材料加工綜合實驗材加焊接e 5

脈沖Nd:YAG激光加工實驗目的概述實驗儀器實驗操作說明實驗步驟與注意事項實驗報告要求1.實驗目的（1） 了解Nd:YAG激光加工系統(tǒng)構成及其性能參數（2） 了解脈沖激光器各項參數的設定方法，掌握二維數控運動編程（3） 熟悉脈沖激光加工工藝參數的選擇和調整（4） 初步掌握脈沖激光焊接工藝參數對最終成形質量的影響規(guī)律2.概述1）激光加工原理激光加工是將激光束照射到工件的表面，以激光的高能量來切除、熔化材料以及改變物體表面性能。由于激光加工是無接觸式加工，工具不會與工件的表面直接磨察產生阻力，所以激光加工的速度極快、加工對象受熱影響的范圍較小而且不會產生噪音。由于激光束的能量和光束的移動速度均可調節(jié)，因此激光加工可應用到不同層面和范圍上。激光加工大體可分為激光熱加工和光化學加工(又稱冷加工)。激光熱加工指當激光束照射到物體表面時，引起快速加熱，熱力把對象的特性改變或把物料熔解蒸發(fā)。光化學加工指當激光束加于物體時，高密度能量光子引發(fā)或控制光化學反應的加工過程。

2）激光加工特點激光加工過程的特點是高功率激光束作用于金屬產生熔池，工藝質量的好壞與脈沖激光加工參數（包括脈沖能量、脈沖寬度、脈沖重復頻率、離焦量等）不同導致的熔池內傳熱、流動及動力學過程密切相關。對于同一種金屬而言，加工同樣厚度的材料，脈沖短，所需功率密度高，熱效率高。增加脈寬，所需功率密度低，熱效率低。熱影響區(qū)的大小與脈寬有關，脈寬越長，熱影響區(qū)越大。因此，在薄片材料的激光加工中，除了適當的拉長脈寬增加加工參數范圍以及提高焊接質量穩(wěn)定性外，還需要考慮熱影響區(qū)的大小。

3）激光加工應用

隨著高新科技的飛速發(fā)展，激光技術在科研、工業(yè)、農業(yè)、醫(yī)學和軍事等國民經濟各個領域及社會生活中的應用日趨廣泛。目前已有固體、氣體、液體、半導體等不同種類的激光器，波長從紫外光、可見光到紅外光、遠紅外光。激光應用于材料加工，如：切割、焊接、打孔、熱處理和微加工等，可大大提高工效和精密度。3.實驗儀器

YAG固體激光器脈沖激光電源激光專用能卻循環(huán)系統(tǒng)光學聚焦系統(tǒng)

數控工作臺1）實驗儀器激光專用能卻循環(huán)系統(tǒng)YAG固體激光器脈沖激光電源光學聚焦系統(tǒng)數控工作臺

脈沖Nd:YAG激光加工系統(tǒng)激光冷卻系統(tǒng)操作界面4.實驗操作說明1)激光電源操作說明

脈沖激光電源內部由單片機控制，是真正的數字電源，用戶通過鍵盤對多種激光波形和參數進行編程。其技術指標如下：

1.控制電流：100A－250A2.脈寬：0.3ms-5ms3.激光頻率：1HZ-150HZ

本機操作面板上有十六個LED數碼顯示器。左邊九個是參數顯示器，右邊一排七個是功能顯示器，其下是操作鍵操作面板功能顯示器參數顯示器1.1開機⑴合上隔離開關，按下開機鍵，數碼管顯示P，系統(tǒng)正常⑵按選項鍵，選擇ON,按確認鍵開高壓燈，二分鐘后，機器鳴笛一聲，數碼管顯示P,LED預燃燈亮，表明預燃成功⑶顯示ON時，按數字鍵1，2，則分別顯示U1－ON或者U2-ON,表示選擇點一支燈工作。

1.2裝載⑴按裝載鍵，數碼顯示管顯示L，進入裝載狀態(tài)，L旁的數字是該組激光參數的編號，編號范圍1－99右邊參數表示激光波形段數，系統(tǒng)允許段數1－15⑵裝載狀態(tài)下，按數字鍵調出不同的參數供用戶選擇，按確認鍵，參數顯示器顯示U1,U2,按選項鍵，顯示在U1,U2之間切換，，或者按時間鍵，顯示U1,H,U2，表示兩燈交叉放光⑶在上述情況下，按確認鍵，機器鳴笛一聲，L旁點亮，裝載成功裝載狀態(tài)（已裝載）1.3編程⑴按編程鍵，進入編程狀態(tài)，功能顯示器上顯示P,按數字鍵，調出不同的參數組，按確認鍵，進入編程⑵按數字鍵，可設置不同的電流和脈寬，按選擇鍵，可設置參數在電流和脈寬之間切換，按＋—鍵，可設置參數在各段之間切換，此時按編程，可增加段數，，或將相應的段上脈寬設置為0，按確認刪除該段，再按確認鍵，頻率框上的燈亮，⑶在上述情況下，再按確認鍵，頻率框上的燈亮，按數字鍵設置出光頻率，完成后，按確認鍵退出編程狀態(tài)1.4刪除⑴在顯示ON或OFF時，按選擇鍵，顯示DEL，可將某個編號中的程序全部刪除，按確認鍵后，進入刪除狀態(tài)，按數字鍵，可調出不同的參數。再按確認鍵，則當前編號內的所有參數刪除，該組參數內所有參數為0。完成后，按選擇鍵退出，一旦刪除將不能在記起刪除狀態(tài)1.5關機⑴在高壓接通的情況下，按選擇鍵，功能數碼管上顯示OFF,此時按確認鍵，則關閉高壓系統(tǒng)，5秒后，機器鳴笛一聲，數碼管顯示P，LED預燃指示燈熄，主電源關閉⑵在主電源關閉的情況下，控制電路斷電后，再拉開機器后面的隔離開關⑶為保證機器的正常工作，請用戶嚴格遵守關機順序關機狀態(tài)2)CNC2000

