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大功率CO_2激光切割国产化关键技术研究

作　者: 司立众
导　师: 皮德富；张永康
学　校: 南京理工大学
专　业: 光学工程
关键词: CO2激光器 激光切割机 丝状放电 垂直度
分类号: TN249
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


受国际金融风暴的影响,世界工业格局正在发生着新的变化,为提升我国制造业水平,加快国内加工制造行业的发展并提升其装备水平与技术含量已成为当务之急。激光切割作为一种先进的制造技术,因其具有高速度、高精度、柔性切割、异型加工、快速成形等特点而在制造行业得到了广泛的应用。纵观国际国内大功率激光切割市场,轴快流CO2数控激光切割机仍是主流。基于国产设备的制造和使用上的不足或缺陷,本文从NEL-2000A激光器制造、SLCM-12×25数控机床制造和切割工艺三方面对CO2激光切割技术进行了研究,文中具体分析了激光器谐振腔串联折反镜调节结构的缺陷及其解决方案,论述了激光器功率不稳放电拉丝问题的成因与对策,着重强调了接地是激光器与数控机床外控连接产生干扰问题的主要原因之一,并针对具体案例给出了解决方案,也较好地解决了激光模切板割缝垂直度调节难点和调节结构设计等问题。除了上述所研究的问题之外,本文还讨论了水冷机组的故障报警信号输出到激光器的必要性、数控机床安装冷却水流量报警装置的必要性、造成输出窗结露的外部环境、焦点与同轴度调节、铝板切割工艺等设备制造和使用时的相关技术问题,本文的研究对激光切割成套设备的制造与激光切割应用企业会有一定的参考价值。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-12
1 绪论  12-18
  1.1 激光切割技术的背景和意义  12
  1.2 国内激光切割技术发展概况  12-16
    1.2.1 国内外激光发生器制造技术现状  12-13
    1.2.2 国内外数控机床制造技术现状  13-14
    1.2.3 国内激光切割工艺技术发展概况  14-15
    1.2.4 国内激光切割设备市场概况  15-16
  1.3 本课题研究的目的、主要内容和论文结构安排  16-18
    1.3.1 我国激光切割产业存在的主要问题  16-17
    1.3.2 本课题研究的目的  17
    1.3.3 本课题研究的主要内容和结构安排  17-18
2 激光切割原理  18-20
  2.1 激光的特点  18
  2.2 激光加工的优点  18
  2.3 激光切割的本质  18-19
  2.4 激光切割的主要特性  19-20
3 大功率轴快流 CO_2激光发生器制造技术研究  20-50
  3.1 轴快流 CO_2激光器的组成  20
  3.2 谐振腔与谐振腔架  20-27
    3.2.1 谐振腔架  20-22
      3.2.1.1 谐振腔架制造和装配工艺剖析  20-22
      3.2.1.2 谐振腔架制造和装配工艺改进  22
    3.2.2 谐振腔  22-27
      3.2.2.1 单折谐振腔串接调节原理  22-26
      3.2.2.2 单折谐振腔串接调节的不足之处  26
      3.2.2.3 单折谐振腔串接调节的新探索  26-27
  3.3 高压系统  27-28
  3.4 气路系统  28-32
    3.4.1 工作气体的供应  28-30
    3.4.2 真空度和气密性  30
    3.4.3 工作气体的循环与冷却  30
    3.4.4 输出窗清洁用气与结露问题研究  30-32
  3.5 冷却系统  32-33
  3.6 继电与电子控制系统  33-34
  3.7 外控与外控干扰问题研究  34-42
    3.7.1 NEL-A系列激光器外控原理  35-39
      3.7.1.1 激光器与数控机床联机控制概述  35-37
      3.7.1.2 激光器方式板控制原理  37-38
      3.7.1.3 激光器光祸板工作原理  38-39
    3.7.2 干扰信号的来源  39-41
      3.7.2.1 干扰现象  40
      3.7.2.2 干扰信号的来源  40
      3.7.2.3 干扰信号的形成过程  40-41
    3.7.3 解决方案选择  41-42
    3.7.4 问题总结  42
  3.8 NEL-A系列激光器工作原理与放电拉丝问题研究  42-50
    3.8.1 CO_2激光器的工作原理  43-45
      3.8.1.1 CO_2分子振动—转动能级  43-45
      3.8.1.2 CO_2激光器的激发过程  45
    3.8.2 放电拉丝问题的具体表现和危害  45-48
      3.8.2.1 概述  45-46
      3.8.2.2 放电拉丝的分类和成因  46-48
    3.8.3 对策与措施  48-49
