任務(wù)1-7 氣體激光標(biāo)刻機(jī)

1、激光加工設(shè)備單元教學(xué)設(shè)計(jì) 項(xiàng)目1 激光打標(biāo)設(shè)備 任務(wù)7 氣體激光打標(biāo)機(jī)授課班級(jí)上課時(shí)間 年 月 日 第 節(jié)上課地點(diǎn)所需課時(shí)4教學(xué)目標(biāo)能力（技能）目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)學(xué)會(huì)分析氣體激光打標(biāo)設(shè)備的基本組成了解氣體激光器的電源系統(tǒng)以及CO2激光器的基本結(jié)構(gòu)重點(diǎn)難點(diǎn)及解決方法重點(diǎn)：氣體激光打標(biāo)設(shè)備的基本組成難點(diǎn)：氣體激光器的電源系統(tǒng)以及CO2激光器的基本結(jié)構(gòu)解決方法：1、通過(guò)實(shí)物觀摩CO2激光器，增強(qiáng)學(xué)生的直觀印象，為解決本課的教學(xué)重點(diǎn)打好基礎(chǔ)。2、通過(guò)PPT演示與現(xiàn)場(chǎng)觀看實(shí)物，突破本課的難點(diǎn)。參考資料王中林.激光加工設(shè)備與工藝M.武漢：華中科技大學(xué)出版社，2011. 鄭啟光.激光加工工藝與設(shè)備M. 北京：機(jī)械

2、工業(yè)出版社，2010. 王秀軍.激光加工實(shí)訓(xùn)技能指導(dǎo)（下冊(cè)）M.武漢：華中科技大學(xué)出版社，2014教學(xué)設(shè)計(jì)基本框架第一部分：組織教學(xué)和復(fù)習(xí)上次課主要內(nèi)容 （時(shí)間： 分鐘）提問(wèn)：1、 請(qǐng)簡(jiǎn)述金屬名片的設(shè)計(jì)原則2、如何用激光打標(biāo)機(jī)打出理想的金屬名片？第二部分：學(xué)習(xí)新內(nèi)容【步驟一】說(shuō)明主要教學(xué)內(nèi)容、目的 （時(shí)間： 分鐘） 本節(jié)課主要學(xué)習(xí)氣體激光器的電源系統(tǒng)以及CO2激光器的基本結(jié)構(gòu)。3分鐘） 氣體激光器是一種重要的激光器類(lèi)型。從激光電源到泵浦系統(tǒng)和固體激光器有一定區(qū)別?！静襟E三】新知識(shí)學(xué)習(xí) （時(shí)間： 分鐘） 知識(shí)點(diǎn)一：氣體激光打標(biāo)機(jī)簡(jiǎn)介 CO2玻璃管激光打標(biāo)機(jī)：使用CO2玻璃管激光器，這是早一代的產(chǎn)

3、品，目前已經(jīng)應(yīng)用非常廣泛；但是它有一個(gè)缺點(diǎn)：CO2玻璃管激光器壽命只有1000個(gè)小時(shí)，不能很好的滿(mǎn)足大批量的生產(chǎn)。 CO2射頻激光打標(biāo)機(jī)：采用CO2射頻激光器，壽命長(zhǎng)達(dá)2-4萬(wàn)小時(shí)，打標(biāo)速度快、線條精細(xì)，由于它良好的性能，可配套生產(chǎn)線作業(yè)(也就是我們常說(shuō)的飛行打標(biāo))。它的出現(xiàn)，大大提高了生產(chǎn)效率，因而得到了很快的發(fā)展。 主要特點(diǎn)：使用二氧化碳激光器，屬通用機(jī)型，后聚焦方式，體積小，集成化程度高。該機(jī)適用絕大數(shù)非金屬材料打標(biāo)，如紙質(zhì)包裝、塑料制品、標(biāo)簽紙、皮革布料、玻璃陶瓷、樹(shù)脂塑膠、竹木制品、PCB板等。 【情景展示】播放CO2玻璃管激光打標(biāo)機(jī)視頻【提問(wèn)與思考】1.CO2玻璃管激光打標(biāo)機(jī)的主要

4、結(jié)構(gòu)有哪些？ 2.CO2玻璃管激光打標(biāo)機(jī)加工材料對(duì)象有哪些？知識(shí)點(diǎn)二：氣體激光器的電源系統(tǒng) 氣體激光器的種類(lèi)繁多，激勵(lì)方式多樣化，主要有放電激勵(lì)、熱激勵(lì)、化學(xué)能激勵(lì)、以及核能激勵(lì)，其中尤以放電激勵(lì)用得最多。氣體放電激勵(lì)沒(méi)備簡(jiǎn)單，能量轉(zhuǎn)換效率高，激光器結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，氣體激光器大多數(shù)采用放電激勵(lì)。按放電形式區(qū)分，激勵(lì)方式有：輝光放電激勵(lì)，如氦一氖、二氧化碳激光器等；高頻放電激勵(lì)，例如二氧化碳激光器等；以及弧光放電激勵(lì)，如氬離子、氪離子激光器等。1.連續(xù)輝光放電氣體激光器對(duì)電源系統(tǒng)的要求 采用直流高壓輝光放電激勵(lì)，現(xiàn)在仍然是氦一氖激光器，連續(xù)輸出的二氧化碳激光器的主要激勵(lì)方式。此類(lèi)放電有以下幾個(gè)