數控系統(tǒng)操作說明

CNC2000數控系統(tǒng)由華中科技大學激光研究院開發(fā)，可在Windows98、Windowsme或者

Windows95下運行。2.1程序運行程序運行功能用于內存中的數控加工程序。⑴程序校驗：用于校驗程序中的語法錯誤。⑵空運行（試運行）：試運行中只移動工作臺⑶運行整個程序：運行時執(zhí)行所有的數控代碼2.2手動操作⑴工作臺手動操作：有X＋、Y＋、Z上升、X—、Y—、Z下降、工作臺停、鍵盤移動等功能。鍵盤操作時可用→←↑↓PgUp,PgDn移動X,Y,Z軸⑵回零功能：包括X軸正方向回零、Y軸正方向回零、X軸負方向回零、Y軸負方向回零。⑶參數設置：參數設置功能有，運動參數設置、刀具半徑補償表、I/O端口設置，車床螺紋功能參數設置2.3AutoCAD圖形文件轉化可將AutoCAD生成的PTL文件轉化生成數控加工程序，一般用于轉換文字和任意曲線

采用數控方法加工零件，首先必須將被加工零件的工藝順序、運動軌跡工藝參數等按其動作的順序、用數控機床規(guī)定的代碼程序格式編好加工程序，這個過程稱之為程序編制。通常一個加工程序由若干程序段構成，而程序段又由一條或幾條數控代碼指令組成。在本系統(tǒng)中使用的數控代碼有：3)CNC2000

數控系統(tǒng)編程說明3.1G代碼

1.G00（或G0、g00、g0）功能：快速移動到終點格式：G00XaYbZc

說明：由直線向的起點向終點作一向量，

X方向的分量為a,向量在Y方向的分量為b,向量在Z向量在方向的分量為c,所以a、b、c是帶符號的（單位：毫米）

編程時可省去XaYbZc中為零的項

2.G01（或G1、g01、g1）功能：直線插補格式：G00XaYbZc[Ff]Ef是可選項，f為工作臺的運行速度，單位（毫米/秒）。如果在這一條代碼指令前執(zhí)行的代碼指令規(guī)定了速度值，而此時不改動的話，本項可省略

3.G02（或G2、g02、g2）功能：順時針圓弧插補格式：G00XaYbIdJe[Ff]

說明：X、Y、Z三項同G01

由圓弧起點向圓心做一向量，向量在X方向的分量為d,Y方向的分量為e.4.G03（或G3、g03、g3）功能：逆時針圓弧插補格式：同G02

說明：同G025.G04（或G4、g04、g4）功能：插入一段延時格式： G04Tt

說明：t為延時時間，單位：毫秒

6.刀具半徑補償G40、G41、G41

功能：G40－刀具半徑（或長度）補償取消

G41－左刀補

G42－右刀補格式：G40

G41G42

7.鏡相功能（G24、G25）功能：G24－建立鏡相

G25－取消鏡相格式：G24x0

圖形關于x軸對稱

G24y0

圖形關于y軸對稱

G24x0y0

圖形關于原點對稱

8.縮放功能（G50、G51）功能：G51－指定縮放

G50－取消縮放格式：G51PG50P

說明：P：放大或縮小倍數

9.刀具補償功能G40、G43、G44

功能：G40－刀具長度補償取消

G43－正偏置

G44－負偏置格式：G40G43HhG44Hh

說明：h為刀補號——1、2、3

10.絕對、相對坐標編程G90、G91

功能：G90－絕對坐標編程

G91－增量坐標編程格式：G90G913.2M代碼

M00

程序停止

M02

程序結束

M17

子程序返回

M07、M08

控制出膠/停膠

M07、M08

氣閥2通/斷

M92、M91

3.3其他

1.Q代碼功能：表明子程序名格式：Qmn

說明：m、n均為一位十進制

2.L代碼功能：子程序調用格式：Lmnpq

說明：m、n、p、q均為一位十進制數。表示連續(xù)調用Qmn子程序pq次3.4格式

L代碼、Q代碼必須單獨作一行，其他的代碼無此限制，但每行最多只允許65個字符。代碼的各項之間、代碼與代碼之間可用空格、逗號或“Tab”隔開，也可以不隔開。大小任意寫。本系統(tǒng)的基本圖形有三種：直線、順時針圓