    3.8.4 问题结论  49-50
4 数控激光切割机床制造技术研究  50-64
  4.1 常见数控激光切割机床基本类型  50-53
    4.1.1 数控机床分类  50-52
      4.1.1.1 按控制系统的特点分类  50-51
      4.1.1.2 按伺服系统类型分类  51
      4.1.1.3 按数控装置的构成方式分类  51-52
      4.1.1.4 常见数控激光切割机床所属类别  52
    4.1.2 激光器、激光束与工件的相互关系  52
    4.1.3 数控激光切割机床的辅助工作系统  52-53
    4.1.4 国内几个主要生产厂家及其产品简介  53
  4.2 机床镜片  53-55
    4.2.1 圆偏振镜和反射镜选用  53-54
    4.2.2 圆偏振镜和反射镜的保护  54-55
    4.2.3 聚焦镜的选用  55
    4.2.4 防反射装置  55
  4.3 外光路  55-58
    4.3.1 圆偏振镜与反射镜的调节  56
    4.3.2 聚焦镜与喷嘴调节  56
    4.3.3 外光路的调节  56-58
  4.4 操作系统  58
  4.5 编程软件  58
  4.6 辅助系统  58
  4.7 模切板切割中垂直度问题研究  58-64
    4.7.1 激光切割机外光路工作原理  59-61
      4.7.1.1 概述  59-60
      4.7.1.2 理想外光路路径  60
      4.7.1.3 实际外光路路径  60-61
    4.7.2 问题产生的原因与对策  61-64
      4.7.2.1 几何光学原理  61-62
      4.7.2.2 激光切割机中的实际光路与聚焦镜位置关系  62
      4.7.2.3 调节器件设计原则  62-64
5 板材切割工艺技术研究  64-79
  5.1 板材切割前的设备与工艺准备  64-76
    5.1.1 辅助设备的准备  64-65
      5.1.1.1 气体联接  64-65
      5.1.1.2 冷却水的联接  65
      5.1.1.3 稳压电源配置  65
    5.1.2 Y轴光路的同轴度调整  65-66
    5.1.3 Z轴光路的同轴度调整  66
    5.1.4 探脚的工作原理和调整方法  66-67
      5.1.4.1 工作原理  66-67
      5.1.4.2 调整方法  67
    5.1.5 喷嘴的功能及中心的调整  67-69
      5.1.5.1 喷嘴的功能  68
      5.1.5.2 调整喷嘴使激光从中心穿过的步骤  68-69
    5.1.6 喷嘴对切割品质的影响及孔径选择  69-70
      5.1.6.1 喷嘴与切割品质的关系  69
      5.1.6.2 喷嘴孔径的选择  69-70
    5.1.7 焦点的确定方法  70-71
    5.1.8 聚焦点位置的选择及其与切割面的关系  71-72
    5.1.9 喷嘴与工件距离的设定  72
    5.1.10 进给速度的选择  72-73
      5.1.10.1 进给速度太快的影响  72-73
      5.1.10.2 进给速度太慢的影响  73
      5.1.10.3 如何适当选择进给速度  73
    5.1.11 辅助气体的选择  73-74
      5.1.11.1 气体对切割质量的影响  73
      5.1.11.2 气体对穿孔的影响  73-74
      5.1.11.3 有机玻璃等切割时的气体选择  74
    5.1.12 功率对切割质量的影响  74
    5.1.13 切割参数  74-76
  5.2 垂直度与同轴度的现场操作判断  76
    5.2.1 垂直度经验判断  76
    5.2.2 同轴度经验判断  76
  5.3 金属板材切割  76-78
    5.3.1 碳钢板切割  76-77
    5.3.2 不锈钢板切割  77
    5.3.3 铝板切割  77-78
  5.4 非金属板材切割  78-79
6 总结  79-81
  6.1 本文主要论述的问题  79
  6.2 本文主要创新点  79-80
    6.2.1 激光器  79
    6.2.2 数控激光切割机  79-80
    6.2.3 切割工艺  80
  6.3 展望  80-81
    6.3.1 激光器  80
    6.3.2 数控激光切割机和切割工艺  80-81
致谢  81-82
参考文献  82-85
附录A: 作者在读研期间主要工程经历简介  85-86
附录B: 论文涉及公司简称与全称对应表  86

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 光电子技术、激光技术 > 激光技术、微波激射技术 > 激光的应用
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