金属薄板激光切割机结构设计（含5张CAD图纸）.zip

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IAbstract II1绪论 72切割机总体设计 103切割机主要部分设计计算 194切割机其余部分的设计 27结论 30致谢 31参考文献 32附录 、电脑、半导体以后,人类的又一伟大发现,被称为“最快的刀”、“最准的尺”、“最亮的光”。原子受激辐射的光,故称“激光”。如图1-1所示的激光。图1-1激光光是原子中的电子接收能量后,从低能级跃迁到高能级,再从高能级回落到低能级,回落的时刻放出的能量以光子的形式释放。而激光,便是被引发出来的光子队伍,这光子队伍中的光子们,光学特征一样,步调极为相同。举个例子便是,通俗的光源,好比电灯泡发出来的光子各不相同,并且会四面八方乱跑,很不团结,然而激光中的光子们却是心往一处想,劲往一处使,这致使它们势如破竹,威力巨大。激光在21世纪之所以能够被广泛应用于生活生产中,是因为其具以下有4个优秀的特点[1]:(1)激光的亮度特别高,可以产生巨大高温,进而激光几乎可以加工任何材料。大家都知道,太阳的亮度很高,然而气体激光器所发出的激光亮度远高于太阳,固体激光器就更大于太阳的亮度了。(2)激光具有良好的单***。把激光投射在某处上,可以发现该处很快会发生烧蚀,并且烧蚀的部分特别的集中。这主要得益于激光的高单***,正是因为这一点,激光才会被更好的应用于加工中。(3)激光在不同部位的相位差特别小,相位之间都有一定的联系。这就说明其具有很高的相干性。(4)激光传递不发生偏移。也就是说,激光具有的很强的方向感使得其能够在很长的一段距离内有效持续地传递着。这就使得激光在传递结束时汇聚在一片很小的地方。靠着这独一无二的特性,激光加工被很多生产所运用。1人们利用激光所具备的种种特性,研发出了各种激光加工设备。其中,比较典型的就是激光切割机。它的研发使得在切割板材方面的工作效率更加的高,自动化的激光切割机更是解放了人类的双手。这都得益于激光。,不断对加工材料进行加热,使其达到一定的温度,以达到所要加工的目的,如焊接与切割[2]。这个过程主要是把激光的光能转化为我们所需要的热能,即:被加工的材料经过激光的照射温度不断升高,导致其部分位置发生熔化,这些熔化了的部分就能够脱落进而被人们所利用。期间的能量转化就是光能到热能的转化。根据能量守恒定律,具有高能量的激光很有发展前景。当然并不是所有的激光加工材料都如上面所说的那样,特定的加工有着特定的要求。比如在进行焊接工作时,材料需要被粘合在一起,这就需要温度在升高的同时不能使材料脱落,等达到熔化之时即可。利用激光切割材料的时候正好和焊接是相反的,被切割材料在激光的照射下温度升高,到一定的温度使材料分割成两部分即可完成所需的切割工作。激光热处理技术并不是要求两个材料粘合在一起,也不需要把一个材料分割成两个部分,它的主要原理是激光使其材料内部温度升高从而达到内部组织相变的目的。利用激光加工材料如图1-2所示:图1-2激光加工材料图激光加工不同的材料时,材料的加热效果和材料自身受到的影响也是不同的[3]。(1)加热效果的差异。不同材质的材料,如金属与非金属材料,表面粗糙度不同的材料等。但是加热的原理都是相同的。材料表面被激光照耀,其中的一部分激光被材料的表面所反射掉,进入了空气中,另一部分激光则被材料所吸收进而转化为人们所需要的热能,这一部分转化了的热能部分使材料本身达到了人们的预期,另一部分通过热传递的方式把热量传递到了材料的其余部分。因此,材料吸收激光的能力决定了其产生热量的多少,一般来说,表面越光亮即表面粗糙度越低的材料所反射的激光越多,材料表面所吸收的激光能量越少,从而导致激光的利用率不高。因此,科研人员通常采用加大材料表面粗糙度的方式来提高激光的利用率,从而进一步提升生产的效率。2(2)材料自身受到的影响也不同。用相同亮度的激光照射不同的加工材料,因其材料的结构不同,激光透过材料给材料造成的影响自然也是不同的。一般来说,板材的厚度对这一影响尤为突出。加工薄板与非薄板所用的激光亮度和能量不同,薄板加工用的激光器功率较低,以起到不破化薄板的内部组织的目的。另外,加工不同材料时,为了不破化材料,激光照射的时间也应得到控制。,可大大削减加工时长,下降加工成本,进步工件质量。脉冲激光适合于金属材料,连续激光适合于非金属材料。当代的激光成为了人们所空想寻求的"削铁如泥"的"宝剑"[4]。CO2激光切割工艺是利用激光器发射的激光束投射在材料的表面,光能转化为热能,材料温度升高进而熔化,再利用与发射的激光束同轴的辅助气体把熔化的废料清除,从而构成必然外形的切缝。这项工艺中,激光束和被切割的工件做固定的有规律相对运动。从二十世纪七十年代以来,伴随着CO2激光器及数控技术的不断完善和成长,今日已成为产业上板材切割的一种进步的加工方式。在五、六十年代作为板材下料切割的首要方式中:对中厚板采取氧乙炔火焰切割;对薄板采取剪床下料,成形庞大零件大批量的采取冲压,单件的采取振动剪。七十年代后,为了改良和进步火焰切割的切口质量,又推行了氧乙烷精密火焰切割与等离子切割。