專利名稱：壓縮機(jī)輔助氣數(shù)控激光汽化切割機(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)。壓縮機(jī)輔助氣數(shù)控激光汽化切割機(jī)，有激光發(fā)生器和輔助氣、控制器，其特征在于壓縮機(jī)輔助氣數(shù)控激光切割機(jī)的控制單元采用CNC輪廓控制數(shù)控機(jī)床，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，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，激光汽化切割機(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，控制單元由主機(jī)、數(shù)控裝置、 驅(qū)動(dòng)裝置、輔助裝置和編程、附屬設(shè)備組成，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，高功率的激光束加熱物料使其在瞬間汽化，汽化的物料被壓縮機(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，輪廓控制數(shù)控機(jī)床用以連接、協(xié)調(diào)和控制各部分的工作和運(yùn)行狀態(tài)。
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使其在瞬間汽化，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，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，部分材料作為噴出物從切縫底部被輔助氣流回吸收。汽化的物料被壓縮機(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，數(shù)控機(jī)床采用輪廓控制式數(shù)控機(jī)床機(jī)床，輪廓控制數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)是機(jī)床的運(yùn)動(dòng)部件能夠?qū)崿F(xiàn)兩個(gè)坐標(biāo)軸同時(shí)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制，它不僅能夠控制機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件的起點(diǎn)與終點(diǎn)坐標(biāo)位置，而且能夠控制整個(gè)加工過程每一點(diǎn)的速度和位移量，即能夠控制運(yùn)動(dòng)軌跡，將零件加工成在平面內(nèi)的直線、曲線或在空間的曲面。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。
權(quán)利要求
1.壓縮機(jī)輔助氣數(shù)控激光汽化切割機(jī)，有激光發(fā)生器和輔助氣、控制器，其特征在于壓縮機(jī)輔助氣數(shù)控激光切割機(jī)的控制單元采用CNC輪廓控制數(shù)控機(jī)床，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，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，激光汽化切割成型機(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，控制單元由主機(jī)、數(shù)控裝置、驅(qū)動(dòng)裝置、輔助裝置和編程、附屬設(shè)備組成，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，高功率的激光束加熱物料使其在瞬間汽化，汽化的物料被壓縮機(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，輪廓控制數(shù)控機(jī)床用以連接、協(xié)調(diào)和控制各部分的工作和運(yùn)行狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利1要求所述的壓縮機(jī)輔助氣激光汽化切割機(jī)，其特征在于數(shù)控機(jī)床采用輪廓控制式數(shù)控機(jī)床機(jī)床，輪廓控制數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)是機(jī)床的運(yùn)動(dòng)部件能夠?qū)崿F(xiàn)兩個(gè)坐標(biāo)軸同時(shí)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制，它不僅能夠控制機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件的起點(diǎn)與終點(diǎn)坐標(biāo)位置，而且能夠控制整個(gè)加工過程每一點(diǎn)的速度和位移量，即能夠控制運(yùn)動(dòng)軌跡，將零件加工成在平面內(nèi)的直線、曲線或在空間的曲面。
3.根據(jù)權(quán)利1要求所述的壓縮機(jī)輔助氣激光汽化切割機(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。
4.根據(jù)權(quán)利1要求所述的壓縮機(jī)輔助氣激光汽化切割機(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。
5.根據(jù)權(quán)利1要求所述的壓縮機(jī)輔助氣激光汽化切割機(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. 5^(g、高壓電纜長度3Meters、空氣壓力5 7Kg、空氣速率> 10m/s。
6.根據(jù)權(quán)利1要求所述的壓縮機(jī)輔助氣激光汽化切割機(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
壓縮機(jī)輔助氣數(shù)控激光切割機(jī)，采用CNC輪廓控制數(shù)控機(jī)床，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，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)B23K26/42GK102310272SQ20111017425
公開日2012年1月11日 申請日期2011年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月27日
發(fā)明者胡忠 申請人:胡忠