑料及直線(xiàn)袞動(dòng)導(dǎo)軌，運(yùn)動(dòng)靈話(huà)，低速無(wú)爬行，保證了較高的定位精度。

4)數(shù)控裝置采用FANUC-BESK3M型系統(tǒng)，使主機(jī)操作及輔助功能控制與系統(tǒng)做成一體化，操作方便。

5)系統(tǒng)配備有CRT顯示器及示教功能，編程簡(jiǎn)便迅速。2

應(yīng)用激光加工，在汽車(chē)、航空、宇航、 電子、機(jī)械和輕工等方面的應(yīng)用愈來(lái)愈廣，有向復(fù)合化加工發(fā)展的趨勢(shì)，即利用激光加工的“光-熱”作用，將材料的加工、熱處理、激光化學(xué)等結(jié)合起來(lái)，形成過(guò)去傳統(tǒng)加工方法難以實(shí)現(xiàn)的微光復(fù)合加工技術(shù)。激光加工不需要工具，它是非接觸加工，加工速度快，生產(chǎn)率高，打一個(gè)小孔的時(shí)間約需0.1s，熱影響區(qū)域小，熱變形也小。激光束傳遞方便，易于控制，便于與機(jī)器人、數(shù)字控制、自動(dòng)檢測(cè)等技術(shù)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化加工和構(gòu)成柔性制造系統(tǒng)，成為迅速發(fā)展的一種先進(jìn)加工技術(shù)。2

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

程鵬 - 副教授 - 西南大學(xué)