为了削减大型冲压模具的制造周期,又发明了数控步冲与电加工手艺。各类切割下料方式都有其长短处,在工业生产中有必然的适用范围。,简单的来说就是利用能量的转化,即激光的光能转化为热能,是材料的温度升高进而发生熔化,再把熔化的部分清除掉,从而使材料达到分离的目的。具体点就是,把高密度功率的激光束投射在被切割材料的表面,有一部分激光在材料表面发生反射现象,另一部分激光则被材料吸收,这时,巨大的光能转化为了热能,材料被加热到成千上万摄氏度,材料发生汽化和熔化,汽化的材料变成了气体直接逸出空气中,而熔化的材料被所添加的辅助气体所吹走,于是切缝便产生了,从而达到了切割的目的。脉冲激光适合于金属材料,连续激光适合于非金属材料,后者是激光切割技术的主要应用领域。激光切割如图1-3所示:图1-3激光切割图3这项技术采取激光束照射到钢板的表面时所释放出的能量来使不锈钢熔化并蒸发。激光源普遍用的是二氧化碳激光束,该功率的程度比很多家用电暖器所需的功率还低。不光如此,激光切割工艺还有它的独特优势。由于激光本身具有高方向性和高相干性,其聚焦多聚集在集中的位置,再加上激光加工工艺所用的激光是经过透镜和反射镜聚焦的,这样一来,材料的某一特定位置会被加热到成千上万摄氏度,这一集中的位置处的材料被汽化和熔化,通过移动激光切割头可以使材料的任意部分集中加热,以达到切割的目的。另外,由于能量高度集中,能源的利用率也很高。经加热的部分很少把热量传递到周围,因此,经激光切割工艺切割过的坯料一般很少需要进行二次加工,并且一些结构比较复杂的大型材料也可通过激光切割工艺进行切割。,激光切割工艺以其明显的优点被广泛应用在生产实践中。其优点如下[5]:(1)激光切割工艺具有较高的切割精度。。(2)利用激光切割的材料,高密度的激光束照射在材料的表面,形成焦点,焦点很细小,并且密集成线。因此,材料的切缝会很窄,。(3)由于是用激光切割的材料,激光具有很高的强度。所以材料的切割面会很光滑。(4)激光切割的速度在每分钟10米到70米,这速度要比普通的线切割速度快很多。(5)激光束是看不见的,激光切割头是不和工件接触的,因此,激光切割工艺不会损坏工件的表面,并且切割的效果优良。(6)激光切割工艺的适用范围很广,不仅可以进行金属材料的加工,同样也可进行非金属材料的加工。(7)激光切割工艺与其他加工工艺不同,其加工不需要模具。这就为加工工序减轻了很多步骤,节约了加工模具的成本,缩短了加工的时间,省时省力。经激光切割工艺加工的产品如图1-4所示:图1-:4(1)从技术经济角度来说,不适合制造模具的金属钣金件,特别是表面形状复杂,批量小,一般厚度12mm的低碳钢和6mm厚的不锈钢,来节省制造模具的成本与时间。已经采用该技术的典范产物有:主动电梯结构件、起落电梯面板、机床及食粮机器外罩、各类电气柜、开关柜、纺织机器零件、工程机器结构件和大机电硅钢片等。(2)装潢、广告、服务行业用的不锈钢(通常厚度3mm)或非金属材料(通常厚度20mm)的图案、标记和字体等。比如艺术照相册的图案,学校、单位、商场的标志,车站、医院等公共场所的中英文字体。(3)要求平均切缝的特别零件。最广泛应用的典范零件是包装印刷行业用的模切版,~,随后在槽中镶嵌刀片。利用时装在模切机上,切下各类已印刷好图形的包装盒。海内近年来利用的一个新领域就是石油筛缝管。为了盖住泥沙进入抽油泵,在壁厚为6~,,切割技术要求高,已有很多单位投入生产。国外除上述应用外,还在不断扩展激光切割工艺的应用领域:(1)激光切割是一个由绘图到切割工件的一个过程,提高绘图效率能够大大提高生产效率。因此国外在不断研发新的切割绘图软件和绘图机器人来提高绘图的效率。(2)为了提升生产速率,钻研开辟各类专用切割体系,质料运送体系,直线机电驱动体系等,今朝切割体系的切割速率已跨越100m/min。(3)为扩大工程机械、造船工业等的利用,切割低碳钢厚度已跨越30mm,并特别注意钻研用氮气切割低碳钢的工艺技术,以进一步提高切割厚板的切口质量。因此在中国扩展CO2激光切割的产业利用领域,攻克新的应用中一些技术困难仍然是工程技术人才的主要课题。,国外最初运用激光切割技术的是薄钢板切割。激光切割机逐渐开始发展并且兴起成为一种新兴产业是在80年代初期。因为激光切割机的寿命可达十万小时,并且还能加工各类材料,即便是每台激光切割机的成本比等离子切割机要高,它的效益依然很好。激光加工技术在美国、欧盟、日本等工业大国迅速兴起并且很快成为一个高新技术产业,其应用领域及规模在不断扩大。近些年来,全球每年激光切割机数量增长速度接近1000台,此行业销售总额也已经超过了90亿美元,其中美国和日本的激光切割机市场占有率大概为25%。随着激光切割机功率的增大、加工光束稳定性要求的提高、机械设备柔韧性的增强,各类无机材料、有色金属,甚至板厚为10mm的铁镍材料都可以采用激光进行加工。伴随着激光切割机的逐渐普及,市场需求使得切割机切割效率进一步提高,应用层逐渐壮大。广阔的市场决定了美国、德国、日本等发达国家对各类激光工艺以及激光器的研究,以达到提高激光切割机切割性能的目的。6