5、特征：(1)傳導(dǎo)電流的范圍為(10-610-1)A，管壓降幾百伏到幾干伏，視管長(zhǎng)與放電電流而定，輝光放電工作在小電流高電壓狀態(tài)。(2)有較高的陰極位降，管壓降的絕大部分消耗于陰極位降。陰極發(fā)射電子由正離子轟擊陰極形成，有較強(qiáng)的陰極濺射。為此，在制造燈管及運(yùn)行中應(yīng)盡量降低陰極濺射。(3)運(yùn)行在正常輝光放電的激光管，其伏安特性呈負(fù)阻性，為此，在設(shè)計(jì)電源系統(tǒng)時(shí)，必須選擇合理的外特性，使激光管處于穩(wěn)定工作狀態(tài)。具體要求如下：激光器能進(jìn)入正常的輝光放電狀態(tài)，激光管的空載端電壓必須達(dá)到擊穿電壓：對(duì)氦-氖管，管長(zhǎng)：(250450)mm，擊穿電壓：(40005000)V，管長(zhǎng)：(700l000)mm，擊穿電壓

6、：(810)kV；對(duì)直管式二氧化碳激光器，擊穿電壓：(1520)kVm。必須注意，隨著管子的使用、老化，擊穿電壓約增加20。激光管擊穿后，電源應(yīng)能保證供給放電管正常工作電壓和工作電流。在正常輝光放電區(qū)，伏安特性為負(fù)阻。對(duì)該類(lèi)電路必須采取一定形式的鎮(zhèn)流措施。氣體激光器的輸出功率強(qiáng)烈地依賴(lài)于放電管的電流強(qiáng)度。在一定范圍內(nèi)，輸出功率與電流平方成正比。繼續(xù)增大電流，輸出反而下降。為此，對(duì)輸出功率穩(wěn)定性要求較高的激光系統(tǒng)，必須采用恒流調(diào)節(jié)。為使激光電源在較普遍的范圍內(nèi)使用，激光電源的電壓電流應(yīng)有一定的調(diào)節(jié)范圍。調(diào)節(jié)范圍的下限為放電管的維持電流。電流大小取決于激光器的負(fù)阻特性與鎮(zhèn)流電阻，電源的輸出功率為激

7、光管陰-陽(yáng)極之間的等效功率。對(duì)氦-氖激光器，最小維持電流為(35)mA；對(duì)二氧化碳激光器，最小維持電流為(1020)mA。電源的調(diào)節(jié)上限為略大于激光管的最佳工作電流。2.縱向激勵(lì)二氧化碳激光器的電源系統(tǒng) 縱向激勵(lì)二氧化碳激光器有封閉型與流動(dòng)型，從放電特性看，均屬于冷陰極輝光放電，即具有高電壓、低電流和負(fù)阻抗特性。縱向放電激勵(lì)二氧化碳激光器放電管的阻抗R正比于放電管的有效長(zhǎng)度L，反比于管徑D，并與所充的混合氣體的比例及總氣壓有關(guān)，氣壓越高、阻抗越大。對(duì)于管徑為幾十毫米的放電管，阻抗約為lookm10km之間。由于運(yùn)行于正常輝光放電區(qū)，放電呈現(xiàn)負(fù)阻特征，即在小電流時(shí)，阻抗為高值，管壓降高，而在大電

8、流時(shí)，阻抗為低值，管壓降低?！厩榫罢故尽坎シ艢怏w激光器的電源系統(tǒng)視頻?！居懻撆c思考】1.連續(xù)輝光放電氣體激光器對(duì)電源系統(tǒng)的要求有哪些？ 2.縱向激勵(lì)二氧化碳激光器的電源系統(tǒng)放電特性是什么？知識(shí)點(diǎn)三：直流供電原理 采用限流電阻，阻值應(yīng)與激光管內(nèi)阻相近。當(dāng)電源接通后，由于高壓直流的空載電壓超過(guò)激光管的著火電壓，激光管著火，限流電阻使激光管端電壓下降，維持一定的放電電流。變壓器的設(shè)計(jì)原則是：變壓器的容量(即額定功率)，首先根據(jù)激光器的輸出功率和效率計(jì)算出系統(tǒng)所需輸出最大電功率Pm(效率約為10)，則變壓器的功率Pp=2Pm；變壓器的副方電壓，應(yīng)保證空載時(shí)，激光管兩端，電壓超過(guò)擊穿電壓(此值由實(shí)驗(yàn)確定). 激光電源工作的結(jié)構(gòu)框圖如圖所示. 【討論與思考】請(qǐng)簡(jiǎn)述軸快流二氧化碳激光器電路原理。【步驟四】